智能铅酸蓄电池充电器的设计与实现

　　引言

　　20世纪60年代末期，美国科学家马斯对蓄电池充电过程的析气问题做了大量的研究工作，提出了以最低析气率为前提的蓄电池可接受的充电电流曲线，如图1所示。其充电电流轨迹近似为一条呈指数规律下降的曲线。基于铅酸蓄电池的特性以及图1的充电曲线，本文采用了三阶段充电模式：预充、直充和浮充。通过检测蓄电池的电压，进入不同的充电阶段。

　　预充电：对于长期不用的电池、新电池或在充电初期已经处于深度放电的蓄电池，刚开始就采用大电流直接充电会突然增加蓄电池的析气量，缩短蓄电池的寿命。因此，必须先用小电流对蓄电池充电，当蓄电池电压上升到能接受大电流充电时再进行大电流直接充电。

　　直充电：此阶段充电器以恒定电压对蓄电池进行充电。充电开始时电流很大，随着电池端电压上升，充电电流按指数规律下降。因此电池的析气量小，耗水少，有利于延长电池使用寿命，不过充入电量约在90%左右，不能有效地给电池充足电。

　　浮充电：也叫涓流充电，主要作用是补充蓄电池自放电所消耗的能量，使电池能接近100%容量。充电电压仅略高于蓄电池组的断路电压且维持恒定，充电电流很小，并逐渐减小到0。

　　方案设计

　　总体设计

　　如图2所示，系统主要硬件电路包括辅助电源、开关电源和MXT8051单片机控制部分。其中，辅助电源给单片机和运算放大器提供工作电压，由线性变压器、整流滤波和DC/DC转换电路等组成;开关电源输出充电电压和电流，由高频磁芯单端反激式变压器、整流滤波和DC/DC转换电路等组成;MXT8051单片机控制部分负责控制充电电压电流，检测电压电流并通过LCD和发光二极管实时显示充电信息，并驱动蜂鸣器报警和风扇转动，由充电电压电流控制、电压电流检测、充电阶段指示、液晶显示、蜂鸣器和风扇控制电路组成。

　　如图3所示，系统软件主要包括电压电流控制、电压电流检测、液晶显示、风扇和蜂鸣器控制模块。通过设置寄存器，控制MXT8051内建的10位PWM，产生不同占空比的PWM波，经放大、滤波后通过TL431及光耦隔离接至UC3842的反馈端，产生PWM波，以驱动功率MOSFET管，从而控制开关电源输出;由MXT8051提供的10位ADC对充电电压和负载电流进行检测;通过LCD显示充电电压和电流的采集值，以及电池型号、充电模式、充电时间等信息;由MXT8051的PWM控制风扇和蜂鸣器，实现散热和报警;由GPIO口控制充电阶段指示灯(发光二极管);通过UART连接上位机进行调试、诊断。