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摘要：铅酸电池用途广泛，其充电技术层出不穷，充电方式有恒流充电、恒压充电、涓流充电，控制充电过程，监测充电状态，合理的对电池进行充电管理，可以提高电池的使用寿命。一般式的充电器没有对电池的充电状态进行监控，这会影响电池的充电效果，为此，设计一种反馈式的智能充电器。充电器以单片机为依托，实时监控充电电压和充电电流，并调节不同充电阶段的充电电压和电流，以提高电池的使用寿命，设计了主电路，反馈电路，控制电路，最后通过验证方案具有可行性。
关键词：反馈式智能充电器，实时监测，EMI，正激变换器，单片机。
【分类号】：TP368.1；TP274
0引言
现在电动车作为新型的交通工具将会逐渐取代以柴油、汽油为动力的机动车，现阶段铅蓄电池仍然是电动车的主要动力来源，提高蓄电池的使用寿命，缩短充电时间，是很有必要的。本文设计了一款反馈式充电器，通过检测蓄电池的充电状态，控制蓄电池的阶段，实现快速充电，并提高电池的使用寿命。
1充电器的总体框图
系统针对12V 的铅蓄电池设计，输出功率最大可大80W，该系统由EMI滤波电路、整流电路、正激变换电路、充电控制电路和反馈电路组成。
首先AC220V經双向滤波抑制干扰，进行整流滤波后得到大约300V峰值电压输入高频变压器，变压器次级绕组输出电压经整流滤波后给蓄电池充电。在蓄电池出口处，实时采集充电电压和充电电流，经单片机处理后，配合TL431和PC817，调节UC3842输出PWM波的占空比，进而改变开关电源在一个震荡周期的关断和导通的时间，从而实现控制高频变压器输出电压和电流的大小，实现智能化阶段式充电。
图1充电器的总体框图
2主电路的设计
为滤除外界电网的高频谐波对系统的影响，同时限制系统本身对外界的电磁干扰，设计EMI滤波电路如图2。保险丝起短路保护作用，热敏电阻NTC10D—9抑制启动的冲击电流，压敏电阻R1起过压保护作用，CY1、CY2及L1滤除工模干扰信号，CX1和CX2滤除差模干扰信号。
图2 EMI滤波电路
主电路采用单管正激变换器。其实单端正激变换器由BUCK电路派生而来，在BUCK变换器中，将开关管右边插入一个隔离变压器，就得到如图3所示的单端正激变换器。
图3单端正激变换器。
输出电压U2=（N1/N2） *D*U1，其中D为驱动开关管PWM波的占空比，U1为输入电压，N1/N2为变压器变比。通过改变占空比D的大小，就可以改变输出电压U2的大小，实现输出电压连续可调。
RCD复位电路是为了防止变压器磁路饱和，采用快恢复二极管。其优点在于复位电路简单，功开关电压较低，占空比可大于0.5，适用于输出电压宽泛的场合。
3控制电路的设计
控制电路由UC3842、TL431、PC817和单片机STC12C5604AD组成。
UC3842的启动电流由AC220V整流滤波后得到的300V峰值电压经电阻R3后提供，起振后，正常工作电压由变压器次级绕组提供Vcc。另一方面，TL431经PC817为2脚提供反馈电压，反馈电压越高，驱动脉冲的占空D比越小，以此调节输出电压。4角外接R6、C6决定震荡频率f，1脚接R5、C4来改善增益和频率特性。6脚输出PWM波信号经R7、R8分压后驱动MOSFET管，变压器原边绕组将能量传递到各个副边。电阻R10用于电压检测，经R9、C7滤波后送入UC3842的3脚形成电流反馈。UC3842构成双闭环控制系统，得到的电压非常稳定。当UC3842的3脚电压高于1V时，震荡停止，保护功率管不至于过流损坏，如图4。
图4 UC3842
在控制过程中，由单片机输出PWM波，微调TL431的参考电压，通过线性光耦PC817隔离控制UCLA842，改变UC3842输出PWM波的占空比D，调节输出电压，控制充电阶段，如图5。
图5控制电路
充电时，经电阻分压后，将采样电压送入单片机AD口；采样电流流过采样电阻，转化为微电压，经过放大后再送入单片机AD口，以此达到对充电电压和充电电流的实时监测。根据采样值，由单片机决定充电阶段。
4软件流程
程序初始化后，先设置A/D转化参数和通道，检测电池的端电压，将检测的数值与理论值比较，判断电池电池应属于哪个充电阶段。
对端电压比较低的电池，采用短时间脉动电流充电有利于激活电池内化学物质，修复部分受损的电池单元。
如果检测到电池电压已在10.5V而小于14V。则跳过激活充电，进行横流充电，用大电流对电池进行充电，在短时间内获得大 部分能量。但同时要利用软件对充电电流加以限制，防止电流过大损坏电池。
当电池电压大于14V时，但电池未充满，若仍采用大电流会影响电池寿命，故此时采用恒压充电，但电流逐渐减小，恒压充电末期，电池可或得绝大分能量。
当电流值小于2A时，进入涓流充电过程，系统将用更小的电流充电直至完全充满，为节省电能，涓流充电三小时后自动断电。
5样机的性能测试
对样机进行了测试，对一个12V 7Ah的铅蓄电池进行了充电测试，充电状态良好。
6结论
设计了一种铅蓄电池的反馈式智能充电器，实现了对充电过程懂得阶段性控制。通过反馈作用，稳定输出，提高率充电效率。最后对样机进行了测试，从实验结果上看，该方案具有一定的可行性。
参考文献
【1】电力电子技术基础
【2】精通开关电源设计 Sanjaya Maniktala著 人民邮电出版社
【3】 毛常亮 基于68HC08MCU的智能充电器设计 电力电子技术 2007
【4】朱世盘 电动车正负脉冲式快速充电机的设计 电源技术 2012
关键词：反馈式智能充电器，实时监测，EMI，正激变换器，单片机。
【分类号】：TP368.1；TP274
0引言
现在电动车作为新型的交通工具将会逐渐取代以柴油、汽油为动力的机动车，现阶段铅蓄电池仍然是电动车的主要动力来源，提高蓄电池的使用寿命，缩短充电时间，是很有必要的。本文设计了一款反馈式充电器，通过检测蓄电池的充电状态，控制蓄电池的阶段，实现快速充电，并提高电池的使用寿命。
1充电器的总体框图
系统针对12V 的铅蓄电池设计，输出功率最大可大80W，该系统由EMI滤波电路、整流电路、正激变换电路、充电控制电路和反馈电路组成。
首先AC220V經双向滤波抑制干扰，进行整流滤波后得到大约300V峰值电压输入高频变压器，变压器次级绕组输出电压经整流滤波后给蓄电池充电。在蓄电池出口处，实时采集充电电压和充电电流，经单片机处理后，配合TL431和PC817，调节UC3842输出PWM波的占空比，进而改变开关电源在一个震荡周期的关断和导通的时间，从而实现控制高频变压器输出电压和电流的大小，实现智能化阶段式充电。
图1充电器的总体框图
2主电路的设计
为滤除外界电网的高频谐波对系统的影响，同时限制系统本身对外界的电磁干扰，设计EMI滤波电路如图2。保险丝起短路保护作用，热敏电阻NTC10D—9抑制启动的冲击电流，压敏电阻R1起过压保护作用，CY1、CY2及L1滤除工模干扰信号，CX1和CX2滤除差模干扰信号。
图2 EMI滤波电路
主电路采用单管正激变换器。其实单端正激变换器由BUCK电路派生而来，在BUCK变换器中，将开关管右边插入一个隔离变压器，就得到如图3所示的单端正激变换器。
图3单端正激变换器。
输出电压U2=（N1/N2） *D*U1，其中D为驱动开关管PWM波的占空比，U1为输入电压，N1/N2为变压器变比。通过改变占空比D的大小，就可以改变输出电压U2的大小，实现输出电压连续可调。
RCD复位电路是为了防止变压器磁路饱和，采用快恢复二极管。其优点在于复位电路简单，功开关电压较低，占空比可大于0.5，适用于输出电压宽泛的场合。
3控制电路的设计
控制电路由UC3842、TL431、PC817和单片机STC12C5604AD组成。
UC3842的启动电流由AC220V整流滤波后得到的300V峰值电压经电阻R3后提供，起振后，正常工作电压由变压器次级绕组提供Vcc。另一方面，TL431经PC817为2脚提供反馈电压，反馈电压越高，驱动脉冲的占空D比越小，以此调节输出电压。4角外接R6、C6决定震荡频率f，1脚接R5、C4来改善增益和频率特性。6脚输出PWM波信号经R7、R8分压后驱动MOSFET管，变压器原边绕组将能量传递到各个副边。电阻R10用于电压检测，经R9、C7滤波后送入UC3842的3脚形成电流反馈。UC3842构成双闭环控制系统，得到的电压非常稳定。当UC3842的3脚电压高于1V时，震荡停止，保护功率管不至于过流损坏，如图4。
图4 UC3842
在控制过程中，由单片机输出PWM波，微调TL431的参考电压，通过线性光耦PC817隔离控制UCLA842，改变UC3842输出PWM波的占空比D，调节输出电压，控制充电阶段，如图5。
图5控制电路
充电时，经电阻分压后，将采样电压送入单片机AD口；采样电流流过采样电阻，转化为微电压，经过放大后再送入单片机AD口，以此达到对充电电压和充电电流的实时监测。根据采样值，由单片机决定充电阶段。
4软件流程
程序初始化后，先设置A/D转化参数和通道，检测电池的端电压，将检测的数值与理论值比较，判断电池电池应属于哪个充电阶段。
对端电压比较低的电池，采用短时间脉动电流充电有利于激活电池内化学物质，修复部分受损的电池单元。
如果检测到电池电压已在10.5V而小于14V。则跳过激活充电，进行横流充电，用大电流对电池进行充电，在短时间内获得大 部分能量。但同时要利用软件对充电电流加以限制，防止电流过大损坏电池。
当电池电压大于14V时，但电池未充满，若仍采用大电流会影响电池寿命，故此时采用恒压充电，但电流逐渐减小，恒压充电末期，电池可或得绝大分能量。
当电流值小于2A时，进入涓流充电过程，系统将用更小的电流充电直至完全充满，为节省电能，涓流充电三小时后自动断电。
5样机的性能测试
对样机进行了测试，对一个12V 7Ah的铅蓄电池进行了充电测试，充电状态良好。
6结论
设计了一种铅蓄电池的反馈式智能充电器，实现了对充电过程懂得阶段性控制。通过反馈作用，稳定输出，提高率充电效率。最后对样机进行了测试，从实验结果上看，该方案具有一定的可行性。
参考文献
【1】电力电子技术基础
【2】精通开关电源设计 Sanjaya Maniktala著 人民邮电出版社
【3】 毛常亮 基于68HC08MCU的智能充电器设计 电力电子技术 2007
【4】朱世盘 电动车正负脉冲式快速充电机的设计 电源技术 2012