采用UCC3895與PIC單片機(jī)的智能充電器方案設(shè)計(jì)

采用新一代移相PWM控制芯片UCC3895和PICl6F917單片機(jī)，針對(duì)常用的鉛酸蓄電池設(shè)計(jì)開發(fā)了一種智能充電器，介紹了其硬件設(shè)計(jì)思路和軟件實(shí)現(xiàn)方法，并提出了智能控制策略。
關(guān)鍵詞：UCC3895；PIC；智能充電器

0 引言
現(xiàn)代通訊設(shè)備、電子產(chǎn)品、電動(dòng)車輛、UPS等普遍采用蓄電池作為電源，然而多數(shù)充電設(shè)備功能單一，通用性差，維護(hù)質(zhì)量低，導(dǎo)致產(chǎn)品的使用效率大大降低。本文采用UCC3895和PIC單片機(jī)，針對(duì)常用的鉛酸蓄電池，設(shè)計(jì)開發(fā)了一種智能充電器。
UCC3895是TI公司生產(chǎn)的專用于PWM移相全橋DC／DC變換的新型控制芯片，可工作于電壓模式，也可工作于電流模式，并且可實(shí)現(xiàn)輸出脈沖占空比從0到100％相移控制，軟啟動(dòng)和軟停止可按要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；內(nèi)置7MHz帶寬的誤差比較放大器；具有完善的限流及過流保護(hù)、電源欠壓保護(hù)，基準(zhǔn)欠壓保護(hù)、軟啟動(dòng)和軟停止等功能。
PICl6F917型單片機(jī)與UCC3895共同組成控制器部分，相對(duì)于僅使用單片機(jī)作為控制器的方式，具有響應(yīng)速度快，控制精度高，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

l 總體結(jié)構(gòu)
如圖l，充電器的供電部分采用開關(guān)電源，其輸入為220V交流市電，整流濾波后，一部分為控制電路的數(shù)字器件提供輔助工作電源和參考電壓，另一部分經(jīng)全橋逆變轉(zhuǎn)換為高頻交流電，再進(jìn)行高頻整流濾波，為蓄電池提供0～60V脈沖直流電。PIC與UCC3895配合構(gòu)成閉環(huán)控制電路，通過比較用戶設(shè)定值和采樣得到的反饋值，在充電過程中的不同階段對(duì)逆變器進(jìn)行PWM控制，同時(shí)PIC完成顯示和報(bào)警等功能。

2 硬件設(shè)計(jì)
1)主電路設(shè)計(jì)
如圖2，充電主電路采用移相控制全橋ZVT—PWM變換技術(shù)，利用功率MOS管的輸出電容和輸出變壓器的漏電感作為諧振元件，使FB—PWM變換器四個(gè)開關(guān)管依次在零電壓下導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)恒頻軟開關(guān)，減少了開關(guān)損耗，可保證變壓器效率達(dá)80—90％，并且不會(huì)發(fā)生開關(guān)應(yīng)力過大的問題。

2)控制電路設(shè)計(jì)
控制電路分為兩部分。第一部分為前級(jí)控制器，由UCC3895及其外圍電路組成，用來生成PWM脈沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)管的控制。第二部分為后級(jí)控制器，由PIC和TLV5618及其外圍電路組成，實(shí)現(xiàn)用戶設(shè)定、采樣、顯示、計(jì)時(shí)、報(bào)警、主電路通斷等充電過程的管理功能。

(1)前級(jí)控制電路
引腳電路功能分析
如圖3，腳1和腳20是誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端，其中腳20外接Uc，Uc是后級(jí)控制器送來的輸出電壓控制信號(hào)，經(jīng)隔離后，在這里作為誤差放大器的基準(zhǔn)電壓。腳2為誤差放大器的輸出端，內(nèi)接PWM比較器的非反相端，外接EA與l腳。當(dāng)充電開始時(shí)，充電電流較大，取樣電流與設(shè)定電流比較后接在PWM的非反相端，從而調(diào)節(jié)PWM輸出脈沖寬度；當(dāng)充電末了，充電電流較小，充電電壓變大，2腳依靠誤差放大器反饋控制調(diào)節(jié)PWM輸出脈沖寬度。

腳3為PWM比較器的反相輸入端，外接7腳和取樣電流電路。充電初始階段，充電電流較大，電路工作在峰值電流模式下，反饋信號(hào)主要由取樣電流提供，它與同相端比較后，調(diào)節(jié)PWM輸出脈沖寬度。充電中后期，充電電流變小，充電電壓穩(wěn)定，電路工作在電壓模式下，該端接CT(引腳7)上的鋸齒波信號(hào)。
工作過程原理分析
充電器電壓信號(hào)由傳感器取出，加到UCC3895的1腳。充電初期，電池兩端電壓很低，充電電流很大，電路工作在峰值電流模式下，電壓反饋對(duì)控制電路影響比較小，這時(shí)電路主要靠電流反饋工作，采樣電流VI經(jīng)過比較后加到PWM比較器的非反相端，IA、IB經(jīng)過整流后加到PWM比較器的反相輸入端，由兩者的大小調(diào)節(jié)PWM比較器輸出脈沖的寬度(如圖4)；充電中后期，電壓變大，充電電流變小，電路工作在電壓模式下，電壓信號(hào)加到誤差放大器的反相端與設(shè)定的基準(zhǔn)值比較后送至PWM比較器的非反相端，7腳輸出的鋸齒波信號(hào)接在PWM比較器的反相端，由兩者的大小調(diào)節(jié)PWM比較器輸出脈沖的寬度(如圖5)。由芯片外圍電路可以看出，它具有兩個(gè)閉環(huán)控制調(diào)整電路，其一是電壓控制閉環(huán)電路，電壓取樣信號(hào)加在誤差放大器反相端，與后級(jí)控制器送來的同相端基準(zhǔn)電壓比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)，加在PWM比較器反相端。其二是電流控制閉環(huán)電路，輸出電流取樣信號(hào)與后級(jí)控制器送來的電流信號(hào)比較后加在PWM比較器非反相端，它與反相端信號(hào)比較后產(chǎn)生控制信號(hào)，從而決定輸出脈沖的寬度。