智能鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

　　引言

　　20世紀60年代末期，美國科學(xué)家馬斯對蓄電池充電過程的析氣問題做了大量的研究工作，提出了以最低析氣率為前提的蓄電池可接受的充電電流曲線，如圖1所示。其充電電流軌跡近似為一條呈指數(shù)規(guī)律下降的曲線。基于鉛酸蓄電池的特性以及圖1的充電曲線，本文采用了三階段充電模式：預(yù)充、直充和浮充。通過檢測蓄電池的電壓，進入不同的充電階段。

　　預(yù)充電：對于長期不用的電池、新電池或在充電初期已經(jīng)處于深度放電的蓄電池，剛開始就采用大電流直接充電會突然增加蓄電池的析氣量，縮短蓄電池的壽命。因此，必須先用小電流對蓄電池充電，當(dāng)蓄電池電壓上升到能接受大電流充電時再進行大電流直接充電。

　　直充電：此階段充電器以恒定電壓對蓄電池進行充電。充電開始時電流很大，隨著電池端電壓上升，充電電流按指數(shù)規(guī)律下降。因此電池的析氣量小，耗水少，有利于延長電池使用壽命，不過充入電量約在90%左右，不能有效地給電池充足電。

　　浮充電：也叫涓流充電，主要作用是補充蓄電池自放電所消耗的能量，使電池能接近100%容量。充電電壓僅略高于蓄電池組的斷路電壓且維持恒定，充電電流很小，并逐漸減小到0。

　　方案設(shè)計

　　總體設(shè)計

　　如圖2所示，系統(tǒng)主要硬件電路包括輔助電源、開關(guān)電源和MXT8051單片機控制部分。其中，輔助電源給單片機和運算放大器提供工作電壓，由線性變壓器、整流濾波和DC/DC轉(zhuǎn)換電路等組成;開關(guān)電源輸出充電電壓和電流，由高頻磁芯單端反激式變壓器、整流濾波和DC/DC轉(zhuǎn)換電路等組成;MXT8051單片機控制部分負責(zé)控制充電電壓電流，檢測電壓電流并通過LCD和發(fā)光二極管實時顯示充電信息，并驅(qū)動蜂鳴器報警和風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，由充電電壓電流控制、電壓電流檢測、充電階段指示、液晶顯示、蜂鳴器和風(fēng)扇控制電路組成。

　　如圖3所示，系統(tǒng)軟件主要包括電壓電流控制、電壓電流檢測、液晶顯示、風(fēng)扇和蜂鳴器控制模塊。通過設(shè)置寄存器，控制MXT8051內(nèi)建的10位PWM，產(chǎn)生不同占空比的PWM波，經(jīng)放大、濾波后通過TL431及光耦隔離接至UC3842的反饋端，產(chǎn)生PWM波，以驅(qū)動功率MOSFET管，從而控制開關(guān)電源輸出;由MXT8051提供的10位ADC對充電電壓和負載電流進行檢測;通過LCD顯示充電電壓和電流的采集值，以及電池型號、充電模式、充電時間等信息;由MXT8051的PWM控制風(fēng)扇和蜂鳴器，實現(xiàn)散熱和報警;由GPIO口控制充電階段指示燈(發(fā)光二極管);通過UART連接上位機進行調(diào)試、診斷。