“电动车”智能充电器设计

电池 充 电 。第 三 路 电压 经 整流 二极 管Ｆ ０ 输 出， Ｒ１ ４
为Ｌ ２ （ Ｍ３ ４ 四运算 放大 器 ，４ 脚为 电源正 ， １脚 为 电 １ 源 地 ） 其 外 围 电路 提 供 ｌ Ｖ工 作 电源 。 同时再 流 及 ２
称 电压 的 １３ 左右 ，本这 部 分 主要 由可 调基 准 源 ．倍 Ｔ ４ １ 担 。当充 电器 的 输 出 电压 偏 高 时 ，Ｔ ４ ｌ Ｌ ３承 Ｌ ３
Ｄｏｉ １ ． ９ ９ Ｊ ｉｓ １ ０ －０ ４ ２ １ ． （ｔ ． ８ ： ３ ６ ／ ． ｎ． ９ １ ． ０ ２ －） ４ ０ ｓ ０ ３ ２
０ 引言
“ 酸 蓄 电池 ”是 现 今 为 止 世 界 上 广 泛 使 用 铅 的 一 种 无 机 化 学 电 源 ，该 产 品 具 有 良 好 的 可 逆
（ 滨州学院 ，滨州 ２ ６ ０ ） ５ ６ ３
摘
要 ：本 文从 延长蓄 电池使用寿命 的设计理念 出发 ，针 对充 电过程 中的种种问 题 ，分析现有 各种充 电方 法存在的 问题 ，提 出了一种自动 断电的充 电器设 计方案 。采用 Ａ ９ ５ 单 片机 为控制核 Ｔ８ Ｓ ２
心 ，并 以ｕ ８ ２ ｃ３ ４ 驱动 场效应管的单 管开 关电源配合Ｌ ２ 运 放电路为充 电模块 ，具有 电池充 Ｍ３ ４
［ ３ ］ 第３ 卷 １８ ４
第２ 期 ２ １— ２上 ） ０２ ０ （
ｌ
匐 化
图 １充 电 电路 原 理 图
作 电源 。Ｄ （ Ｌ ３ ） ９ Ｔ ４ １为基 准 电压 源 ，配 合Ｕ２光 耦 （ 合 器Ｊ ８ ７ 起 到 自动 调 节 充 电器 电压 的 作用 。通 Ｃ １） 电 开始 时 ，经 整流 和 滤 波 得到 的３ ０ ０ Ｖ左右 的直 流 电通 过 大 功 率 电 阻降 压 送 Ｎ ｕ１ 第７ ，使 Ｕ１ 的 脚 启
管起 到 防 止 电池 的 电流 倒 灌 给 充 电 器 的 作 用 ）给
脉 宽会 变 得 极 窄 ，最 终 会 使 输 出电 压 、 电流 均 处 在最 小 值 ，保 护 了充 电器 本 身 。当 电 池 电压 上 升
￣ ４ ．Ｖ左 右 时 ， 电器 进 入 恒 压 充 电阶 段 。充 电 １ ４２ Ｊ 充 器 输 出端 得 到 的 电压 必 须 严 格 控 制 在 蓄 电池 组 标
包 括 充 电电 路 、 检 测 电路 、控 制 电路 、显 示 电路
和 定时 电路 五部分 组成 。
表１ 智能充电器系统 方案框 图
充 电 电路
性 ，电 压 特性 平 稳 ，使 用 寿 命 长 ，适 用 范 围广 ， 原 材 料 丰 富 （ 可 再 生 使 用 ） 及 造 价 低 廉 等 优 且 点 ，因 此 广泛 应 用 于 国 防 、通 信 、铁 路 、 交 通 、 工 农 业 生 产部 ｆ 目前 ，我 国 的 电动 车 用 动 力 蓄 １。 电 池 大 多也 采 用 了铅 酸 蓄 电池 。但 是 ，如 果 蓄 电 池使 用不 当 ，会 导 致 其 寿 命 大 大 缩 短 。影 响铅 酸 蓄 电池 寿 命 的 因素 有 很 多 ，通 过 研 究 发 现 ： 由于 充 电方 法 不 正 确 ，充 电 技 术 不 能适 应铅 蓄 电池 的 特 殊 需 求 ，造 成 电池 很 难 达 到 规 定 的循 环 寿命 。
２ 电路设计
２１ 电源 充 电电路 设计 ．
充 电 电路 如 图 １ 示 ，２ ０ 交流 电经 过 整 流变 所 ２ｖ
蓄 电池 自身 的 技 术 有 了不 小 的进 步 ，但 作 为 其 能
量 再 次 补 充 的 充 电 器 的 发展 却 非 常 缓 慢 ，传 统 的
充 电 器 只 能 进 行 简单 的恒 压 或 者恒 流 充 电—— 以 致 充 电 时 间很 长 ， 充 电效 率 降 低 。除 此 之 外 ，充 电 结 束 时 ， 传统 的充 电器 不 能 在 电池 充 满 后 自动
满 自动断 电以及手动充 电定时功能 。还具有正确 充电保护功 能 ，确保充 电器与 电池 连接后 ， 再将充 电器与市 电连接才能对 电池充 电，顺序错误将导致不能对电池进 行充 电。 关键词 ：开关 电源 ；铅酸蓄 电池 ；智能充电器
中 图分类号 ：Ｔ １ ２ Ｈ ２ 文献标识码 ：Ｂ 文章编号 ：１ ０ — １ ４ ２ １ ） ２ 上） １ ８ ４ ９ ０ （ ０ ０ （ 一Ｏ ３—０ ０ ３ ２
新型 的 “ 智能 ”充 电器 。
１ 设计方案
智能 充 电器 系统 设计 方 案框 如 表 １ 示 。主 要 所
收稿日期：２ １ － ９ ２ ０ １ ０ －１ 基金项目：山东省信息产、 发展专项资金项 目 （ ０ ６ １ ０ ３ Ｉ ｋ ２０ Ｒ ６ ３ ）；滨州学院科学基金项 目（ Ｚ Ｌ ２ ０ ０ ） Ｂ ＸＹ Ｇ ０ ５ ６ 作者简介：李卫兵 （ ９ １ １７ 一），男，山东邹平人 ，副教授 ，硕士 ，研究方向为电子技术应用和集成电路 设计 。
反 馈 电路 ，使 电 压 降 低 。充 电 器进 入 涓 流 充 电阶 段 。半 小时 后结 束 。
２２ 自动检 测 电路 设计 ．
４ 定 时 显 不 电 路 原 理 图
为 了满 足 不 同人 群 对 充 电时 间及 充 电方 式 的 需 求 ，例 如 有 的人不 管 电池是 否 充满 ，就 想 充 电２ 小 时 或３ 小时 ，我们 设 定 了一个 自动 定时 功 能 ， 只 对 电池 按 设 定 的 时 间来 充 电 。此 模 块 由ＡＴ ９ ５ ８Ｓ ２ 单 片机 检 测 按 键 来设 定 定时 时 问 ，然 后 执 行 倒 计
时 显 示 自动功 能 时 的充 电时 间 以及 定 时 功 能 的 倒 计 时时 间 。
检 测 电路 如 图 ３ 示 ， 当充 电 器 在 未 接 入 蓄 所
电池 以及 恒 压 充 电阶 段 后 期 电 流 减 少到 一 定程 度 时 ，取样 电 阻两 端 电压 为 低 ，Ｌ ２ 第 ８ 输 出低 Ｍ３ ４ 脚 电压 ，将 此 电压 信 号接 在 Ｏ ０ （ Ｐ ７ 此处 当 电压 比较
电时 ，初 充 电 流会 很 大 ，如 不 加 限 制 ，对 电 池组
及 充 电 器 均 不 利 。此模 块 的恒 流控 制 利 用 ＶＭＯＳ
管 源 极 电 阻 上 的 压 降 控 制ＵＣ３ ４ ｄ ３ （ 流敏 ８２ 脚 电
感 端 ） ，当 输 出端 的 电 流过 大 时 ，源 极 限 流 电 阻 压 降 增 大 ， 送给 ３ 的 电 压 也增 大 ， 当３ 的 电压 脚 脚
动 。Ｕ１ 脚 输 出方波 脉 冲 ，送到 Ｖ 的６ ＭＯＳ ５ ０ 管 Ｎ６ Ｔ
的栅 极 ， 同时３ ０ ０ Ｖ左 右 的 高压 直 流 经过 变 压 器 Ｔ 的原边送 ￣５ ０ Ｉ Ｎ６ Ｔ的漏 极 ，６ 的 振 荡 信 号 控 制 Ｉ 脚 ５ ０ Ｎ６ Ｔ的导 通 与关 断 。 同时Ｔ 出线 圈的 第一 路 电 输
池 过 冲 ，影 响其 使 用 寿 命 ，更 甚 会 将 产 生 爆 炸 现 象 ，直 接 报 废 。针 对 上 述 问 题 ，我 们设 计 了这种
制 ，通 过 调 节 相 连 电 阻 的 阻值 来调 整 充 电器 的最 大 电流 。２ 为 电压 反 馈 ，可 以调 节 充 电器 的输 出 脚 电压 。４ 外 接 振 荡 电 阻和 振 荡 电容 。Ｔ 高 频 脉 脚 为 冲 变 压 器 ，其 作 用 有 三个 。第 一 是把 高 压 脉 冲 将 压 为 低 压 脉 冲 。 第二 是起 到 隔离 高 压 的 作 用 ，以 防 触 电 。第 三 是 为 各种 芯 片 及 其 外 围 电 路 提 供 工
也 就 是 说 ，绝 大 多数 的 蓄 电 池 不 是用 坏 的 ，而 是
显 电 Ｉ ５ 示 路 Ｐ １
监
检 电 卜－ 测路 ＿ ＿ —
Ｉ
片
控 机 、 ｌ检测信号 ｌ
制 定 电 卜 核 时路
心
ｒ
・
Ｉ 钳路 控 电
蓄 电池 组
“ 坏 ”的 ！由此 可 见 ， 一 个 好 的充 电器 对 蓄 电 充 池 的使 用 寿 命 具 有 举 足轻 重 的作 用 ！虽 然近 年 来
器 进入 恒 压 充 电阶 段 ， 电流 逐 渐 减 小 。 当充 电 电
控 制 ，蓄 电池 组 放 电完 毕 后 处 于 欠 压 状 态 ，再 充
流减 ｄ ￣ ２ ０ － ３ ０ ｘ ｑ ０ ｍＡ－ ０ ｍＡ时 ，取 样 电 阻 两端 的 电
第３ 卷 ４ 第２ 期 ２１— ２上 ） ［３１ ０ ２ ０ （ １９
达到 １Ｖ时 ，会迫 使 ６ 的脉 宽 变 窄 ，最终 使输 出 脚
电 流 降下 来 ，达 到 原 先 设 定 值 ，也 即 达到 恒 流 目 的 。必 须 指 出 ， 当输 出端 短 路 或极 性反 接 时 ，源 极 的限流电阻压降会远超过 １ Ｖ，这 时 ６ 的输 出 脚
压 为Ｕ１ 供可 靠 电源 。第二 路 电压 经 整流 滤 波 得 提 到稳 定 的 电压 ，经快 恢复 二极 管ＵＧ ５ Ｇ （ Ｐ０ 此二 极
经 ７ｐ ５ ８ ０ 降压 至５ Ｖ，来为 单片 机及 其外 围电路 提供
５ Ｖ工 作 电源 。
正 常充 电时 ，充 电 电流 在 取 样 电 阻上 形 成 负 极 性 电流 取 样 电压 此 负 电压加 在 ｌ ２ 第９ ，使 ｍ３ ４ 脚 ８ 输 出高 电 平 ，使 红 色 Ｌ 脚 ＥＤ （ 电 ） 的指 示灯 充 亮 ，表示 正 在恒 流 充 电 ；为 确 保 充 电 器 具 有 恒 流
恒 压 特性 ，必 须根 据 蓄 电池 的 充 放 电 曲线 作 闭环
的 控 制 端 电 压 也 偏高 ， 当高 到 某 一 点 时 ，会使 它 的 输 出端 控 制 的信 号 幅 度下 降 ，从 而 使 光 耦 中 的
发 光 二极 管 增 亮 ，光 敏 三 极 管 集 电 极 控 制信 号 下 降 ，￣ ｕｃ３ ４ 的 １ 电位 降 低 。 ６ 的 调 制 脉 宽 ｐ ８２ 脚 脚 变 窄 ，最 终使 输 出 电压 回落 到 原 来 的数 值 ，充 电
断 电 ，人们 往 往 忘 记 将 充 电器 拔 下 从 而 导 致 蓄 电
为 为 脉 动 直流 ，再 经 电容 滤 波 形成 稳 定 的 ３ ０ ０ Ｖ左
右 的直 流 电 。Ｕ１为ＵＣ ８ ２ 宽调 制 集成 电路 。 ３４ 脉 其 ５ 为 电源 负极 ，７ 为 电源 正 极 ，６ 为 脉 冲输 脚 脚 脚 出直 接 驱 动 场 效 应 管５ ０ ３ 为 最 大 电流 限 Ｎ６ Ｔ， 脚
时 程 序 ， 同时 由数 码 管 显示 即时 数 值 ， 当倒 计 时
停 止 时 单 片机 控 制继 电器 切 断 正 向输 出端 ，实 现 自动断 电 ，电路如 图４ 所示 。
图 ３ 检 测 电 路 原 理 图
用 单 片 机 编 程 控 制数 码 管 显 示 ，数 码 管 的 段 选 占用单 片机 Ｐ 口 ，位 选 占用 单 片机 的Ｐ 口 。实 ｌ ３
、 ｌ
勺
“ 电动车 ＂智能充电器设计
Ｄｅｓｉ ｆ ｅｌ ｇｎ ｏ ｅｃｔ ｉ ｒｃ ｖｅｈｉ ｅ ｎ ｅｌｉ ｃｌ ｉ ｔ ｌ ｇｅｎ ｔｃｈａｒ ｇｅｒ
李 卫兵 ，张 之超 ，曹 伟
Ｌ ｅ— ｉｇ ＺＨＡＮＧ ｉ ｈ ｏ ＣＡＯ ｅ Ｉ Ｗ ｉ ｎ ， ｂ Ｚｈ． ａ ， ｃ Ｗ ｉ
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压 下 降 ，Ｌ ５ 的 １ 脚 电压 低 于９ ，８ 输 出低 Ｍ３ ８ ０ 脚 脚 电压 使 红 色 Ｌ Ｄ （ 电 ）熄 灭 。 同时 ７ 输 出高 Ｅ 充 脚
訇源自文库似
２３ 定 时 、显 示 电路 设计 ．
电压 ，此 电压 一 路 使 绿 色Ｌ Ｄ点 亮 ， 另一 路 到 达 Ｅ