基于ST72單片機(jī)的常規(guī)電池快速充電系統(tǒng)

前言：

傳統(tǒng)的常規(guī)蓄電池充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，充電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10～20個(gè)小時(shí)。為了縮短充電時(shí)間，必須對(duì)充電過(guò)程的充電電流進(jìn)行控制。許多生產(chǎn)廠家誤認(rèn)為盲目提高充電電流就是快速充電，其實(shí)這不但不能提高充電效率，而且會(huì)加劇電池的極化現(xiàn)象，升高蓄電池溫度，浪費(fèi)電能，嚴(yán)重?fù)p壞蓄電池。根據(jù)美國(guó)科學(xué)家馬斯提出的馬斯三定律，脈沖充電、脈沖放電可以去除電池極化，減小蓄電池的內(nèi)部壓力、溫度和內(nèi)阻，加快充電速度，實(shí)現(xiàn)蓄電池快速充電需采用充－放－充的循環(huán)方式。這種模式的快充系統(tǒng)中一般應(yīng)包括控制回路、充電回路、放電回路。根據(jù)充電過(guò)程中測(cè)得的參數(shù)，通過(guò)單片機(jī)適當(dāng)調(diào)整，保證脈沖電壓的（充、放）幅值及充電與放電的寬度比值恒定，可以得出充電效率的最佳結(jié)果。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2 控制回路

ST72系列單片機(jī)是法國(guó)ST微電子公司最新生產(chǎn)的簡(jiǎn)單、靈活、低價(jià)格的8位單片機(jī)，采用了獨(dú)特的制造工藝和技術(shù)，大大提高了抗干擾能力。它專為嵌入式控制應(yīng)用設(shè)計(jì)，特別適用于抗噪聲干擾高、整體性價(jià)比高的控制系統(tǒng)。它具有以下的主要性能：

（1）工作電源電壓有很寬的適應(yīng)范圍，從2.4Ｖ～5.5Ｖ；功耗較低，內(nèi)部數(shù)字看門狗。

（2）豐富的I/O功能，內(nèi)部帶有3個(gè)定時(shí)器／計(jì)時(shí)器，有的還多達(dá)16個(gè)通道的10位A/D轉(zhuǎn)換器，兩路脈寬調(diào)制?多種通信接口，多達(dá)12級(jí)的中斷源。

（3）多種內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，除有廉價(jià)的0TP（0ne Time Programming）一次性編程寫入?還有非常方便的Flash程序存儲(chǔ)器，可以在線編程，易于修改程序代碼。存儲(chǔ)器的容量從1.5kB~60kB不等，可以滿足各種編程的需要。

根據(jù)系統(tǒng)功能的需要，選用ST72系列的ST72264G1單片機(jī)作控制芯片。該芯片具有4kB的FLASH內(nèi)部存儲(chǔ)器，2路PWM輸出，最大時(shí)鐘頻率8MHz，有20個(gè)I/O引腳，6個(gè)復(fù)用10位A/D轉(zhuǎn)換器，有SPI,SCI,I2C三種通信接口。控制回路采用ST72262G1加上液晶顯示和鍵盤接口等；它利用單片機(jī)自身的Ａ／Ｄ端口，組成電壓、電流、溫度檢測(cè)電路。

1.2 充放電回路

充電回路是采用一種新型的電源芯片TOP225Y構(gòu)成的電源電路。該芯片是美國(guó)Powergration公司生產(chǎn)的三端隔離式脈寬調(diào)制單片開關(guān)電源集成電路。它將PWM集成電路和MOSFET功率器件集成在同一芯片中，具備PWM型開關(guān)穩(wěn)壓電源所需的全部功能。通過(guò)高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，實(shí)現(xiàn)了無(wú)功頻變壓器隔離的開關(guān)電源的集成化。整個(gè)回路具有輸出功率范圍大、成本低、集成化程度高、電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

放電回路則由蓄電池和電阻構(gòu)成回路，Ｍ0S管作為開關(guān)，控制放電回路的關(guān)斷。Ｍ0S管的關(guān)斷由單片機(jī)給出控制信號(hào)。

智能充電系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。



單片機(jī)根據(jù)電壓反饋和電流反饋，輸出數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成模擬電壓。模擬電壓再經(jīng)過(guò)光耦隔離，然后調(diào)節(jié)電源芯片TOP225Y控制腳的電流大小，由芯片調(diào)節(jié)控制信號(hào)的占空比，從而調(diào)整脈沖電壓的幅值或涓流電流的大小。一般單片機(jī)的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成模擬電壓都需要D/A轉(zhuǎn)換器，由于ST72系列單片機(jī)帶有PWM輸出，因此可以直接利用PWM輸出將數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換成模擬電壓，能夠保證精度，省卻了D/A轉(zhuǎn)換器。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件用Ｃ語(yǔ)言編寫，經(jīng)過(guò)匯編、仿真調(diào)試，燒寫在單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器內(nèi)。按照軟件工程的規(guī)范要求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)層次化、功能模塊化，不僅使軟件的可讀性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性得到了增強(qiáng)，而且提高了軟件的可靠性。程序的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。