一種單片機(jī)控制的鉛酸蓄電池充電電源

摘要：為了有效地提升鉛酸蓄電池的使用壽命，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對充電過程的監(jiān)控，設(shè)計(jì)出一種用單片機(jī)控制的36 V鉛酸蓄電池充電電源。本電路采用反激式拓?fù)?，連續(xù)電流工作模式，電源管理IC設(shè)計(jì)在電源的副邊，由ELAN公司的EM78P258N單片機(jī)模擬，是用可編程器件模擬電源管理IC，實(shí)現(xiàn)智能電源低成本化的一次成功嘗試，通過對單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了充電電源的狀態(tài)顯示、充電時(shí)間控制、報(bào)警、過溫保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)等功能。本充電器真正的實(shí)現(xiàn)了鉛酸蓄電池的三段式充電過程，其最高輸出功率可達(dá)90 W，效率約85％，成本不到20元，具有很高的市場競爭力。
關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池；充電電源；單片機(jī)；電源管理IC

鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價(jià)格低廉而得到了廣泛的使用。但是，若使用不當(dāng)，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。研究發(fā)現(xiàn)：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，一個(gè)好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。
目前比較被認(rèn)可的充電曲線如圖1所示。也即常說的三階段充電法：在充電開始和結(jié)束時(shí)采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，最大限度的保護(hù)蓄電池的壽命。

傳統(tǒng)的3842式充電器性能可靠，價(jià)格低廉，但卻只能實(shí)現(xiàn)充電曲線的前兩個(gè)階段，無法實(shí)現(xiàn)浮充(涓流)階段，而且無法實(shí)現(xiàn)智能控制。市場上的一些所謂的智能充電器，又無一例外的價(jià)格高昂，沒有市場競爭力。本文介紹了一種采用單片機(jī)做電源管理IC的智能充電器，可以真正的實(shí)現(xiàn)三段式充電過程，并且具有狀態(tài)顯示、充電時(shí)間控制、報(bào)警等功能，而且整機(jī)成本不到20元，極具市場競爭力。

1 電源設(shè)計(jì)方案
1．1 總體方案簡介
采用單片機(jī)做電源管理IC，瓶頸問題是單片機(jī)的運(yùn)算速度較慢，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)突變時(shí)無法及時(shí)做出調(diào)節(jié)，而本例的負(fù)載是電池，給電池進(jìn)行充電的過程恰好不會出現(xiàn)負(fù)載突變這個(gè)問題，這使得采用單片機(jī)作為電源管理IC成為可能。
由于本電路的輸出功率小于100 W，所以采用反激式拓?fù)湫问?，反激式拓?fù)渥畲蟮膬?yōu)點(diǎn)是不需要輸出濾波電感，這使得反激式拓?fù)涞某杀据^低，體積較小。電源管理IC設(shè)計(jì)在電路副邊，由ELAN品牌的EM78P258N單片機(jī)模擬，單片機(jī)的運(yùn)算頻率設(shè)定為8 MHz。EM78P258N是一款具有很高性價(jià)比的單片機(jī)，其工作頻率最高可達(dá)20 MHz(外接振蕩器模式)，內(nèi)部設(shè)置了4個(gè)12位精度的AD轉(zhuǎn)換器、2Kx13位片內(nèi)寄存器、3個(gè)八位、一個(gè)十六位計(jì)時(shí)器和一個(gè)PWM波形發(fā)生器，具有看門狗功能。電路的初級和次級由變壓器進(jìn)行隔離，變壓器不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且很容易實(shí)現(xiàn)初次級3 000VAC的抗電強(qiáng)度。該充電器最高輸出約可為45 V／2 A，并可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。本充電器的開關(guān)頻率設(shè)為40 KHz，每個(gè)周期被等分為200個(gè)部分，PWM每次可以調(diào)節(jié)1／200個(gè)周期，即125 ns。