【正文】 （ 2） 電流檢測(cè) 在檢測(cè)電流時(shí)，電流的取樣通過(guò)電阻法取 樣，取樣電流由一個(gè) 100? /2W 的金屬膜電阻完成。圖 36 是它的管腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(diào)整，其上加 電壓時(shí)可使截止時(shí)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T(mén)L494 內(nèi)部?jī)蓚€(gè)末級(jí)輸出三極管集電極和發(fā)射極； 12 腳為電源供電端； 13 腳為輸出控制端，該腳接地時(shí)為并聯(lián)單端輸出方式，接 14 腳時(shí)為推挽輸出方式； 14 腳 為 5V基準(zhǔn)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。 HOUR、 MIN、 SEC、 HTHSEC分別是時(shí)、分、秒、 1/128 秒的寄存器。另外， ADuC824 還可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的 UART 串行端口下載源代碼。 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 18 圖 32 ADuC824 的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu) ① 雙通道 ∑△ 型 A/D ADuC824 包括兩個(gè)帶有數(shù)字濾波器的 ∑△ ADC 通道 (主通道和輔助通道 )。 智能充電器的基本功能如下： （ 1） 通過(guò)對(duì)鉛酸蓄電池的電壓，電流進(jìn)行定時(shí)的檢測(cè)，輸入到單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)得到的數(shù)值進(jìn)行一系列的處理后輸出到八段碼中，用來(lái)告訴用戶充電進(jìn)行到哪個(gè)階段。 溫度控制 為了避免損壞電池，電池溫度過(guò)低時(shí)不能立即開(kāi)始快速充電過(guò)程，電池充足電后，充入的電量都消耗在電池中，電池的溫度很快上升，電池溫度上升 到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止充電過(guò)程。這樣，可能降低電池壽命，也可能 損壞電池。 ④ 變電壓間歇充電法 在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電法。快速充電技術(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 9 0t充 充 充 充充 充 充 充u , i 圖 22 恒流充電曲線 ② 階段充電法 此方法包括二階段充電法和三階段充電法。 鉛酸蓄電池充放電后電解液的變化 從上面可以看出，鉛酸蓄電池放電時(shí)，電解液中的硫酸不斷減少，水逐漸增多，溶液比重下降?？紤]到這一點(diǎn)，在設(shè)計(jì)蓄電池充電器時(shí)，應(yīng)能在電池長(zhǎng)時(shí)間不用的情況下對(duì)電池進(jìn)行補(bǔ)充充電。上面提到的蓄電池的極化電阻正是由于電池的極化現(xiàn)象所表現(xiàn)出來(lái)的。內(nèi)阻越小，在同樣的放電條件可以消耗較少的電能，輸出較多的電能，提高電能利用率，從而提高蓄電池性能。 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 3 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外人士正致力于充電器的智能化研究，智能化程度較高的充電器解決了動(dòng)態(tài)跟蹤電池可接受充電電流 曲線的技術(shù)關(guān)鍵，使充電電流始終與可接受充電電流保持良好的匹配關(guān)系，使充電過(guò)程始終在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，比常規(guī)充電模式可節(jié)約電能 30%50%左右，提高了充電質(zhì)量和效率，充電工人只擔(dān)任輔助性工作，為充電技術(shù)和充電設(shè)備的智能化發(fā)展闖出了一條新路。 因此，人們?cè)诤懔鞒潆姺绞降幕A(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，即采用恒流限壓充電方式。隨著國(guó)際 、 國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)保要求的越來(lái)越高，對(duì)內(nèi)燃車(chē)輛的排放要求也越來(lái)越高，這樣對(duì)綠色能源的需求越來(lái)越迫切，勢(shì)必會(huì)蓄電池電動(dòng)車(chē)輛的使用量大幅度增加。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)聲明，國(guó)內(nèi)蓄電池的平均壽命為 年（可充 400 次），國(guó)外同型號(hào)蓄電池壽命一般為四年（可充 1000 次）如果充電質(zhì)量不好以及用戶使用維護(hù)保養(yǎng)跟不上，許多電池在使用一年后即報(bào)廢，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，蓄電池價(jià)格占整機(jī) 價(jià)格的 20%，國(guó)外同容量電池價(jià)格則為國(guó)產(chǎn)蓄電池價(jià)格的 2—3 倍 。此外還受電解液密度、溫度、放電條件（即：充電程度、放電率等）、蓄電池新舊程度等影響。基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 5 這是因?yàn)樵谶^(guò)充電階段電池內(nèi)部所進(jìn)行的反應(yīng)為消耗反應(yīng)，它會(huì)增大電池內(nèi)部的壓力，同時(shí)，由于氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng)，這就使電池溫度迅速上升。充電時(shí)采用大電流充電，會(huì)造成蓄電池溫度高，損害蓄電池的壽命。 電解液中存在的 硫酸根離子和氫離子在電力場(chǎng)的作用下分別移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。 tii= I0et0 圖 21 最佳充電曲線 (1) 常規(guī)充電 技術(shù) 常規(guī)充電制度是依據(jù) 1940 年前國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。用恒 定電壓快速充電，如圖 24 所示。鉛酸蓄電池的充電方法和對(duì)充電狀態(tài)的檢測(cè)方法與鎳鎘電池有很大的不同，但它們之間可以相互借鑒。 現(xiàn)階段采用的控制方法很多，通常使用的有定時(shí)控制，電壓控制，溫度控制及最小終止電流等方法進(jìn)行充電終止控制。這種方法適用于恒流充電模式。 （ 2） 主充階段 主充階段以恒流方式充電。它將 8051內(nèi)核、兩路 24位 +16位 ∑△ A/D、12位 D/A、 FLASH、 WDT、 μP監(jiān)控電路、溫度傳感器、 SPI和 I2C總線接口等豐富資源集成于一體，體積小、功耗低、非常適合用于各類智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領(lǐng)域。 AD 通道的設(shè)置和控制是通過(guò)專用寄存器塊 (SFR)中的一組寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。片內(nèi) PLL 以倍速鎖存(3216 倍 )方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 的時(shí)鐘信號(hào)。經(jīng)過(guò) PWM 信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間后， PWM 信號(hào)的又一高電平 到來(lái)，再度使 MOSFET 導(dǎo)通，上述過(guò)程重復(fù)發(fā)生。 TL494 的控制回路 電路 圖如圖 38 所示。 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(cè)電路 這。反饋信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過(guò) TL494 的誤 差放大器后進(jìn)行比較放大，進(jìn)而控制停止 PWM 輸出，防止過(guò)充電。 PWM 控制信號(hào)的高電平脈沖出現(xiàn)，使 MOSFET 導(dǎo)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(chǔ)能量，同時(shí)通過(guò)電感 L2對(duì)電池充電，此時(shí)，續(xù)流二極管因反向偏置而截止。 b. 片內(nèi) PLL 一般 ∑△ 型 AD 都需外接一個(gè)晶振 ， CPU 工作也需要外部晶振。輔助通道用于接收輔助信號(hào)的輸入，例如冷 端二極管或熱敏電阻的輸入，此通道無(wú)緩沖器，只有一個(gè)固定為 177。 顯示和報(bào)警電路是通過(guò)單片機(jī)控制 來(lái) 顯示電池組當(dāng)前的 充電狀態(tài)，提 示 用戶當(dāng)前進(jìn)入的狀態(tài) 。根據(jù)鉛酸蓄電池的使用階段及蓄電池的特性，為了進(jìn)一步延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命， 在 長(zhǎng)期使用和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)蓄電池進(jìn)行了四個(gè)階段的充電以達(dá)到最優(yōu)的效果。為了避免環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)損壞電池，最好與其他控制方式配合使用。 充電終止條件控制方法 蓄電池在充足 電后，電池的溫度和內(nèi)壓都會(huì)快速的上升，同時(shí)電池的端電壓開(kāi)始下降 出現(xiàn)電壓負(fù)增量，如果此時(shí)繼續(xù)進(jìn)行快速大電流充電，對(duì)蓄電池的損害是顯然的。 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 11 ti0T 圖 25 脈沖式充電曲線 ② REFLEXTM 快速 充電法 這種技術(shù)是美國(guó)的一項(xiàng)專利技術(shù)，它主要面對(duì)的充電對(duì)象是鎳鎘電池。 ③ 恒壓充電法 充電電源的電壓在全部充電時(shí)間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。主要原因是充電過(guò)程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。 正極板的鉛離子（ Pb4+）得到來(lái)自負(fù)極的兩個(gè)電子（ 2e）后，變成二價(jià)鉛離子（ Pb2+），與電解液中的硫酸根離子（ SO42）反應(yīng)，在極板上生成難溶的硫酸鉛（ PbSO4）。 （ 8） 使用壽命 使用壽命是指在其實(shí)際容量降低至某一規(guī)定值之前所經(jīng)歷的充放電的次數(shù)，通常用來(lái)定義蓄電池的使用壽命，使用壽命是鉛酸蓄電池的重要指標(biāo)之一，與使用中的放基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 6 電深度、 溫度、充放電等條件有關(guān)。 （ 5） 電池的過(guò)充電 當(dāng)高速率充電而又不能及時(shí)地在滿充電后結(jié)束充電過(guò)程，電池則很容易存在大電流過(guò)充的問(wèn)題。 額定容量 （ C 額 ）是在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)蓄電池時(shí)，規(guī)定或保證在指定的放電條件下蓄電池應(yīng)放出的最低限度的電量。另一方面，充電技術(shù)不能適應(yīng)蓄電池的特殊要求，會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的使用壽命。 關(guān)鍵 詞 智能充電器 ADuC824 TL494 鉛酸蓄電池 基于單片機(jī)的智能電池充電器 的設(shè)計(jì) II DESIGN OF INTELLIGENT CHARGER BASED ON SINGLECHIP MICROCOMPUTER ABSTRACT In the past, as the charger cannot be based on the status of rechargeable battery data to analysis it cannot be carried out the mode, which is suitable. It has been using a highcurrent charge, which is result in more lower efficient for battery charger, reduces service life. Because of it, I design an intelligent charger, which is controlled by singlechip microputer. According to the state of battery, ADuC824 singlechip microputer will control and output a PWM pulse, in turn, leadacid battery will be charged through to fourstage charge such as trickle charge, constant current charging, constant voltage charging and floating charge, it can also show the current charging phase through the output terminal of singlechip microputer and can terminate charging automatically. A warning buzzer will sound to remind the user that it is already full of batteries. KEY WORDS intelligent battery charger ADuC824 TL494 leadacid battery 基于單片機(jī)的智能電池充電器 的設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 ..................................................................................................................................................................... Ⅰ ABSTRACT .......................................................................................................................................................... Ⅱ 1 緒論 ................................................................................................................................................................1 研究背景 .........................................................................................................................................1