STC 單片機控制的鉛酸電池組充電器設計

陳玉紅，陳 潔

(1.蘇州市立醫院東區，蘇州 215004;2.蘇州動力科技有限公司，吳江 215211)

0 引言

鉛酸蓄電池是電動自行車的動力源，也是UPS 的后備能源。電池的儲能消耗后需要及時地補充，否則就會“干枯”成為無電之池。充電器便是給蓄電池補償電能的裝置之一，是電動自行車必備的部件。根據電池組的電壓等級不同常有36 V、48 V 和60 V 等多種;單節電池的容量C 不同，常有12 Ah、14 Ah、17 Ah和20 Ah 等多種，電池組的充電電流通常取電池容量的0.1 到0.2 之間。若取0.15C，則12 Ah 電池的充電電流應為約1.8 A。

充電器的結構可分為有工頻變壓器和無工頻變壓器兩類。電動自行車使用的充電器屬無工頻變壓器類，有開關電源和比較電路組成。常見有兩種電路形式，一種是采用UC3842 與LM358、或LM393 等比較器組成的充電器電路，另一種是采用TL494 與LM393 等組成的充電器電路。這類充電器一般由市電濾波電路、市電整流電路、直流濾波電路、DC/DC 變換電路、高頻整流電路、電壓取樣誤差放大電路、充電電流取樣比較電路等組成。

目前市場上普通的充電器大多是三段式充電器，即在電池虧電狀態進行恒流充電，當電池電壓達到名義電壓時進入恒壓充電，最后進入涓流充電。實驗表明，電池進入涓流充電的時間不宜太長，一般在2 h 左右，因此需要及時切斷充電電流，終止充電。

1 系統結構

文章介紹采用高性能電流模式控制器UC3842 芯片來制作鉛酸電池充電器，其電路原理框圖如圖1 所示。圖1 所示電路框圖是以常用的由UC3842 和TL431 組成的DC/DC 變換器為核心，通過對變換器輸出的直流電壓和充電電流進行采樣，來控制電池的充電電壓和電流，是一款具有限流型的單片機控制的48 V 12 Ah 鉛酸電池充電器。

圖1 充電器原理框圖

2 電路原理

2.1 電壓電流采樣電路

由于STC 單片機具有0～5VDC 的模擬量輸入引腳，故對被采樣的直流電壓進行降壓至單片機引腳許可的電壓范圍即可，這里用了一個電阻分壓電路。電流采集則由分流器通過信號放大來獲得0～5VDC 信號電壓，然后送入單片機引腳，電壓電流的采樣電路如圖2 所示。

圖2 電壓電流采樣電路

2.2 待機控制電路

從UC3842 的關機技術來看，有兩種方法可以實現。一種是提高引腳3 的電壓至1 V 以上，另一種是把引腳1 的電平拉低至1.4 V 以下。要實現由UC3842 組成的開關電源的待機控制，最簡單的方法是在其引腳外部與公共地之間增設一個開關。當需要關機時使開關閉合，工作時開關斷開。文章所用的方法如圖3 所示。

圖3 待機控制

2.3 調壓控制電路

單片機對UC3842 組成的DC/DC 變換電路進行調壓，是利用單片機輸出PWM 脈沖進行濾波后得到的直流電壓來調節。將不同占空比的PWM 脈沖進行濾波后便可得到一個0～5V 變化的模擬量，用該模擬量與電壓反饋量相加進行調壓控制，其原理如圖4所示。

圖4 調壓電路

2.4 通信電路

通信電路由MAX232 芯片組成，用于燒錄程序及與上位機通信，電路如圖5 所示。

圖5 通信電路

2.5 主要器件和布局

本充電器的DC/DC 變換器由UC3842 和TL431組成，控制系統采用宏晶公司的STC12C5A60S2 單片機為核心。該單片機是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051 單片機，其指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12 倍。內部集成MAX810 專用復位電路，內含有雙串口、2 路PWM 和8 路高速10 位A/D轉換(250 K/S)，用戶應用程序空間達60 K，適合電機控制，強干擾場合使用。

充電器的電路板采用單塊雙面板，各功能電路整合在同一塊板子上，如圖6 所示。

圖6 印制板圖

3 控制程序設計

控制程序使用C51 語言，采用模塊化結構編制。由電流采集模塊、電壓采集模塊、充電方式模塊等組成，主程序流程結構如圖7 所示。

圖7 主程序流程圖

4 小 結

文章介紹的電動自行車充電器融入了單片機控制技術，可實現電池組的多段式充電，避免蓄電池組的欠充和過充，有利于延長電池組的使用壽命。通過通信口還可以由上位機跟蹤充電狀態，控制充電方式。

［1］陳潔.電動自行車充電器的原理與制作［J］.電子世界，2011

［2］陳竹.電池管理系統中基本物理量的采集方法［J］.電動自行車，2011

［3］陳潔.開關電源的待機控制［J］.電源技術應用，2012

［4］陳潔.開關電源的單片機調壓控制［J］.電源技術應用，2012