基于單片機AT89S52的電能收集充電器系統(tǒng)設(shè)計

靳姍

摘要

本設(shè)計是以單片機AT89S52為電能收集充電器系統(tǒng)的控制核心，其中包括直流電源變換處理、IA/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管顯示及報警模塊、以及恒流、恒壓輸出模塊等幾個部分。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電、慢速充電、恒壓充電、恒流充電等充電方式，并且可以實時顯示直流電源輸入值、充電電壓，具有過電壓、過電流保護(hù)功能。通過單片機對外界檢測控制信號產(chǎn)生高低脈沖觸發(fā)M0SFET管實現(xiàn)充電。當(dāng)充電電壓超過設(shè)定值，進(jìn)行報警以及及時處理，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

【關(guān)鍵詞】充電電源 AT89S52單片機 直流電源變換 A/D轉(zhuǎn)換

1系統(tǒng)方案設(shè)計

高精度充電電源，從控制論角度說，必須采用閉環(huán)控制。本設(shè)計將采用數(shù)控方案，因此控制器及其編程，相應(yīng)的電壓電流采樣信號的A/D轉(zhuǎn)換和控制信號（PWM）的驅(qū)動都是必不可少的。充電電源要求在恒壓充電模式和恒流充電模式、快速充電和慢速充電之間進(jìn)行切換，DC—DC斬波電路中器件開斷，所以開關(guān)的可靠性非常重要。

1.1系統(tǒng)供電電源

由于控制器（AT89S52），A/D轉(zhuǎn)換器，數(shù)碼管顯示，各放大器的供電電源為+5V與±12V。這部分供電無論是電壓精度和紋波要求都是相對較低，開關(guān)電源或是線性穩(wěn)壓電源均可滿足要求。這里我們選擇采用78，79系列三端穩(wěn)壓管構(gòu)成的成熟線性穩(wěn)壓電源來獲取+5V與土12V電源。

1.2直流電源變換

為了獲得大電流Ic給電池充電，我們采用升降壓斬波電路控制充電器的輸出電壓Ud。為了獲取高精度數(shù)據(jù)采用MOSFET管通過PWM信號控制其開斷得到Ud。PWM信號是由控制器進(jìn)行程序編程實現(xiàn)。為獲得穩(wěn)定的輸出電壓和電流，減少紋波系數(shù)。Sepic電路中，電源電流和負(fù)載電流均連續(xù)，有利于輸入、輸出濾波，電路的輸出電壓為正極性的，且輸入輸出關(guān)系相同

滿足設(shè)計要求，為此選擇Sepic電路作為升降壓斬波電路。

1.3控制器及其相應(yīng)控制程序

采用AT89S52單片機進(jìn)行控制。AT89S52單片機具有可靠性高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、中斷處理能力強等特點。本設(shè)計需要使用的軟件資源比較簡單，采用AT89S51進(jìn)行控制也簡單，輸入輸出接口也滿足設(shè)計需要。

1.4PWM信號驅(qū)動及放大

由于MOSFET管是電壓驅(qū)動型器件，并且驅(qū)動電壓為10?15V，而單片機輸出電壓為5V不能直接驅(qū)動MOSFET管。所以選擇電力電子中常見的MOSFET管驅(qū)動放大電路即可。

2理論計算

2.1電流Ic的計算

圖1：電路設(shè)計總圖3.2報警指示電路

（1）在Rs=100Ω，Es=10V?20V時，充電電流Ic大于（Es-Ec）/（Rs+Rc）。

當(dāng)電池?zé)o電時，Ec=0V，Ic值的范圍是0.0998?0.1998A。

當(dāng)電池充滿電時，Ec=3.6V，Ic值的范圍是0.0639?0.1638A。

計算得：我們采用恒流200mA方式充電可以滿足要求。

（2）在Rs=1Ω，Es=1.2V?3.6V時，以盡可能大的電流向電池充電。

當(dāng)電池?zé)o電時，Ec=0V，Ic值的范圍是1.0909?3.2727A。

當(dāng)電池充滿電時，Ec=3.6V，Ic值為零。

計算得：我們采用恒流l000mA充電，不需要過大的電流充電，可以配備恒壓充電方式。

2.2充電電壓Us計算

經(jīng)查資料可得：充電電壓Us=（1.2?1.6）Ec。設(shè)計要求Ec=3.6V計算得：Us=（4.32?5.76）V。不論Es的取值為10V?20V或1.2V?3.6V時，都可采用恒壓+5V充電方式。

2.3提高效率的方法

對電池充電時，要考慮電池電壓脈動性，可采用間歇式充電方式，即一段時間充電一段時間放電。這可以控制占空比實現(xiàn)。充電開始時，以盡可能大的電流對電池充電。在采用恒壓方式充電。這樣就可以提高了充電功能的效率。

3電路設(shè)計與測試

3.1輸入電源采集電路

對輸入電源Es進(jìn)行分壓作為斬波電路的輸入電壓：

斬波電路電壓：

斬波電路輸出電壓：

ADC0809電路的輸入為0?5V電壓，所以要將Es進(jìn)行分壓處理，處理后輸入電壓的范圍為：2.5?5V，只需要在程序編輯中相應(yīng)改變算法就可實現(xiàn)顯示。

R1=300Q，R2=700Q。采集到運放電路中的電壓為

電池兩端電壓Uc與U=3.5V進(jìn)行比較，當(dāng)Uc小于3.5V電路輸出低電平；當(dāng)Uc大于3.5V時電路輸出高電平二極管點亮和蜂鳴器響，就表示電池己經(jīng)充滿?？梢酝Ｖ构ぷ?。

3.3電路總圖

如圖1所示。

3.4測試結(jié)果

（1）經(jīng)過反復(fù)測試，結(jié)果證明恒流和恒壓可以滿足要求，輸出穩(wěn)定。

（2）恒壓充電時，電壓輸出變化平均值為3mV。

（3）大電流充電與小Es自動啟動充電都實現(xiàn)，充電方式選擇可靠。

4結(jié)束語

本設(shè)計并具有較高的靈敏度和可靠性，實現(xiàn)充電過程的智能化控制。并加入了充電方式選擇和充電狀態(tài)指示等功能。系統(tǒng)在實際測試中運行效果良好，能滿足對一些電池智能化充電的要求。

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