基于單片機控制的智能充電器設計

張圣炎

摘 要 隨著人們環保意識的增強以及科學技術的快速發展，越來越多的電力設備進入到了人們的生活當中，隨之而來的便是各種電力設備的充電問題。人們對于自動化功能的要求越來越高，因此充電器的智能化需求越來越強。在為了有效的實現充電設備的智能化，單片機做為成熟的控制器，能夠有效的應用于其中，使得充電器智能化得以實現。本文對基于單片機控制的智能充電器設計進行簡要概述。

【關鍵詞】單片機 智能充電器 設計

基于單片機控制的智能充電器在設計上需要考慮各個元器件的實際功能性，以及搭配后的兼容性。因此在進行設計時，必須要先明確各部分元器件的實際功能，再加以組合應用。

1 智能充電器的工作原理

智能充電器的電路主要由三個部分組成，分別是：

（1）電源回路。

（2）主控電路。

（3）信號控制器。

其中電源回路能夠提供穩定的12V充電電壓以及14V浮充電壓，以及充電工作時，電池所需要的不同電壓。主控電路能夠對充電的狀態進行有效控制，譬如對充電過程所進行的有效控制。信號控制能夠有效的保障充電安全。具體工作方式如圖1所示。

2 充電控制技術

2.1 定時控制

此類控制方法十分簡單，主要實用范圍是恒流點充電法。既采用恒流電充電法，根據電池的充電情況以及具體的容量大小，確定電流所需的充電時間。具體充電過程中，在預訂充電萬仇，定期器可以發出信號，讓充電器能快速停止充電，或者可以轉移充電器讓其保持在浮充的維護狀態，這樣能避免電池充電時間過程出現的大電流長時間充電。定時充電的缺點：電池的容量在充電之前很難知道，所以充電過程中由于電池長時間運行造成發熱嚴重，能損壞電池的電量，并很難確定電池的充電時間。電池的充電時間在無法根據電池狀態進行調整的情況下，會出現電池組中的電池充電了不足，甚至很多電池會出現過充電的情況，所以這種充電方式只能適用于充電功率地域0.3C的恒流充電。

2.2 電池電壓控制

2.2.1 最高電壓控制法

從充電特征的曲線中能了解到，電池電壓在達到最大值的時候，電池就能充足電，此刻需要快速的停止充電。適用該方法的缺點是，電池在電量充足的情況下隨著電壓環境的升高，溫度也會升高，充電的速率也會加快，適用此方法將很難判斷出電池是否已經充足電。

2.2.2 電壓負增量

電池的電壓負增量與電池組的絕對電壓沒有太大的關聯，在不受到環境和穩定等因素影響的情況下，適用此方法能精準的判斷出電池是否充電完成。但是缺點則是；電池充足電之前，會出現局部電壓下降的情況，導致電池在沒能充足電之前，在檢測到電壓負增量后而停止快速充電。

3 控制電路的工作原理和設計實現

負反饋控制系統主要是以開關電源為主進行的控制，主要的控制環節中設計十分重要。本文主要對其動力電池的充電系統進行控制，具體的控制方法分別是內環控制、電壓外環控制和雙閉環控制這三種控制方式。

主電路在功率器件導通、斷開的時候，受到不同的電路拓撲影響，作為一個非線性的系統存在。工程設計過程中，需要根據狀態空間的平均法，得出低頻的等效電路模型，然后在此基礎上，根據現有的性能指標，設計出調節器。設計設計時，為能獲得更好的變換器動態和靜態效應，多習慣使用電壓或者電流進行負反饋的不同形式組合。

3.1 主控電路

主控電路由四大部分組成分別是：

（1）電流控制回流。

（2）充電電流和容量顯示電路。

（3）檢測取樣電路。

（4）報警電路。

開關電源在電路當中由于各種因素，非常容易出現故障。因此在選擇開關的型號和種類時便需要認真考慮，針對電路的實際情況進行選擇。

3.2 變壓器

在選用變壓器時，必須要使用高頻變壓器，這種變壓器的性能相對較好，但對磁性材料的使用有著較高的要求。變壓器對于能夠給予電路穩定的電壓輸出，使得電路在工作時能夠減少受到的電壓沖擊。

3.3 電容器

由于電源存在使用頻率不同的問題，對于高頻率使用的電源，對于普通電容器的損耗相當大，電感量也隨之增大。隨著頻率的不斷提高，衰減現象十分明顯，無法滿足正常的使用要求。因此在選用電容器時，需要針對電路的實際情況，決定是否選用專用電容器，以達到高頻和耐高溫的要求，使得電路能夠穩定運行。

3.4 單片機

當系統通電之后，單片機會對電源和充電器進行檢測。當電源與充電器均正常工作時，單片機會將檢測取樣向內部系統進行反饋，最終決定采用哪一種充電形式，已達到充電要求。PWM脈寬能夠有效的控制充電的全過程，使得涓流、大電流、過充和浮充都在控制當中。多檢測時發現電池的電壓已經高于單片機當中所設置的規定電壓，或者溫度超過預設溫度，便開啟浮充狀態，同時報警。

4 結束語

利用單片機進行控制的智能充電器能夠有效的進行充電工作，同時還能夠有效的確保充電安全。

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作者單位

河北省保定市第三中學 河北省保定市 071000