atmega16單片機用于智能型鉛酸電池充電器

0 引言

　　本文針對礦用永磁操動(dòng)機構饋電開(kāi)關(guān)智能控制器采用的鉛酸蓄電池在充電過(guò)程中存在充電過(guò)度、充電不足、電池過(guò)熱和充電速度慢等諸多問(wèn)題，提出了一種以atmega16 單片機為核心的智能充電器設計方案。采用了基于sugeno 推理的模煳PID 控制算法，提高了充電器的充電速度，減少了電池損耗，實(shí)現了對鉛酸蓄電池充電過(guò)程的智能化控制。

　　目前礦用永磁操動(dòng)機構饋電開(kāi)關(guān)智能控制器采用鉛酸蓄電池作為備用電源。傳統的鉛酸蓄電池充電方法有恒流限壓充電和恒壓限流充電，但充電效果都不是很理想，一方面這些方法充電時(shí)間過(guò)長(cháng)，溫升過(guò)快。另一方面，充電過(guò)程中存在過(guò)充和欠充現象。專(zhuān)家研究表明：鉛酸蓄電池充電過(guò)程對其壽命影響最大，過(guò)充電、充電不足以及溫升都是引起電池故障的主要原因。

　　基于以上原因，系統根據蓄電池的充電特性，采用基于sugeno 推理的模煳PID 控制算法，設計了以atmega16 單片機為核心的智能充電器，它能夠實(shí)時(shí)采集電池充電過(guò)程中的電流、電壓、溫度等模擬量，使充電始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，實(shí)現了高效、快速、無(wú)損的充電過(guò)程。

　　1 系統總體結構設計

　　系統選取ATMEL 公司生產(chǎn)的 atmega16 單片機作為核心控制芯片?？傮w結構包括：電源模塊、充電主電路模塊、模擬量檢測模塊、顯示及報警模塊和IGBT 驅動(dòng)模塊。系統總體結構如圖1 所示。

　　在充電過(guò)程中，單片機實(shí)時(shí)采集電池充電過(guò)程中的電流、電壓和溫度等模擬量，通過(guò)其內部的A/D 轉換器將上述模擬量轉化為數字量，并判斷電池是否出現過(guò)壓、過(guò)流和過(guò)溫等故障。若出現故障，單片機立即關(guān)斷IGBT，并發(fā)出聲光報警。若檢測正常，則采用基于sugeno 推理的模煳PID 控制算法產(chǎn)生相應占空比的PWM 脈沖來(lái)控制IGBT 開(kāi)關(guān)，通過(guò)BUCK 電路對電池進(jìn)行充電。

　　2 系統硬件電路設計

　　2.1 充電主電路設計

　　充電主電路其實(shí)是一個(gè)BUCK 變換器，BUCK 電路屬于降壓斬波電路。充電主電路如圖3 所示。IGBT、二極管、電感L1 和電容C10 構成BUCK 電路，220V市電經(jīng)變壓器降壓，通過(guò)整流橋整流和EMI平滑濾波后，作為直流充電電源。在工作過(guò)程中，PWM 控制信號的高電平脈沖出現，使IGBT 導通，電感L1 的電流不斷增大，并對電容C10 儲能，同時(shí)對電池充電。此時(shí)，續流二極管因反向偏置而截止。PWM 信號出現低電平時(shí)，IGBT 截止，電感L1 維持原電流方向，與續流二極管構成充電回路，利用L1 和C10 中存儲的電能向電池充電。

　　圖2 充電器實(shí)物圖

　　圖3 充電主電路

　　2.2 模擬量檢測模塊