STC 单片机控制的铅酸电池组充电器设计

2015-11-18陈玉红

灯与照明 2015年2期

陈玉红，陈洁

(1.苏州市立医院东区，苏州 215004;2.苏州动力科技有限公司，吴江 215211)

0 引言

铅酸蓄电池是电动自行车的动力源，也是UPS 的后备能源。电池的储能消耗后需要及时地补充，否则就会“干枯”成为无电之池。充电器便是给蓄电池补偿电能的装置之一，是电动自行车必备的部件。根据电池组的电压等级不同常有36 V、48 V 和60 V 等多种;单节电池的容量C 不同，常有12 Ah、14 Ah、17 Ah和20 Ah 等多种，电池组的充电电流通常取电池容量的0.1 到0.2 之间。若取0.15C，则12 Ah 电池的充电电流应为约1.8 A。

充电器的结构可分为有工频变压器和无工频变压器两类。电动自行车使用的充电器属无工频变压器类，有开关电源和比较电路组成。常见有两种电路形式，一种是采用UC3842 与LM358、或LM393 等比较器组成的充电器电路，另一种是采用TL494 与LM393 等组成的充电器电路。这类充电器一般由市电滤波电路、市电整流电路、直流滤波电路、DC/DC 变换电路、高频整流电路、电压取样误差放大电路、充电电流取样比较电路等组成。

目前市场上普通的充电器大多是三段式充电器，即在电池亏电状态进行恒流充电，当电池电压达到名义电压时进入恒压充电，最后进入涓流充电。实验表明，电池进入涓流充电的时间不宜太长，一般在2 h 左右，因此需要及时切断充电电流，终止充电。

1 系统结构

文章介绍采用高性能电流模式控制器UC3842 芯片来制作铅酸电池充电器，其电路原理框图如图1 所示。图1 所示电路框图是以常用的由UC3842 和TL431 组成的DC/DC 变换器为核心，通过对变换器输出的直流电压和充电电流进行采样，来控制电池的充电电压和电流，是一款具有限流型的单片机控制的48 V 12 Ah 铅酸电池充电器。

图1 充电器原理框图

2 电路原理

2.1 电压电流采样电路

由于STC 单片机具有0～5VDC 的模拟量输入引脚，故对被采样的直流电压进行降压至单片机引脚许可的电压范围即可，这里用了一个电阻分压电路。电流采集则由分流器通过信号放大来获得0～5VDC 信号电压，然后送入单片机引脚，电压电流的采样电路如图2 所示。

图2 电压电流采样电路

2.2 待机控制电路

从UC3842 的关机技术来看，有两种方法可以实现。一种是提高引脚3 的电压至1 V 以上，另一种是把引脚1 的电平拉低至1.4 V 以下。要实现由UC3842 组成的开关电源的待机控制，最简单的方法是在其引脚外部与公共地之间增设一个开关。当需要关机时使开关闭合，工作时开关断开。文章所用的方法如图3 所示。

图3 待机控制

2.3 调压控制电路

单片机对UC3842 组成的DC/DC 变换电路进行调压，是利用单片机输出PWM 脉冲进行滤波后得到的直流电压来调节。将不同占空比的PWM 脉冲进行滤波后便可得到一个0～5V 变化的模拟量，用该模拟量与电压反馈量相加进行调压控制，其原理如图4所示。

图4 调压电路

2.4 通信电路

通信电路由MAX232 芯片组成，用于烧录程序及与上位机通信，电路如图5 所示。

图5 通信电路

2.5 主要器件和布局

本充电器的DC/DC 变换器由UC3842 和TL431组成，控制系统采用宏晶公司的STC12C5A60S2 单片机为核心。该单片机是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051 单片机，其指令代码完全兼容传统8051，但速度快8～12 倍。内部集成MAX810 专用复位电路，内含有双串口、2 路PWM 和8 路高速10 位A/D转换(250 K/S)，用户应用程序空间达60 K，适合电机控制，强干扰场合使用。

充电器的电路板采用单块双面板，各功能电路整合在同一块板子上，如图6 所示。