一種單片機控制的鉛酸蓄電池充電電源
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1．2 單片機軟件的設計
由于EM78P258N芯片并不是專(zhuān)用的電源管理IC，所以在程序設計時(shí)，一定要盡可能將所有可能出現的工作狀態(tài)全部考慮到。由于單片機的運算速度的限制(在本例中，一個(gè)指令周期為125 ns)，不可能實(shí)現特別準確的電壓或電流輸出，但對于鉛酸電池來(lái)說(shuō)，適當的電壓或電流紋波反而有利于消除極板硫化現象。
軟件控制流程如圖3所示。當蓄電池接上后，單片機開(kāi)始工作，初始化后，PWM緩慢打開(kāi)，然后檢測電流采樣電阻上的電壓，將電路的輸出電流控制到1．8～2 A之間，同時(shí)檢測輸出電壓并計時(shí)，如果電路輸出電壓到達42 V的時(shí)間小于10 s，就認為這個(gè)電池本身就滿(mǎn)的，程序直接轉到涓流狀態(tài)。當電路的輸出電壓達到43 V后，程序轉到恒壓充電階段，此階段將電路的輸出電壓控制到43～45 V之間，同時(shí)檢測輸出電流并計時(shí)，當輸出電流小于200 mA時(shí)，程序轉到恒壓轉涓流階段。由于在恒壓階段，電池已經(jīng)被浮充到了44．6 V左右，而涓流階段的電壓要求為41．4 V左右，如果恒壓階段結束后直接轉到涓流階段，就會(huì )出現電池的電壓高于充電器輸出電壓的情況，充電電流為零，強迫程序結柬。所以在恒壓階段結束后，程序先進(jìn)入一個(gè)恒壓轉涓流階段，在此階段，將充電電流控制到80～100 mA之間，隨著(zhù)充電電流的下降，電池兩端的電壓也會(huì )下降，當電池兩端的電壓降至40 V以下時(shí)，程序轉到涓流階段繼續對電池進(jìn)行充電，從而真正實(shí)現了三段式的充電模式。涓流階段持續半小時(shí)或者充電電流小于50 mA后，單片機在蜂鳴提示后，進(jìn)行到睡眠狀態(tài)，充電過(guò)程結束。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/172895.htm
在單片機的整個(gè)工作過(guò)程，充電器的輸出電壓和輸出電流一直被監控，如果單片機的程序末完成，蓄電池即被取下，這時(shí)開(kāi)關(guān)管開(kāi)通時(shí)儲存在變壓器里的能量無(wú)法被充分釋放，長(cháng)時(shí)間后會(huì )導致變壓器的磁飽和，繼而燒毀充電器。所以在程序中，設定當充電電流為零，充電過(guò)程即強制結束。如果檢測到充電器的輸出電壓過(guò)高或輸出電流過(guò)大，充電程序也會(huì )強制結束，保護蓄電池不會(huì )損壞。
在程序中，各階段的執行時(shí)間均被記錄，如果充電時(shí)間過(guò)長(cháng)或充電時(shí)間過(guò)短，均會(huì )跳至對應的程序段，或點(diǎn)亮信號燈，或蜂鳴報警，或強制結束程序，這使得充電狀態(tài)一目了然。
1．3 變壓器設計簡(jiǎn)介
由于電池的充電電流不可以為零，所以本充電器必須工作在連續工作模式下，反激變壓器即使工作在電流連續模式，盡管總安匝不會(huì )停留在零，但是，對于反激變壓器的每個(gè)線(xiàn)圈來(lái)說(shuō)，線(xiàn)圈電流總是處于斷續狀態(tài)。當然電流(安匝)斷續更是如此。這是因為開(kāi)關(guān)期間，電流(安匝)在初級和次級之間來(lái)回轉換，即初級安匝減少時(shí)，次級安匝等量增加，反之亦然。雖然總安匝是連續的，紋波很小，但每個(gè)線(xiàn)圈的電流交
替由零到最高峰值之間變化。無(wú)論什么工作模式，線(xiàn)圈交流損耗大。
為了降低成本，本例中使用的開(kāi)關(guān)器件是IRF840(500 V、8 A)，這使得變壓器的匝數比不可能太大，因為市電經(jīng)整流濾波后的電壓約為300VDC，充電器的最高輸出電壓約為45VDC，設計時(shí)設定匝數比N1／N2為2，這樣IRF840芯片約有100VDC的漏感尖峰裕度，降幅較為可靠。
變壓器的初級和次級的伏秒數要保持平衡，由此可推算出開(kāi)關(guān)管的最大開(kāi)通時(shí)間
式中，
為變壓器原邊的最低輸入電壓，T為開(kāi)關(guān)周期，VO為輸出電壓，N1為初級匝數，N2為次級匝數，這里忽略了電路中開(kāi)關(guān)管和二極管的導通壓降。
假設充電器的效率為80％，充電器的輸出功率為100 W，由于開(kāi)關(guān)管的最大導通時(shí)間出現在輸入電壓最低的時(shí)候，可推得變壓器的初級電感量
式中，PO為輸出功率。
為保證本充電器可以可靠的工作在連續電流模式下，經(jīng)調試，變壓器的實(shí)際參數如下：磁芯采用TDK的PC40EER40磁芯，磁芯芯柱的氣隙設為1．58 mm，骨架采用排距25 mm、針距5 mm、6x6針的立式骨架。初級繞組用0．64mm高強度漆包線(xiàn)繞97匝，電感量780 μH；次級繞組用0．64 mm高強度漆包線(xiàn)三線(xiàn)并繞50匝，電感量為208 μH。初次級之間墊入3層聚脂薄膜，不浸漆。
2 總結
經(jīng)測試，本充電器的最高輸出功率可達90 W，效率約85％，整機成本約20元人民幣，具有很強的市場(chǎng)競爭力。
由于單片機的運算速度的限制，使用單片機模擬電源管理IC無(wú)法做到使反饋環(huán)路非常穩定，這給電路的熱設計增加了難度。如果要優(yōu)化熱設計，可采用給單片機外置振蕩器，將其工作頻率提高到20 MHz的方法，也可以將恒流充電階段再分成若干個(gè)階段，隨著(zhù)充電器輸出電壓的提高，逐漸的降低輸出電流以降低輸出功率，以延長(cháng)充電時(shí)間為代價(jià)來(lái)降低充電器的發(fā)熱量，可以大幅降低充電器的工作溫度。
本設計是采用單片機模擬電源管理IC，實(shí)現電源智能化的一次成功嘗試，通過(guò)本次嘗試，相信可以大大擴展智能化電源的設計思路。
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