一種單片機控制的鉛酸蓄電池充電電源

摘要：為了有效地提升鉛酸蓄電池的使用壽命，同時(shí)實(shí)現對充電過(guò)程的監控，設計出一種用單片機控制的36 V鉛酸蓄電池充電電源。本電路采用反激式拓撲，連續電流工作模式，電源管理IC設計在電源的副邊，由ELAN公司的EM78P258N單片機模擬，是用可編程器件模擬電源管理IC，實(shí)現智能電源低成本化的一次成功嘗試，通過(guò)對單片機的軟件設計實(shí)現了充電電源的狀態(tài)顯示、充電時(shí)間控制、報警、過(guò)溫保護、過(guò)壓保護、過(guò)流保護等功能。本充電器真正的實(shí)現了鉛酸蓄電池的三段式充電過(guò)程，其最高輸出功率可達90 W，效率約85％，成本不到20元，具有很高的市場(chǎng)競爭力。
關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；充電電源；單片機；電源管理IC

鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價(jià)格低廉而得到了廣泛的使用。但是，若使用不當，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長(cháng)蓄電池的使用壽命。研究發(fā)現：電池充電過(guò)程對電池壽命影響最大，放電過(guò)程的影響較少。也就是說(shuō)，絕大多數的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見(jiàn)，一個(gè)好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。
目前比較被認可的充電曲線(xiàn)如圖1所示。也即常說(shuō)的三階段充電法：在充電開(kāi)始和結束時(shí)采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當電流衰減到預定值時(shí)，由第二階段轉換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，最大限度的保護蓄電池的壽命。

傳統的3842式充電器性能可靠，價(jià)格低廉，但卻只能實(shí)現充電曲線(xiàn)的前兩個(gè)階段，無(wú)法實(shí)現浮充(涓流)階段，而且無(wú)法實(shí)現智能控制。市場(chǎng)上的一些所謂的智能充電器，又無(wú)一例外的價(jià)格高昂，沒(méi)有市場(chǎng)競爭力。本文介紹了一種采用單片機做電源管理IC的智能充電器，可以真正的實(shí)現三段式充電過(guò)程，并且具有狀態(tài)顯示、充電時(shí)間控制、報警等功能，而且整機成本不到20元，極具市場(chǎng)競爭力。

1 電源設計方案
1．1 總體方案簡(jiǎn)介
采用單片機做電源管理IC，瓶頸問(wèn)題是單片機的運算速度較慢，當負載出現突變時(shí)無(wú)法及時(shí)做出調節，而本例的負載是電池，給電池進(jìn)行充電的過(guò)程恰好不會(huì )出現負載突變這個(gè)問(wèn)題，這使得采用單片機作為電源管理IC成為可能。
由于本電路的輸出功率小于100 W，所以采用反激式拓撲形式，反激式拓撲最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要輸出濾波電感，這使得反激式拓撲的成本較低，體積較小。電源管理IC設計在電路副邊，由ELAN品牌的EM78P258N單片機模擬，單片機的運算頻率設定為8 MHz。EM78P258N是一款具有很高性?xún)r(jià)比的單片機，其工作頻率最高可達20 MHz(外接振蕩器模式)，內部設置了4個(gè)12位精度的AD轉換器、2Kx13位片內寄存器、3個(gè)八位、一個(gè)十六位計時(shí)器和一個(gè)PWM波形發(fā)生器，具有看門(mén)狗功能。電路的初級和次級由變壓器進(jìn)行隔離，變壓器不僅結構簡(jiǎn)單，而且很容易實(shí)現初次級3 000VAC的抗電強度。該充電器最高輸出約可為45 V／2 A，并可根據實(shí)際需要進(jìn)行調節。本充電器的開(kāi)關(guān)頻率設為40 KHz，每個(gè)周期被等分為200個(gè)部分，PWM每次可以調節1／200個(gè)周期，即125 ns。