ATmega16單片機(jī)的智能快速充電機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ATmega16單片機(jī)的智能快速充電機(jī)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 蓄電池的使用已長達(dá)一百多年，電池性能的好壞直接影響到電子產(chǎn)品的使用壽命和安全，而充電機(jī)的性能好壞又直接影響到電池的性能。傳統(tǒng)的充電機(jī)大多由于工頻變壓器及整流電路（可控硅調(diào)相）組成，雖然線路極為簡單，但有許多不容忽略的缺點(diǎn)：笨重、可靠性差、充電效率低、充電期間必須人工值守、不斷調(diào)整充電電流等。而本文設(shè)計(jì)的智能快速充電機(jī)，按照蓄電池充電特性曲線開展充電，具有充電快、復(fù)原效率高、無過充電危險(xiǎn)、自動(dòng)結(jié)束充電等功能，解決了上述問題，提高了充電的質(zhì)量和效率。 1、充電方式及系統(tǒng)構(gòu)造 國內(nèi)外蓄電池的充電方法主要有恒流、恒壓、恒

2、壓限流、脈沖充電、Relfex充電法。本系統(tǒng)以高頻芯片SG3525AN為，產(chǎn)生9kHz左右的PWM脈沖，采用的是三階段充電法。所謂三階段充電法，具體是指恒流充電階段、恒壓充電階段、涓流充電階段（又叫浮充階段）。 1.1、三階段充電法 （1）恒流充電階段。 在恒流充電階段，充電電流保持不變，但輸出電壓在變。電路根據(jù)充電電流的情況自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓，使電流保持在恒定的階段。一方面表現(xiàn)在，當(dāng)電流增大時(shí)，電路自動(dòng)降低輸出電壓，使電流減小，保持恒定；另一方面，隨著蓄電池電量的增多，其兩端電壓會(huì)不斷上升，為了防止充電電流變小，開關(guān)電源的輸出端電壓必須隨著充電過程而逐漸上升。此階段的電流較大。 充電電流的值根

3、據(jù)以下公式確定： 充電電流（A）蓄電池容量（Ah）&mes;1.2（效率）&mes;8（h） 式中：1.2效率是一個(gè)定值；8h是指標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的充電時(shí)間。 （2）恒壓充電階段。 恒壓充電階段是指當(dāng)蓄電池的電壓升高到設(shè)定的恒壓值時(shí)，開關(guān)電源的輸出電壓保持不變，而充電電流則根據(jù)蓄電池的充電情況減小。 充電電壓值的計(jì)算公式如下： 恒壓充電電壓（V）蓄電池單格電壓（V）&mes;蓄電池的格數(shù)（個(gè)） （3）涓流充電階段。 涓流充電階段是指當(dāng)蓄電池基本充滿時(shí)，電路根據(jù)檢測到的充電電流會(huì)自動(dòng)減小開關(guān)電源的輸出電壓，此時(shí)輸出電壓穩(wěn)定，電流持續(xù)減小，約2h后充電結(jié)束。 三階段充電的曲線如圖1所示。 圖1 三階段充電

4、曲線圖 1.2、智能充電機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)造 本系統(tǒng)的輸出電壓范圍為520V，輸出電流范圍為025A。充電機(jī)由主電路、控制電路、過壓過流保護(hù)電路、驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)接口電路組成。系統(tǒng)框圖如圖2所示。 圖2 智能快速充電機(jī)的系統(tǒng)框圖 電網(wǎng)220V單相交流電輸入，經(jīng)EMI濾波，再經(jīng)過整流橋全橋整流和濾波，供應(yīng)半橋式逆變電路開展逆變，得到高頻交流脈沖電壓，再經(jīng)過全波整流電路整流、LC濾波電路濾波，得到一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓和電流輸出到負(fù)載。單片機(jī)通過采樣電路實(shí)時(shí)采集輸出端的電壓和電流，經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部程序計(jì)算再?zèng)Q定下一階段的充電電壓和電流，然后送出相應(yīng)控制信號給脈寬調(diào)制器SG3525AN。SG3525AN經(jīng)過內(nèi)部的比

5、較電路比較后，送出脈寬可以改變的PWM調(diào)制信號，驅(qū)動(dòng)半橋DC-DC隔離變換器的開關(guān)MOSFET管工作，從而到達(dá)調(diào)節(jié)和穩(wěn)定輸出端的充電電壓和電流的目的。 另外，當(dāng)電流、電壓、溫度等出現(xiàn)異常時(shí)，蜂鳴器提示模塊能以聲的形式開展相應(yīng)故障提示。 1.3、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路采用的是集成芯片SG3525AN，它是一種性能優(yōu)良、功能齊全和通用性強(qiáng)的單片集成PWM控制芯片，占空比050%可調(diào)，輸出驅(qū)動(dòng)以推拉形式輸出，增加了驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)電流值可達(dá)200mA，灌拉電流峰值可達(dá)500mA，工作頻率高達(dá)400kHz。 SG3525AN是定頻PWM芯片，采用16引腳標(biāo)準(zhǔn)DIP封裝，其各引腳功能如圖3所示，驅(qū)動(dòng)電路

6、如圖4所示。 圖3 SG3525AN各引腳功能 圖4 SG3525AN驅(qū)動(dòng)電路 15腳正常供電以后，其內(nèi)部建立起恒壓源和恒流源。2腳接基準(zhǔn)電壓，1腳為輸出電壓取樣端，當(dāng)1腳電壓升高時(shí)，經(jīng)誤差放大器9腳電壓下降；反之，9腳電壓上升。通過5、6腳外接定時(shí)元件，以及7腳放電端，使5腳產(chǎn)生鋸齒波信號，加于內(nèi)部比較器的輸入端。當(dāng)誤差放大器端9腳電壓上升時(shí)，比較器輸出的脈沖寬度變窄，11腳和14腳輸出的脈沖寬度反而變寬。當(dāng)9腳電壓下降時(shí)，情況相反，從而實(shí)現(xiàn)輸出脈寬調(diào)制。 振蕩器腳5須外接電容CT，腳6須外接電阻RT，7腳須外接阻值小于100的電阻RD，用來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。振蕩器頻率f由外接電阻RT、電容CT

7、和電阻RD決定，公式如下： 2、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 2.1、數(shù)字部分原理圖設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制模塊主要采用Atmega16芯片開展各種采集、控制和顯示。Atmega16芯片內(nèi)核具有豐富的指令集和32個(gè)通用工作存放器。它有16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)部可編程Flash，512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM。內(nèi)部具有8路10位ADC，8個(gè)單端通道，2個(gè)具有可編程增益的差分通道。 單片機(jī)接口電路如圖5所示。 圖5 單片機(jī)接口電路原理圖 電流采樣電路如圖6所示。通過取主電路的一個(gè)微弱電流，經(jīng)過運(yùn)放LM324放大送給單片機(jī)開展處理。ATmega16的PA3腳通過內(nèi)部存放器配置成了A/D轉(zhuǎn)換輸入端，將采樣到的電流值顯示到液晶上，并經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算分析來決定主電路的下一步動(dòng)作，從而到達(dá)穩(wěn)定充電電流和輸出電流的目的。 圖7 電壓采樣電路 電壓采樣如圖7所示，電壓采樣直接從蓄電池的正端采集，經(jīng)過圖中的運(yùn)放送入ATmega16。PA7通過內(nèi)部存放器設(shè)置成A/D轉(zhuǎn)換輸入端，采樣到的電壓值經(jīng)過單片機(jī)的運(yùn)算分析，為主電路的下一步動(dòng)作提供依據(jù)，從而到達(dá)穩(wěn)定充電電壓和輸出電壓的目的。 2.2、智能快速充電機(jī)的軟件設(shè)計(jì)流程 本充電機(jī)