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智能镍氢充电器的研制

作者:时间:2009-05-08来源:网络收藏

摘要:叙述了一种针对标称电压为24V,容量为2.5Ah的电池组的的实现。该系统摒弃传统的工频变压器,采用TOPSwitch―GX系列单片开关电源芯片,通过PWM的方法实现了对电池组进行不同速率的充电和充电状态的准确控制。
关键词:电池;开关电源;单片机;脉宽调制(PWM)

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/181406.htm


0 引言
电池是一种碱性电池,镍氢电池的标称电压为1.2V。它具有高倍率的放电性能,短时间可以以3C(C:电池充放电时电流大小的比率)的倍率放电,瞬时脉冲放电率很大。镍氢电池的过放电和过充电性能很好,可快充深放,无记忆性,不含汞,镉,铅等有害物质,从而避免了二次电池对环境造成的污染。这些优势使得镍氢电池得到了迅速和广泛的推广应用。
充电方式、充电电流和电池的温度以及充电停止电压等条件是影响镍氢电池使用寿命的主要因素,本文设计的镍氢可以准确检测电池端电压和充电温度,有效防止过充和充电不足的现象,提高充电的效率,而且在充电器存在故障时,能够及时停止充电,避免损害电池。


l 硬件电路设计
充电器的原理框图如图1所示,主要包括开关电源、PWM控制电路、采样电路等三个部分。本充电器的工作原理是把开关电源输出的30V直流电源,通过可控恒流源电路把稳压源转换为恒流源,对镍氢电池组进行充电。

1)开关电源
本系统采用TOFSwitch―GX系列PWM开关控制电路来实现220V交流电到低压直流电压的转换,克服了采用传统工频变压器的体积庞大,效率低,发热量大的缺点。开关电源电路如图2所示。开关电源有两路输出:一路输出电压为5V,用于对MCU进行供电;一路输出电压为30V,此路电源有两个用途:通过PWM控制电路对电池进行充电和经过稳压电源芯片7818的转换对采用电路和PWM控制电路进行供电。
2)PWM控制电路
控制电路的控制芯片采用的是带有AD和PWM口的STC12C2052AD单片机。使用单片机的四个AD来采集电池的电压、充电电流、电池的温度和环境温度。控制主电路如图3所示。VT2(IRFZ44)正常工作时,VGS必须大于2V,因此系统采用了升压电路把l8V电压升压为36V电压。当G1端的电平为低时,VT2处于关闭状态,这时候停止对电池充电。当Gl端的电平为高时,IRFZ44处于导通的状态,这时候处于对电池的充电状态。因此通过控制PWM的占空比,就可以控制VT2的导通时间,进而控制充电电流。

3)采样电路
该系统的检测电路主要由电压检测,电流检测和温度检测构成。采样电路如图3所示。

电压检测的实现:电池的端电压通过电阻R11,R2分压,经过放大电路进入控制芯片的AD口。计算公式如下:


其中壤示电池电压,Vc为采样到的电压
电流检测的实现:在这里先用电阻R1(0.1Ω)将电流转换为电压。由于转换后的电压很小,因此在把该电压送入AD口前进行了电压的放大,放大的倍数为16倍。计算公式如下:


其中I表示充电电流,Vc为采样电压


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