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基于单片机AT89S52的电能收集充电器系统设计
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靳姗
摘要
本设计是以单片机AT89S52为电能收集充电器系统的控制核心,其中包括直流电源变换处理、IA/D转换模块、数码管显示及报警模块、以及恒流、恒压输出模块等几个部分。系统能够实现快速充电、慢速充电、恒压充电、恒流充电等充电方式,并且可以实时显示直流电源输入值、充电电压,具有过电压、过电流保护功能。通过单片机对外界检测控制信号产生高低脉冲触发M0SFET管实现充电。当充电电压超过设定值,进行报警以及及时处理,使系统更加稳定可靠。
【关键词】充电电源AT89S52单片机直流电源变换A/D转换
1系统方案设计
高精度充电电源,从控制论角度说,必须采用闭环控制。本设计将采用数控方案,因此控制器及其编程,相应的电压电流采样信号的A/D转换和控制信号(PWM)的驱动都是必不可少的。充电电源要求在恒压充电模式和恒流充电模式、快速充电和慢速充电之间进行切换,DC—DC斩波电路中器件开断,所以开关的可靠性非常重要。
1.1系统供电电源
由于控制器(AT89S52),A/D转换器,数码管显示,各放大器的供电电源为+5V与±12V。这部分供电无论是电压精度和纹波要求都是相对较低,开关电源或是线性稳压电源均可满足要求。这里我们选择采用78,79系列三端稳压管构成的成熟线性稳压电源来获取+5V与土12V电源。
1.2直流电源变换
为了获得大电流Ic给电池充电,我们采用升降压斩波电路控制充电器的输出电压Ud。为了获取高精度数据采用MOSFET管通过PWM信号控制其开断得到Ud。PWM信号是由控制器进行程序编程实现。为获得稳定的输出电压和电流,减少纹波系数。Sepic电路中,电源电流和负载电流均连续,有利于输入、输出滤波,电路的输出电压为正极性的,且输入输出关系相同
满足设计要求,为此选择Sepic电路作为升降压斩波电路。
1.3控制器及其相应控制程序
采用AT89S52单片机进行控制。AT89S52单片机具有可靠性高、功耗低、结构简单、中断处理能力强等特点。本设计需要使用的软件资源比较简单,采用AT89S51进行控制也简单,输入输出接口也满足设计需要。
1.4PWM信号驱动及放大
由于MOSFET管是电压驱动型器件,并且驱动电压为10?15V,而单片机输出电压为5V不能直接驱动MOSFET管。所以选择电力电子中常见的MOSFET管驱动放大电路即可。
2理论计算
2.1电流Ic的计算
图1:电路设计总图3.2报警指示电路
(1)在Rs=100Ω,Es=10V?20V时,充电电流Ic大于(Es-Ec)/(Rs+Rc)。
当电池无电时,Ec=0V,Ic值的范围是0.0998?0.1998A。
当电池充满电时,Ec=3.6V,Ic值的范围是0.0639?0.1638A。
计算得:我们采用恒流200mA方式充电可以满足要求。
(2)在Rs=1Ω,Es=1.2V?3.6V时,以尽可能大的电流向电池充电。
当电池无电时,Ec=0V,Ic值的范围是1.0909?3.2727A。
当电池充满电时,Ec=3.6V,Ic值为零。
计算得:我们采用恒流l000mA充电,不需要过大的电流充电,可以配备恒压充电方式。
2.2充电电压Us计算
经查资料可得:充电电压Us=(1.2?1.6)Ec。设计要求Ec=3.6V计算得:Us=(4.32?5.76)V。不论Es的取值为10V?20V或1.2V?3.6V时,都可采用恒压+5V充电方式。
2.3提高效率的方法
对电池充电时,要考虑电池电压脉动性,可采用间歇式充电方式,即一段时间充电一段时间放电。这可以控制占空比实现。充电开始时,以尽可能大的电流对电池充电。在采用恒压方式充电。这样就可以提高了充电功能的效率。
3电路设计与测试
3.1输入电源采集电路
对输入电源Es进行分压作为斩波电路的输入电压:
斩波电路电压:
斩波电路输出电压:
ADC0809电路的输入为0?5V电压,所以要将Es进行分压处理,处理后输入电压的范围为:2.5?5V,只需要在程序编辑中相应改变算法就可实现显示。
R1=300Q,R2=700Q。采集到运放电路中的电压为
电池两端电压Uc与U=3.5V进行比较,当Uc小于3.5V电路输出低电平;当Uc大于3.5V时电路输出高电平二极管点亮和蜂鸣器响,就表示电池己经充满。可以停止工作。
3.3电路总图
如图1所示。
3.4测试结果
(1)经过反复测试,结果证明恒流和恒压可以满足要求,输出稳定。
(2)恒压充电时,电压输出变化平均值为3mV。
(3)大电流充电与小Es自动启动充电都实现,充电方式选择可靠。
4结束语
本设计并具有较高的灵敏度和可靠性,实现充电过程的智能化控制。并加入了充电方式选择和充電状态指示等功能。系统在实际测试中运行效
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