基于ST72单片机的常规电池快速充电系统

前言：

传统的常规蓄电池充电方法都采用小电流的恒压或恒流充电，充电时间长达10～20个小时。为了缩短充电时间，必须对充电过程的充电电流进行控制。许多生产厂家误认为盲目提高充电电流就是快速充电，其实这不但不能提高充电效率，而且会加剧电池的极化现象，升高蓄电池温度，浪费电能，严重损坏蓄电池。根据美国科学家马斯提出的马斯三定律，脉冲充电、脉冲放电可以去除电池极化，减小蓄电池的内部压力、温度和内阻，加快充电速度，实现蓄电池快速充电需采用充－放－充的循环方式。这种模式的快充系统中一般应包括控制回路、充电回路、放电回路。根据充电过程中测得的参数，通过单片机适当调整，保证脉冲电压的（充、放）幅值及充电与放电的宽度比值恒定，可以得出充电效率的最佳结果。

1 系统结构

1.2 控制回路

ST72系列单片机是法国ST微电子公司最新生产的简单、灵活、低价格的8位单片机，采用了独特的制造工艺和技术，大大提高了抗干扰能力。它专为嵌入式控制应用设计，特别适用于抗噪声干扰高、整体性价比高的控制系统。它具有以下的主要性能：

（1）工作电源电压有很宽的适应范围，从2.4Ｖ～5.5Ｖ；功耗较低，内部数字看门狗。

（2）丰富的I/O功能，内部带有3个定时器／计时器，有的还多达16个通道的10位A/D转换器，两路脉宽调制?多种通信接口，多达12级的中断源。

（3）多种内部程序存储器，除有廉价的0TP（0ne Time Programming）一次性编程写入?还有非常方便的Flash程序存储器，可以在线编程，易于修改程序代码。存储器的容量从1.5kB~60kB不等，可以满足各种编程的需要。

根据系统功能的需要，选用ST72系列的ST72264G1单片机作控制芯片。该芯片具有4kB的FLASH内部存储器，2路PWM输出，最大时钟频率8MHz，有20个I/O引脚，6个复用10位A/D转换器，有SPI,SCI,I2C三种通信接口。控制回路采用ST72262G1加上液晶显示和键盘接口等；它利用单片机自身的Ａ／Ｄ端口，组成电压、电流、温度检测电路。

1.2 充放电回路

充电回路是采用一种新型的电源芯片TOP225Y构成的电源电路。该芯片是美国Powergration公司生产的三端隔离式脉宽调制单片开关电源集成电路。它将PWM集成电路和MOSFET功率器件集成在同一芯片中，具备PWM型开关稳压电源所需的全部功能。通过高频变压器使输出端与电网完全隔离，实现了无功频变压器隔离的开关电源的集成化。整个回路具有输出功率范围大、成本低、集成化程度高、电路设计简单等优点。

放电回路则由蓄电池和电阻构成回路，Ｍ0S管作为开关，控制放电回路的关断。Ｍ0S管的关断由单片机给出控制信号。

智能充电系统的原理框图如图1所示。



单片机根据电压反馈和电流反馈，输出数字电压转换成模拟电压。模拟电压再经过光耦隔离，然后调节电源芯片TOP225Y控制脚的电流大小，由芯片调节控制信号的占空比，从而调整脉冲电压的幅值或涓流电流的大小。一般单片机的数字电压转换成模拟电压都需要D/A转换器，由于ST72系列单片机带有PWM输出，因此可以直接利用PWM输出将数字电压转换成模拟电压，能够保证精度，省却了D/A转换器。

2 系统软件设计

系统软件用Ｃ语言编写，经过汇编、仿真调试，烧写在单片机的内部程序存储器内。按照软件工程的规范要求进行软件设计，实现结构层次化、功能模块化，不仅使软件的可读性、可维护性、可扩展性得到了增强，而且提高了软件的可靠性。程序的总体结构框图如图2所示。