【文章內(nèi)容簡介】 器）相連。一般情況下，作為負(fù)載的工作電源，直流電源以涓流充電模式對電池進(jìn)行充電，只有當(dāng)負(fù)載變大，在直流電源的端電壓低于電池端電壓或直流電源停止供電時，電池對負(fù)載放電。在這種方式下，充電電流由使用模式?jīng)Q定。它通常使用在緊急電源、備用電源或電子表等不允許斷電的場合。 涓流方式的簡單示意圖 分階段充電方式在分階段充電方式中，在電池充電的初始階段充電電流較大。當(dāng)電池電壓達(dá)到控制點時，電池轉(zhuǎn)為以涓流方式充電。分階段充電模式是最好的電池充電模式，但缺點是，所述充電電路的復(fù)雜性和更高的成本。另外，需增設(shè)控制點的電池電壓的監(jiān)測電圖。： 分階段充電的簡單示意圖鉛酸蓄電池往往采用恒壓充電或恒流充電。恒壓充電的初始充電電流過大，影響電池壽命鉛酸電池，甚至可能導(dǎo)致極板彎曲，損壞電池。因此，大量的鉛酸蓄電池充電電路以恒流充電方式充電，恒流充電電路始終是一個恒定的充電電流給電池充電，直到電池充滿后關(guān)斷電路，或進(jìn)入浮充形式。相比而言，恒流充電對蓄電池的壽命是有好處的。而且恒流充電具有較大的電流充放電，使充放電的速度大大加快。但是，如果恒定電流充電，充電電流，以保持原始值，大部分電流消耗在分解水上，使冒氣非常強(qiáng)大，電解液沸騰十分激烈，不僅消耗能量，而且容易使極板活性脫落，對極板極其不利。 因此，對于鉛酸蓄電池分階段充電方法是一個更好的辦法，因為在充電過程中的，充電電流逐漸下降。使用這種方法中，充電結(jié)束的電解質(zhì)沸騰現(xiàn)象減弱，能量損失少，而且保護(hù)極板，以防止過度充電和水解帶來的功率損耗。分析幾種充電方式，綜合快充和慢充鉛酸電池充電器設(shè)計的優(yōu)勢。使用微控制器控制的充電器，充電過程分為快速充電，慢速充電，涓流充電三個階段，充電更好。 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)鉛酸蓄電池斬波電路220V交流電源隔離，驅(qū)動電路電源變換電路 電流、電壓檢測電路單片機(jī)輔助電源 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu) 。整個充電裝置由單片機(jī)控制系統(tǒng)，斬波電路，輔助電源電路，電流電壓反饋電路，隔離驅(qū)動電路和電源變換電路組成。單片機(jī)控制系統(tǒng)由PIC16C54及其外圍電路組成，單片機(jī)接收到電壓電流檢測電路反饋的信號后，控制斬波電路的導(dǎo)通，使電壓或電流穩(wěn)定。斬波電路由晶體管組成，主要作用是可以實現(xiàn)占空比的調(diào)節(jié)從而達(dá)到電流電壓穩(wěn)定的效果。輔助電源電路是將整流的電壓降壓，濾波，為單片機(jī)提供工作電壓。電流電壓檢測電路是檢測蓄電池兩端的充電電壓或充電電流是否穩(wěn)定的設(shè)定值。電源變換電路由濾波電路和整流電路組成，將市網(wǎng)電處理。驅(qū)動隔離電路的主要作用是有基極驅(qū)動電路驅(qū)動變壓器輸出。 本章小結(jié) 本章著重對比各種充電方案，綜合各種充電方案的優(yōu)點，確定了充電器的設(shè)計方案，以單片機(jī)為控制核心的恒流—恒壓—恒流三階段充電方式。搭建了系統(tǒng)的總體框圖，接下來就總體框圖來進(jìn)行各部分的硬件設(shè)計。3 充電器硬件部分的設(shè)計 充電器的充電過程及工作原理 充電過程分析 、電壓曲線。 充電器的充電電流、電壓曲線可以看出，：快充階段（0至t1），充電器以恒定電流1C充電，由單片機(jī)控制快速充電時間，避免充電過量，慢充階段（t1至t2），單片機(jī)輸出PWM控制信號來控制斬波器開關(guān)通斷，以一個恒定的電壓，對電池進(jìn)行充電時，充電電流呈指數(shù)下降，當(dāng)電池電壓上升到規(guī)定值時，慢充結(jié)束；進(jìn)入涓流充電階段（t2至t3），單片機(jī)輸出的PWM控制信號，在此狀態(tài)下，很長一段時間，可以對電池進(jìn)行充電，從而延長電池壽命。 充電器的工作原理根據(jù)框圖中所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，鉛酸蓄電池的充電裝置的原理圖，主要包括開關(guān)穩(wěn)壓器的，斬波器開關(guān)，控制器和輔助電源四個部分，并設(shè)有過電流保護(hù)，過電壓保護(hù)和過溫保護(hù)。交流電流輸入整流電路和輔助電源，輔助電源給單片機(jī)提供工作電壓，再輸入半橋式轉(zhuǎn)換器，然后通過使用TL494設(shè)計的電壓控制和電流監(jiān)測，使用單片機(jī)控制半橋變換器斬波開關(guān)實現(xiàn)對蓄電池充電的智能控制，單片機(jī)還可以控制燈運行和停止，可以看到現(xiàn)在處于那個階段的充電狀態(tài)。在此示意圖中，必須先設(shè)定值，然后由微控制器控制的每個階段的充電。： 充電控制電路的設(shè)計根據(jù)本系統(tǒng)的特點，硬件電路采用單片機(jī)控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。 單片機(jī)的選擇 PIC16C54單片機(jī)的介紹：PIC16C54屬CMOS單片機(jī)，是一個低價位高性能8位單片機(jī)，具有體積小，功耗低，性能強(qiáng)，體密性高，價格低等特點。僅使用了33條精簡指令集、單字節(jié)單周期指令，每條指令的執(zhí)行時間最快可達(dá)到200ns。易于記憶和使用的指令系統(tǒng)可大大減少產(chǎn)品的開發(fā)時間。它有兩個雙向I/O口線，其中A口用來檢測四種工作方式的按鍵情況，作為輸入，B口中除RB0作為輸入，用來檢測電流強(qiáng)度控制鍵的按鍵情況外，其余都用作輸出，RB1用于輸出脈沖信號，該信號刺激隔離器，耦合到刺激電極上輸出，它的振蕩源有四種，晶體振蕩（XT），低功耗振蕩（LP），高速振蕩（HP）及RC振蕩。多種時鐘振蕩電路低功耗睡眠省電模式和WDT（看門狗）代碼保護(hù)功能，這些功能有更大的優(yōu)勢。RB2RB7是用來控制六檔電流強(qiáng)度指示燈的開啟和關(guān)閉；PIC16C54系列單片機(jī)可廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制、汽車電路、家用電器等領(lǐng)域。 PIC16C54單片機(jī)主要性能：RISC精簡指令集，指令僅有33條，指令長度為12位絕大部分均為單機(jī)器周期指令。工作速度高，最快可達(dá)200ns（20MHz時鐘時）數(shù)據(jù)長度為8位片內(nèi)程序存儲器容量為5122kbyte片內(nèi)靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲器(SRAM)為2573byte硬件組成7個專用寄存器兩級硬件堆棧有直接、間接、相對和位尋址功能1220條I/O引腳，每條引腳均可設(shè)置為輸入和輸出態(tài)多種時鐘振蕩電路及WDT定時器電路寬工作電壓范圍和低功耗模式：，典型工作電流為2mA，睡眠狀態(tài)僅為3uA。 PIC16C54單片機(jī)引腳圖： PIC16C54單片機(jī)引腳圖PIC16C54單片機(jī)的引腳功能為：RA0RA3 I/O輸入和輸出端口A，與內(nèi)部的F5對應(yīng)，為一個4位I/O端口，可進(jìn)行位控。RB0RB7 I/O輸入和輸出端口B，與內(nèi)部的F6對應(yīng)，為一個8位I/O端口，可進(jìn)行位控。RTCC實時時鐘/計數(shù)器輸入計數(shù)在這個端口輸入信號的上升沿或下降沿，邊緣可通過軟件選擇。MCLR主復(fù)位端，當(dāng)MCLR為低電平時對單片機(jī)復(fù)位。OSC1振蕩信號輸入端。此端口用于外部振蕩信號的輸入，使用RC振蕩，當(dāng)它連接到RC電路，使用石英晶體的一端連接到一個石英振蕩電路。OSC2振蕩信號輸出端。石英晶體諧振器或陶瓷諧振器通過一個串聯(lián)電阻R連接到晶體振蕩器的一端，往往RC振蕩器作為的CLKOUT輸出（CLKOUT的1/4fosc）的。 VDD電源電壓。一般為5V。Vss地端。 控制電路的設(shè)計 電路包含控制主芯片PIC16C5振蕩電路、復(fù)位電路。振蕩電路是由晶體振 控制電路的電路圖蕩器及電容構(gòu)成；復(fù)位電路是由二極管、電阻及極性電容構(gòu)成?？焖俪潆婋A段，IC3的6腳輸出高電平，通過一個電阻器R32的連接Q7的基極，斬波器開關(guān)導(dǎo)通時，通過電流監(jiān)測電路，以恒定電流對電池進(jìn)行充電。達(dá)到快速充電時間，IC3的6腳輸出低電平，斬波開關(guān)關(guān)閉，停止充電，快速充電階段的結(jié)束。慢速充電階段，IC3的6腳輸出PWM控制信號，斬波開關(guān)到一個固定的導(dǎo)通占空比，充電器恒壓為電池充電，充電電流隨電池電壓上升指數(shù)下降。當(dāng)電池電壓上升到一個預(yù)定值，電阻R33，R34，R35對電池的電壓進(jìn)行采樣，并送到比較器IC2的第3腳（同相輸入端子），跟引腳2（反相輸入端）的參考電壓比較，1腳輸出高電平，IC3的17腳輸出高電平，軟件過濾和延遲后，以確定檢測正確，慢充結(jié)束。涓流充電階段，IC3的6腳輸出PWM控制信號到斬波切換到較小的占空比導(dǎo)通，為電池充電。過熱保護(hù)是通過外接電池的正溫度特性熱敏電阻RT2，R36，R37完成的。當(dāng)電池的溫度升高，熱敏電阻RT2阻值正在增大，IC2引腳5（同相輸入端）電位升高，電池溫度上升到一個特定的值，5腳電位超6腳（反相輸入端）的電位，7腳高電平輸出，IC3的18引腳輸入高電平，IC3的6腳輸出PWM信號，將充電器的浮動電壓給電池充電，有效地保護(hù)電池。系統(tǒng)用發(fā)光二極管表示充電狀態(tài)。即快充和慢充階段，綠色發(fā)光二極管亮；涓流充階段，黃色發(fā)光二極管亮。 開關(guān)電源PWM控制電路的設(shè)計采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點是一個高頻率，高效率，高功率密度，高可靠性。脈沖寬度調(diào)制的開關(guān)電源一般是一個模擬的控制模式下，按照與相應(yīng)的改變負(fù)載，通過調(diào)節(jié)偏置的晶體管的柵極或基極來實現(xiàn)的開關(guān)電源輸出晶 TL494管腳分配圖體管或晶體管的導(dǎo)通時間，這種方式的變化，使得電源的輸出電壓在工作條件的變化時保持恒定，是使用單片機(jī)的數(shù)字輸出來控制模擬電路的一個非常有效的方式。調(diào)節(jié)的開關(guān)電源的占空比，輸出電壓基本上不隨負(fù)載的變化或輸入電壓變化的方法稱為脈沖寬度調(diào)制方法?，F(xiàn)在有許多的脈寬調(diào)制控制器，主要的生產(chǎn)廠家像美國德州的TI公司，其生產(chǎn)的脈寬調(diào)制控制器有TL598，SG2524，TL494等，而本設(shè)計中選用的是TL494型的脈寬調(diào)制器，其能夠產(chǎn)生兩路PWM輸出，并且具有穩(wěn)壓、限流及保護(hù)功能。 TL494的簡介TL494是一款固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開關(guān)電源控制所需的全部功能，被廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式，半橋式，全橋式開關(guān)電源。 TL494的SO16 PDIP16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場合的要求，其主要特點如下：集成了全部的脈寬調(diào)制電路；芯片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外接振蕩器件只有兩個（一個電阻和一個電容）內(nèi)置誤差放大器；內(nèi)置5V參考基準(zhǔn)電壓源；可調(diào)整死區(qū)時間；內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動能力；推或拉兩種輸出方式。 TL494的工作原理TL494的內(nèi)部器件是由鋸齒波發(fā)生器、觸發(fā)器、比較器、誤差放大器1和5V基準(zhǔn)電源與兩個驅(qū)動晶體管等組成。它是一種脈寬調(diào)制型開關(guān)電源集成控制器。腳2和腳116分別為兩個比較器輸入端；腳3為相位控制端；腳4為死區(qū)電平控制端；腳6為振蕩器的R、C輸入端；8,9腳11,10腳分別為兩個內(nèi)部驅(qū)動晶體管集電極 、 發(fā)射極。他們所發(fā)出的脈沖，可控制轉(zhuǎn)換器開關(guān)交替導(dǎo)電管。引腳13為輸出控制端子，兩個內(nèi)部驅(qū)動晶體管導(dǎo)通或關(guān)閉時，引腳13為低電平，轉(zhuǎn)換器只能控制一個開關(guān)，以形成一個單端輸出。當(dāng)腳13為高電平時，就可推挽輸出。達(dá)到輸出的脈沖寬度調(diào)制，可以通過任何一個在電容器CT側(cè)的正的鋸齒波形與兩個控制信號來比較。僅當(dāng)鋸齒波電壓時，NOR門電路驅(qū)動的輸出晶體管Q1和Q2，只有當(dāng)正反器的時鐘輸入信號是在低的水平，這個門會是在有效狀態(tài)，這種情況的發(fā)生是鋸齒波信號電壓大于控制信號電壓的期間。當(dāng)控制信號的振幅增加時，此時也會一致引起輸出脈波寬度的線性減少。： TL494的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 TL494控制器時序波形圖 控制信號可以是外部輸入端子輸入在引腳4控制端子的截止時間，誤差放大器的輸入端腳1,2,15,16與其輸入端點的抵補(bǔ)電壓為120mV時，限制輸出截止時間降至最低，約為最初鋸齒波的周期時間約4％。當(dāng)13腳輸出模式控制接地時，獲得的最大占空比為96％，當(dāng)13腳接系統(tǒng)的參考電壓，最大占空比為48％。，一個額外的截止時間必須出現(xiàn)在輸出。 PWM比較器提供了一種方法，這是確定的最大百分比的時間做了調(diào)整輸出的脈沖寬度控制輸入至零電位，兩個誤差放大器的模態(tài)（共模）（工作電壓）2V，可以用來檢測電源供給器的輸出電壓和電流。 誤差放大器的輸出是高主動的狀態(tài)，并且它們的誤差放大器的輸出與PWM比較器的非反相輸入為或（OR）運算，所以電路結(jié)構(gòu)，放大器需要一個最小的輸出上的時間，控制抑制回路，通常第一個誤差放大器的參考電壓和穩(wěn)定的輸出電壓進(jìn)行比較，可以依靠反饋控制環(huán)路增益。 3腳通常用作頻率補(bǔ)償，其主要目的是為整個環(huán)路的穩(wěn)定性，特別注意的是必須避免使用反饋引腳3輸入過載電流大于600uA，否則最大脈沖寬度是不正常的限制，兩個誤差放大器，都可以利用正相或反相放大來穩(wěn)壓。第二誤差放大器可以用來做電流檢測電路，檢測電阻與參考電壓元比較，回路電壓在接近地時，該誤差放大器的轉(zhuǎn)換率在7V 至Vcc時為2V/μs。但是，在任何情況下，在高頻用途中。脈沖寬度比較器和控制邏輯的傳播延遲，使他不能用于動態(tài)電流限制器。它可以應(yīng)用到恒定電流限制電路或外部組件使電流回疊（電流反饋回路）限流裝置，動態(tài)電流限值優(yōu)選為能夠使用的控制輸入端的截止時間引腳4。 當(dāng)電容CT放電，在截止時間比較器的輸出將是正脈沖信號輸出，該時鐘脈沖控制操作的觸發(fā)器，抑制了輸出晶體管Q1和Q2，輸出模式控制部分13 腳的位線連接到參考電壓電平，此時為推挽操作，這兩個輸出的脈沖信號的調(diào)制晶體管被交替地導(dǎo)通，那么每一個輸出的開關(guān)頻率為振蕩器頻率的一半。 當(dāng)工作在單端模式，最大占空比不得低于50％，輸出由驅(qū)動晶體管Q1或Q2取得，單端操作需要更高的輸出電流，可把Q1和Q2晶體管連接并聯(lián)，輸出模式控制腳13必須接地，觸發(fā)器的失效狀態(tài)（禁用），輸出的開關(guān)頻率等于振蕩器的頻率。 TL494約兩個輸出級可用于單端或推挽輸出，兩個輸出之間的關(guān)系是不具約束力，雙方的集電極和發(fā)射極輸出可以采用共發(fā)射極狀態(tài)，基極和發(fā)射極電流在200mA，輸出設(shè)置下兩個輸出有一定的保護(hù)作用，一般兩個共發(fā)射極輸出轉(zhuǎn)換時間，因此，我們可以知道轉(zhuǎn)換速度非?？?，工作頻率高達(dá)300KHz，輸出漏電流在25℃時一般小于1uA。 TL494外圍電路的設(shè)計 TL494外圍電路設(shè)計，TL494的外圍電路的設(shè)計比較固定，這里分幾個部分簡單介紹。（1）軟啟動保護(hù) 由前面的介紹可知，TL494的4腳是芯片的死區(qū)控制端。該腳的落地電阻R13，以及跨接在14腳（內(nèi)部參考電源端子）之間的電容C19，在開機(jī)的時候，落地電阻R13上沒有電流流過，R13上無電壓。隨著輸入電源給電容C19充電，R13上開始流過電流，即4腳上開始建立一定的