基于單片機的脈沖快速充電系統設計

　　1開(kāi)關(guān)電源電路的設計

　　系統中的開(kāi)關(guān)電源電路為蓄電池的充電提供穩定的電壓采用的是反激式的開(kāi)關(guān)電源電路。反激式開(kāi)關(guān)電源的電路比較簡(jiǎn)單，比正激式開(kāi)關(guān)電源少用了一個(gè)大的儲能濾波電感，以及一個(gè)續流二極管，因此，反激式開(kāi)關(guān)電源的體積要比正激式開(kāi)關(guān)電源的體積小，且成本也要低。此外，反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓受占空比的調制幅度，相對于正激式開(kāi)關(guān)電源來(lái)要高很多，因此，反激式開(kāi)關(guān)電源要求調控占空比的誤差信號幅度要比較低，誤差信號放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也要較小?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，反激式開(kāi)關(guān)電源在目前家電領(lǐng)域中被廣泛的應用。如圖1所示。

　　圖1開(kāi)關(guān)電源電路

　　開(kāi)關(guān)電源電路控制芯片采用UC3842，UC3842是目前比較理想的新型的脈寬調制器。由該集成電路構成的開(kāi)關(guān)穩壓電源與電壓控制型脈寬調制開(kāi)關(guān)穩壓電源相比具有以下特點(diǎn)：1)微調的振蕩器放電電流，可精確控制占空比;2)電流模式工作到500kHz;3)自動(dòng)前饋補償;4)鎖存脈寬調制，可逐周限流;5)內部微調的參考電壓，帶欠壓鎖定;6)大電流圖騰柱輸出;7)欠壓鎖定，帶滯后;8)低啟動(dòng)和工作電流。

　　TL431稱(chēng)為可調式精密并聯(lián)穩壓器，利用兩只外部電阻可設定2.5V~36V范圍內的任何基準電壓值。其工作原理是當輸出電壓U 0發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)電阻分壓后得到的取樣電壓就與TL431中的2.5V帶隙基準電壓進(jìn)行比較，在陰極形成誤差電壓，使發(fā)光二極管的工作電流產(chǎn)生相應變化，再通過(guò)光耦去改變控制端電流Ic的大小，調節開(kāi)關(guān)管的輸出占空比，使輸出電壓U0不變，從而達到穩壓目的。

　　2充放電電路的設計

　　本設計中的充放電過(guò)程主要由兩片P溝道的場(chǎng)效應管IRF9540N來(lái)完成。如圖2所示。Q2管控制系統的充電過(guò)程，而放電脈沖主要Q3來(lái)進(jìn)行控制。

　　圖2充放電電路圖

　　3采集部分

　　在MSP430F149中有1個(gè)12位精度的AD轉換模塊ADC12.ADC12可以對8個(gè)外部模擬信號之一或4個(gè)內部電壓之一作轉換，由ADC內核把模擬信號轉換成12位數據并存入轉換存儲寄存器。內核用到2個(gè)參考電平，即VR+和VR-作為轉換范圍的上下限和讀數的量程值和“0”值。轉換數值在輸入信號大于等于VR+時(shí)為滿(mǎn)量程，小于等于VR-時(shí)為“0”。蓄電池端電壓通過(guò)兩個(gè)電阻R2和R6分壓方式，將單片機采樣電壓值AD1限制在輸入電壓量程范圍內。充電電流和放電電流都通過(guò)電阻轉化成相應的電壓值，送入單片機的AI口。三路AD采樣結果分別存儲在相應的ADC12MEMx寄存器中。

　　4驅動(dòng)部分

　　根據三路AD采樣結果確定充電器的充電狀態(tài)后，由單片機輸出兩路占空比可調頻率為1kHz的PWM波形PWM1和PWM2分別用來(lái)控制兩只三極管2N5551的導通程度，三極管集電極電流會(huì )隨著(zhù)不同，再經(jīng)電阻分壓后提供不同的電壓給場(chǎng)效應管的柵極，驅動(dòng)MOSFET，輸出不停大小的漏極電流Id，給蓄電池提供大小不等的充電電流和放電脈沖幅值，最終達到脈沖充電的效果。