一種EM78P258N單片機控制的鉛酸蓄電池充電電源
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由于EM78P258N芯片并不是專用的電源管理IC，所以在程序設計時，一定要盡可能將所有可能出現(xiàn)的工作狀態(tài)全部考慮到。由于單片機的運算速度的限制(在本例中，一個指令周期為125 ns)，不可能實現(xiàn)特別準確的電壓或電流輸出，但對于鉛酸電池來說，適當?shù)碾妷夯螂娏骷y波反而有利于消除極板硫化現(xiàn)象。
軟件控制流程如圖3所示。當蓄電池接上后，單片機開始工作，初始化后，PWM緩慢打開，然后檢測電流采樣電阻上的電壓，將電路的輸出電流控制到1．8～2 A之間，同時檢測輸出電壓并計時，如果電路輸出電壓到達42 V的時間小于10 s，就認為這個電池本身就滿的，程序直接轉到涓流狀態(tài)。當電路的輸出電壓達到43 V后，程序轉到恒壓充電階段，此階段將電路的輸出電壓控制到43～45 V之間，同時檢測輸出電流并計時，當輸出電流小于200 mA時，程序轉到恒壓轉涓流階段。由于在恒壓階段，電池已經(jīng)被浮充到了44．6 V左右，而涓流階段的電壓要求為41．4 V左右，如果恒壓階段結束后直接轉到涓流階段，就會出現(xiàn)電池的電壓高于充電器輸出電壓的情況，充電電流為零，強迫程序結柬。所以在恒壓階段結束后，程序先進入一個恒壓轉涓流階段，在此階段，將充電電流控制到80～100 mA之間，隨著充電電流的下降，電池兩端的電壓也會下降，當電池兩端的電壓降至40 V以下時，程序轉到涓流階段繼續(xù)對電池進行充電，從而真正實現(xiàn)了三段式的充電模式。涓流階段持續(xù)半小時或者充電電流小于50 mA后，單片機在蜂鳴提示后，進行到睡眠狀態(tài)，充電過程結束。
在單片機的整個工作過程，充電器的輸出電壓和輸出電流一直被監(jiān)控，如果單片機的程序末完成，蓄電池即被取下，這時開關管開通時儲存在變壓器里的能量無法被充分釋放，長時間后會導致變壓器的磁飽和，繼而燒毀充電器。所以在程序中，設定當充電電流為零，充電過程即強制結束。如果檢測到充電器的輸出電壓過高或輸出電流過大，充電程序也會強制結束，保護蓄電池不會損壞。
在程序中，各階段的執(zhí)行時間均被記錄，如果充電時間過長或充電時間過短，均會跳至對應的程序段，或點亮信號燈，或蜂鳴報警，或強制結束程序，這使得充電狀態(tài)一目了然。
1．3 變壓器設計簡介
由于電池的充電電流不可以為零，所以本充電器必須工作在連續(xù)工作模式下，反激變壓器即使工作在電流連續(xù)模式，盡管總安匝不會停留在零，但是，對于反激變壓器的每個線圈來說，線圈電流總是處于斷續(xù)狀態(tài)。當然電流(安匝)斷續(xù)更是如此。這是因為開關期間，電流(安匝)在初級和次級之間來回轉換，即初級安匝減少時，次級安匝等量增加，反之亦然。雖然總安匝是連續(xù)的，紋波很小，但每個線圈的電流交
替由零到最高峰值之間變化。無論什么工作模式，線圈交流損耗大。
為了降低成本，本例中使用的開關器件是IRF840(500 V、8 A)，這使得變壓器的匝數(shù)比不可能太大，因為市電經(jīng)整流濾波后的電壓約為300VDC，充電器的最高輸出電壓約為45VDC，設計時設定匝數(shù)比N1／N2為2，這樣IRF840芯片約有100VDC的漏感尖峰裕度，降幅較為可靠。
變壓器的初級和次級的伏秒數(shù)要保持平衡，由此可推算出開關管的最大開通時間
式中，
為變壓器原邊的最低輸入電壓，T為開關周期，VO為輸出電壓，N1為初級匝數(shù)，N2為次級匝數(shù)，這里忽略了電路中開關管和二極管的導通壓降。
假設充電器的效率為80％，充電器的輸出功率為100 W，由于開關管的最大導通時間出現(xiàn)在輸入電壓最低的時候，可推得變壓器的初級電感量
式中，PO為輸出功率。
為保證本充電器可以可靠的工作在連續(xù)電流模式下，經(jīng)調(diào)試，變壓器的實際參數(shù)如下：磁芯采用TDK的PC40EER40磁芯，磁芯芯柱的氣隙設為1．58 mm，骨架采用排距25 mm、針距5 mm、6x6針的立式骨架。初級繞組用0．64mm高強度漆包線繞97匝，電感量780 μH；次級繞組用0．64 mm高強度漆包線三線并繞50匝，電感量為208 μH。初次級之間墊入3層聚脂薄膜，不浸漆。
2 總結
經(jīng)測試，本充電器的最高輸出功率可達90 W，效率約85％，整機成本約20元人民幣，具有很強的市場競爭力。
由于單片機的運算速度的限制，使用單片機模擬電源管理IC無法做到使反饋環(huán)路非常穩(wěn)定，這給電路的熱設計增加了難度。如果要優(yōu)化熱設計，可采用給單片機外置振蕩器，將其工作頻率提高到20 MHz的方法，也可以將恒流充電階段再分成若干個階段，隨著充電器輸出電壓的提高，逐漸的降低輸出電流以降低輸出功率，以延長充電時間為代價來降低充電器的發(fā)熱量，可以大幅降低充電器的工作溫度。
本設計是采用單片機模擬電源管理IC，實現(xiàn)電源智能化的一次成功嘗試，通過本次嘗試，相信可以大大擴展智能化電源的設計思路。
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