基于单片机控制的充电模块.doc

基于单片机控制的充电模块 作者： ?文章来源： ? 时间：2008-04-08 23:44:44 ? 阅读次数：96 摘要 给出一种新型的基于单片机控制的充电模块设计，并从系统的硬件和软件两方面对这种设计作了分析。该系统能通过对输出电压和电流的检测，可以对输出电压和电流进行控制和补偿。可以通过按键对输出参数进行设置，电池电压和充电电流，对电池充电进行监视和管理。 关键词? ?????AT89C51 ??开关电源? SG3525 ???PWM? 引言 由于铅酸蓄电池维护简单、价格低廉、供电可靠、使用寿命长，广泛作为汽车、飞机、轮船等机动车辆的启动电源，也在各类UPS和EPS的电子设备和便携式仪器仪表中用作一些电器及控制回路的工作电源。随着各种电器和仪表设备的日渐丰富，对电源应用的灵活性提出了更高的要求，人们希望能快捷、安全地对蓄电池进行充电，而现有市场销售的充电器充电电流多为20A。为了满足人们对大功率充电器的需求，将单片机融入电源的设计中可以极大地提升电源的性能和灵活性，本文介绍了一种单片机加PWM芯片的开关电源设计方法，既可以保留PWM芯片带来的稳定工作性能，又可以利用单片机的控制能力提供各种人机交互和通信接口。 1? 系统功能 本系统可以方便地实现图1所示的电压输出波形。其中，V1、V2、T1、T2、dv、dt都是可以通过键盘来设定的。电压值的输出范围为0～16 V，最大输出电流为10 A。输出电压精度为0.1 V，电流精度为10 mA。电流的设定值指的是允许输出的最大电流。 图1? 输出电压波形 本系统工作在铅酸电池充电器的模式（简称“LBC模式”）。根据铅酸电池的特性，当电源工作在LBC模式时，电源首先将输出较大的充电电压和电流V1/I1，至少维持10 s；当充电电流降到小于设定值I2时，电源输出较小的充电电压和电流V2/I2。如果到了设定时间T1，充电电流还未降到I2以下，这时电源输出也会降为V2/I2。当输出电流再次大于I2时，电源将再次输出V1/I1充电。其中，V2设定值必须小于14 V。若设置为大于14 V，电源会自动将其设成14 V。I2的值必须大于1/8I1，这些参数都是根据电池的可承受的电压和电流的参数设定的。LBC模式如图2所示。 图2? LBC模式 1 充电模块的基本原理 1.1 总体硬件设计 本系统针对铅酸电池进行充电，本系统中采用电流、电压负反馈的方法来达到恒流、恒压充电的目的，在充电过程对电池电压和充电电流进行实时监测，采用铅酸电池充电器模式（简称LBC模式），应用了单片机AT89C51及相应的控制电路。充电模块原理图如图1 所示。 图1 充电器原理图 充电模块的电路主要包括主电路、单片机控制电路两部分。主电路部分由桥式整流、PWM波形产生和直流滤波等组成。单相电源为220 V交流电时，经全桥整流为300 V左右的直流电，由大电容进行低频滤波稳压，MOS 器件S1、S2 组成半桥逆变器。PWM波形产生部分由SG3525根据反馈电压产生，通过给MOS 管S1、S2 加高频方波控制信号，使S1和S2 周期性地导通，可得到脉宽可调的高频交流电，经高频变压器耦合到副边，再经整流管D2和D3整流，L1 和C4滤波，在输出侧得到低纹波直流电压。显示电路是用来显示电池的当前电压与充电电流，显示状态由键盘实现按钮启动。 1.2 电路功能设计与分析 1.2.1 PWM 宽度设置 脉宽调制控制电路采用开关电源专用集成芯片SG3525，SG3525双管驱动输出，OUT-A 与OUT-B 反向输出，可设置死区时间。控制过程主要是移动调节导通的占空比来调节输出功率。移相PWM的相移控制是通过误差放大器来实现的，误差放大器的同相端E/A+（脚2）接由单片机控制输出的电压信号。反相端E/A-（脚1）接主电路输出电流或电压的反馈信号，电流和电压负反馈信号之间的切换由肖特基二极管D1 的导通截止实现。反馈信号和标准电位比较，差值经放大输出，送至移相脉宽控制器，控制OUT-A与OUT-B 之间的相位，最终调整波形占空比，使电压和充电电流稳定在预定值上。 1.2.2 电流采样 　　电流采样是大电流充电器的关键技术之一。通常采用电阻采样，但在50A 以上的大电流电路中是难于适用的，不精确容易出问题。为此，设计了在高频变压器的初级线圈处增加环形电流互感器，匝数比为1：50，不仅达到精确电流采样的作用，还使采样功耗控制在0.5W以内。 1.2.3 限流保护措施 　　正常情况下，开关电源应工作在额定输出功率范围之内，避免电源工作在超出正常输出状态，但在实际工作中很难预测，故电路将高频变压器输出的电流经电流互感器耦合输出，再经二极管整流，电容滤波及电阻分压后，与比较器的同相端电压进行比较，当输出电压过高时，SG3525停止输出方波驱动