智能鎳氫充電器的研制

摘要：敘述了一種針對標(biāo)稱電壓為24V，容量為2．5Ah的鎳氫電池組的充電器的實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)摒棄傳統(tǒng)的工頻變壓器，采用TOPSwitch―GX系列單片開關(guān)電源芯片，通過PWM的方法實(shí)現(xiàn)了對電池組進(jìn)行不同速率的充電和充電狀態(tài)的準(zhǔn)確控制。
關(guān)鍵詞：鎳氫電池充電器；開關(guān)電源；單片機(jī)；脈寬調(diào)制(PWM)

0 引言
鎳氫電池是一種堿性電池，鎳氫電池的標(biāo)稱電壓為1．2V。它具有高倍率的放電性能，短時(shí)間可以以3C(C：電池充放電時(shí)電流大小的比率)的倍率放電，瞬時(shí)脈沖放電率很大。鎳氫電池的過放電和過充電性能很好，可快充深放，無記憶性，不含汞，鎘，鉛等有害物質(zhì)，從而避免了二次電池對環(huán)境造成的污染。這些優(yōu)勢使得鎳氫電池得到了迅速和廣泛的推廣應(yīng)用。
充電方式、充電電流和電池的溫度以及充電停止電壓等條件是影響鎳氫電池使用壽命的主要因素，本文設(shè)計(jì)的智能鎳氫充電器可以準(zhǔn)確檢測電池端電壓和充電溫度，有效防止過充和充電不足的現(xiàn)象，提高充電的效率，而且在充電器存在故障時(shí)，能夠及時(shí)停止充電，避免損害電池。

l 硬件電路設(shè)計(jì)
智能充電器的原理框圖如圖1所示，主要包括開關(guān)電源、PWM控制電路、采樣電路等三個(gè)部分。本充電器的工作原理是把開關(guān)電源輸出的30V直流電源，通過可控恒流源電路把穩(wěn)壓源轉(zhuǎn)換為恒流源，對鎳氫電池組進(jìn)行充電。

1)開關(guān)電源
本系統(tǒng)采用TOFSwitch―GX系列PWM開關(guān)控制電路來實(shí)現(xiàn)220V交流電到低壓直流電壓的轉(zhuǎn)換，克服了采用傳統(tǒng)工頻變壓器的體積龐大，效率低，發(fā)熱量大的缺點(diǎn)。開關(guān)電源電路如圖2所示。開關(guān)電源有兩路輸出：一路輸出電壓為5V，用于對MCU進(jìn)行供電；一路輸出電壓為30V，此路電源有兩個(gè)用途：通過PWM控制電路對電池進(jìn)行充電和經(jīng)過穩(wěn)壓電源芯片7818的轉(zhuǎn)換對采用電路和PWM控制電路進(jìn)行供電。
2)PWM控制電路
控制電路的控制芯片采用的是帶有AD和PWM口的STC12C2052AD單片機(jī)。使用單片機(jī)的四個(gè)AD來采集電池的電壓、充電電流、電池的溫度和環(huán)境溫度?？刂浦麟娐啡鐖D3所示。VT2(IRFZ44)正常工作時(shí)，VGS必須大于2V，因此系統(tǒng)采用了升壓電路把l8V電壓升壓為36V電壓。當(dāng)G1端的電平為低時(shí)，VT2處于關(guān)閉狀態(tài)，這時(shí)候停止對電池充電。當(dāng)Gl端的電平為高時(shí)，IRFZ44處于導(dǎo)通的狀態(tài)，這時(shí)候處于對電池的充電狀態(tài)。因此通過控制PWM的占空比，就可以控制VT2的導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)而控制充電電流。

3)采樣電路
該系統(tǒng)的檢測電路主要由電壓檢測，電流檢測和溫度檢測構(gòu)成。采樣電路如圖3所示。

電壓檢測的實(shí)現(xiàn)：電池的端電壓通過電阻R11，R2分壓，經(jīng)過放大電路進(jìn)入控制芯片的AD口。計(jì)算公式如下：

其中壤示電池電壓，Vc為采樣到的電壓
電流檢測的實(shí)現(xiàn)：在這里先用電阻R1(0．1Ω)將電流轉(zhuǎn)換為電壓。由于轉(zhuǎn)換后的電壓很小，因此在把該電壓送入AD口前進(jìn)行了電壓的放大，放大的倍數(shù)為16倍。計(jì)算公式如下：

其中I表示充電電流，Vc為采樣電壓