基于单片机AT89S52的电能收集充电器系统设计

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果良好，能满足对一些电池智能化充电的要求。

参考文献

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