大學-基于單片機的智能電池充電器的設計-資料下載頁

【導讀】模式，而是一直采用大電流充電，極易造成電池的極化現象，導致電池充電效率較低，基于上述原因本文設計了一種基于單片機的智能電池充電器，該充電。器是由ADuC824單片機控制，根據充電電池的充電狀態輸出一定的PWM脈沖波，鳴器發出報警聲，提醒用戶電池已經充滿，實現電池充電的智能化。充電終止條件控制方法.......

　　

【正文】 的是 ADuC824，其使用的是一個外部晶振為 頻率的時鐘為 CPU 提供時鐘周期， 片內 PLL 以倍速鎖存 (3216 倍 )方式為系統提供穩定的 的時鐘信號。為了與平時學的 80C51 的 12MHz 的晶振頻率一致 ,且易編程， 我們可以對片內 PLL 的控制寄存器 PLLCON 進行軟件設計來實現 12MHz的晶振頻率 。 當電壓檢測量 VOLTAGE/AIN3 和電流檢測量 CURRENT/AIN1 送入到單片機的兩個獨立的模數轉換通道，單片機將模擬量轉化為數字量，進而進行一定的數據分析，確定充電進入 充電四個階段的 哪個階段，同時將轉化的數字量通過數模轉換送到TL494 的放大器的同相輸入端 DTC， 單片機在確定充電進入哪個階段后，將通過 P0口輸出給 8 段碼顯示，用來告訴用戶 當前電池的 充電 的狀態 ，并且當充電結束時，單片機將驅動蜂 鳴器發聲，提醒用戶充電已結束 [6][13][17]。 基于單片機的智能電池充電器的設計 22 充電 電路設計部分 充電電路電源部分 該電路屬于降壓扼流圈電路，輸出電壓比輸入電壓低時使用，如圖 35 所示的 電路中， 220 伏市電經變壓器降壓后，由整流器整流和大電容 C1 平滑濾波，作為直流充電電源。 PWM 控制信號的高電平脈沖出現，使 MOSFET 導通之后，電感 L1 的電流不斷增大，電容 C2充電，該電路不斷存儲能量，同時通過電感 L2對電池充電，此時，續流二極管因反向偏置而截止。經過 PWM 高電平脈沖持續時間后， PWM 信號變低， MOSFET 截止 ，電感 L1中的電流減小， L1兩端的感應電動勢使續流二極管導通， L1中的存儲電流和電 容 C2存儲電荷向電池充電。經過 PWM 信號的低電平持續時間后， PWM 信號的又一高電平 到來，再度使 MOSFET 導通，上述過程重復發生。電感 L2的作用是平滑充電電流 [1][7]。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 9 J un 2 0 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 2 .D D B D r a w n B y:C1 C2L1 L2U1R23KR310R65 00R45 00R11 00R73KT11234B R I D G E 1C30 .1 uM O S F E T PD1C40 .1 u蓄電池2 20 VR11 00+ 12GNDGND++ 12+ 12U 1 AL M 3 24V o +V o P W MV i n 2 V1V2I1I2I R F 9 54 0I N 4 0 012 50 0 u / 2 5V2 50 0 u / 2 5VVsT e x t 圖 35 充電電源電路 控制電路 控制電路用來產生 PWM 波，在這里采用了 TL494 來實現。 TL494 是美國德州儀器公司生產的一種電壓驅動型脈寬調制控制集成電路，主要應用在各種開關電源中， TL494 價格低廉，易購得，和分立單元系統相比， 在一個芯基于單片機的智能電池充電器的設計 23 片內，同時解決了電流和電壓調節器，脈寬調制，最大電路限制。芯片內還設有附加監控保護功能，使得它可獲得更優良的工作性能 ，提高了抗干擾能力和可靠性，系統結構更簡潔，縮小了空間。由 TL49單片機組成的充電控制回路，構成閉環控制系統。 （ 1） TL494 管腳配置及其功能 TL494 的內部電路由基準電壓產生電路、振蕩電路、間歇期調整電路、兩個誤差放大器、脈寬調制比較器以及輸出電路等組成。圖 36 是它的管腳圖和內部結構原理 圖，其中 1， 2 腳是誤差放大器 I 的同相和反相輸入端 ； 3 腳是相位校正和增益控制；4 腳為間歇期 調整，其上加 電壓時可使截止時間從 2%線性變化到 100%； 5， 6 腳分別用于外接振蕩電阻和振蕩電容； 7 腳為接地端； 8， 9 腳和 11， 10 腳分別為TL494 內部兩個末級輸出三極管集電極和發射極； 12 腳為電源供電端； 13 腳為輸出控制端，該腳接地時為并聯單端輸出方式，接 14 腳時為推挽輸出方式； 14 腳 為 5V基準電壓輸出端，最大輸出電流 10mA； 15， 16 腳是誤差放大器 II 的反相和同相輸入端。 圖 36 TL494 的管腳圖和內部結 構 (2) TL494 回路控制原理 TL494 內部振蕩器產生的鋸齒波送到 PWM 比較器的反相輸入端，脈沖調寬電壓由 ADuc824 檢測到電池電壓、電流及溫度等參數經處理做出判斷，確定當前的充電基于單片機的智能電池充電器的設計 24 階段，經 D/A 轉換器輸出電壓信號送到比較器的同相輸入端 DTC， TL494 內部 PWM比較器比較后輸出一定寬度的脈沖波。當調寬電壓變化時， TL494 輸出的脈沖寬度也隨之改變，從而改變 MOSFET 的導通時間，達到調節、穩定輸出電壓的目的，使電池電壓與設定值保持一致，形成閉環回路控制。 本次設計只采用一組 PWM輸出 ， 故 TL494采用單端輸出方式 。 單端輸出時 TL494的 Q1和 Q2并在一起輸出 PWM 波 ， 如圖 37 所示。 C 1E 1C 2E 2QCQES i n g l e E n d e dO u t p u t C o n t r o lQ1Q2 圖 37 單端 輸出連接圖 檢測到的電池電 流 轉換為 05V 的電信號，通過簡單濾波電路進行平滑、去除雜波干擾后的 CURRENT/AIN1 送給 TL494 的誤差放大器 Ⅰ 的 V1 +同相輸入端。設定輸入信號是由 TL494 的 +5V 基準電壓源經一精密多圈電位器分壓，由電位器滑動端通過濾波電路接入 TL494 的誤差放大器 Ⅰ 的 V1一反相輸入端。反饋信號和設定信號通過 TL494 的誤 差放大器后進行比較放大，進而控制停止 PWM 輸出，防止過充電。 在這次的設計中只用到了 TL494 的誤差放大器 Ⅰ ，故將誤差放大器 Ⅱ 的 V2 +（ 16腳）接地、 V2（ 15 腳）接高電平 [8][9]。 TL494 的控制回路 電路 圖如圖 38 所示。 基于單片機的智能電池充電器的設計 25 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 5 J u n 20 09 S he e t o f F i l e : J : \ 圖 \ P R E V I O ~ 1 3. D D B D r a w n B y :R W 43 3KR 155KC90 .1 uC 100 .1 u+ V 11 V 12+ V 216 V 215C O M P3D T C4CT5RT6C18C211OC13V R E F14E19E210U2T L 4 94C 111u+5G N DG N DG N DG N DG N DDAC U R R E N T / A I N 1G N DP W M 圖 38 TL494 控制回路電路 檢測電路 檢測電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路、溫度檢測電路，由于 ADuc824 自帶內部溫度 傳感器 ，本節著重介紹電壓和電流檢測電路。 （ 1） 電壓檢測 電壓檢測電路的設計主要考慮的問題是 :在正常充電的過程中，電池端電壓 Ubat的變 化范圍是 0V 到 15V， 要使單片機檢測 Ubat 的變化映射到 0V到 5V 的范圍內，在測量中，需要用低壓器件去測量高壓、強電流模擬量，如果模擬量與數字量之間沒有電氣隔離，那么，高電壓、強電流很容易串入低壓器件，并將其燒毀。 本設計采用精密電阻進行比例衰減，把輸入電壓量程范圍轉化為 AD 轉換器的量程范圍，然后經 RC 濾波，再送給 AD 轉換器測量。線性光藕可以較好的實現輸入側和輸出側之間的隔離，且輸出側跟隨輸入變化，線性度達 %。電壓采樣電路的工作原理如圖 49 所示： 基于單片機的智能電池充電器的設計 26 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 2 J un 20 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 21 .D D B D r a w n B y :R910 0 KR 1010KU 4 BO P T O I S O 1U 4 AO P T O I S O 1R W 210KR 125. 1 KR 115. 1 KR 14270R 133KC60. 1 uC80. 0 22 uC70. 1 uD340 0 7++ 12+5+ 12+ 12U 2 AL M 32 4V o +V o V i n 1Vi V3V4I4 I5I6V6V O L T A G E / A I N 3 圖 39 電壓檢測電路 輸入電壓： 1 0 0in batV V V U??? ? ? （ ） 經分壓衰減變成 109 10i batRVURR? ? （ ） 忽略運放的電流，根據虛地原理，有 34iV V V?? 所以第一路光藕的輸出 345 12 12VVI RR?? （ ） 由于光藕 4AU 和 4BU 的原邊電流相同，且 2 個光藕制造工藝相同，所以可近似地認為它們的電流放大倍數是相同的。即兩路光藕的輸入輸出電流之比 4645 IIII ? （ ） 因為 A/D 的輸入阻抗很高，所以 ? ?2 1 0426 6 2 5 2 21 2 1 2 1 2 9 1 0i b a tR W RV R WV I R W I R W R W V UR R R R R? ? ? ? ? ? （ ） 把 2RW 、 12R 、 10R 、 9R 的阻值代入得 基于單片機的智能電池充電器的設計 27 ? ?26 0 05 6 .1RWV V V???? （ ） 調節 2RW ， 使得采樣電路輸出的電壓為 /3 13VOLTAGE AIN batVU? （ ） 即把輸入電壓從 015V 衰減到 05V。 （ 2） 電流檢測 在檢測電流時，電流的取樣通過電阻法取 樣，取樣電流由一個 100? /2W 的金屬膜電阻完成。 金屬膜電阻器就是以特種金屬或合金 做 電阻材料，用真空蒸發或濺射的方法，在陶瓷或玻璃基 礎 上形成電阻膜層的電阻器。這類電阻器一般采用真空蒸發工藝制得，即在真空中加熱合金，合金蒸發，使瓷棒表面形成一層導電金屬膜。刻槽和改變金屬膜厚度可以控制阻值。它的耐熱性、噪聲電勢、溫度系數、電壓系數等電性能比碳膜電阻器優良。金屬膜電阻器的制造工藝比較靈活，不僅可以調整它的材料成分和膜層厚度，也可通過刻槽調整阻值，因而可以制成性能 良好，阻值范圍較寬的電阻器。這種電阻和碳膜電阻相比，體積小、噪聲低、穩定性好，但成本較高，常常作為精密和高穩定性的電阻器而廣泛應用，同時也通用于各種無線電電子設備中。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 9 J un 2 0 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 2 .D D B D r a w n B y:U 3 BO P T O I S O 1U 3 AO P T O I S O 1R W 11 0KR65 00R45 00R82 00R11 00R73KC30 .1 uC50 .0 1 8uC40 .1 uD24 00 7蓄電池++ 12+5+ 12+ 12U 1 AL M 3 24V o +V i n 2 V1V2I1 I2V o I3V5C U R R E N T / A I N 1VsT e x t 圖 310 電流檢測電路