现代通讯设备、便携式电子产品、笔记本电脑、电动汽车、小卫星等普遍使用蓄电池作为电源

,应

用非常广泛。然而大多数设备中的蓄电池

,只能使用专用的充电器,而且普通的充电器大多充电时间

长

,

 

无法判断其充电参数和剩余的充电时间。

　　本文介绍一种基于单片机的通用智能充电器的设计。充电器可以实时采集电池的电压、电流

,对

充电过程进行智能控制

,计算电池已充的电量和剩余的充电时间;还可以通过串口和上位机进行通讯

并给用户显示必要的信息

,有虚拟仪表的作用;另外,它也可以改变参数,适应各种不同电池的充电。

这里列举几种不同的电池充电试验

,

 

来说明智能充电器的实用价值。

1 

 

智能充电器的硬件设计

　　智能充电器如图

1 所示。主要包括电源变换电路、采样电路、处理器、脉宽调制控制器和电池组

等

,形成了一个闭环系统[4]。下面对系统的工作原理分几个部分进行简述。

图

1 智能充电器电路模

块图
1．1 

 

处理器

　　处理器采用

51 系

列单片机

89C51。单片

机内部有两个定时器、两
个外恐卸虾鸵桓龃谥卸稀⑷ 霭寺返腎



/O 口,采用 11.0592MHz 的晶振。单片机的任务是通过采

样电路实时采集电池的充电状态

,通过计算决定下一阶段的充电电流,然后发送命令给控制器控制电

流的大小。单片机通过串口

RS232 和上位机相连,

 

用于存储数据和虚拟显示。

1．2 

 

采样部分

　　电压和电流采样采用模

/数转换器 AD574。AD574 为±15V 双电源供电,12 位输出,最大误差

为

±4bit,合计电压 0.01V  

。

　　充电电流通过电流传感器

MAX471 转换为电压值。电流采样的电压值和电池组的端电压值两

者经过模拟开关

CD4051,再经过电压跟随器输入到 AD574,分别进行转换,其结果由单片机读取,

并进行存储和处理。主要的电路连接如图

2 所示。

图

2 采样电路

1．3 

 

控制器

　　控制器采用脉宽调制

(PWM)方式

控制供电电流的大小。

PWM 发生器由另一个 20MHz 的单片机构成,主控制器和它采用中断的方式

进行通讯

,控制其增大或减小脉宽。PWM 信号通过光电隔离驱动主回路上的 MOSFET。开关管、二

极管、

LC 电路构成开关稳压电源。用 PWM 方式控制的开关电源可以减小功耗,同时便于进行数字化

控制

,但母线的纹波系数相对较大。PWM 控制电路如图 3 所示。

图

3 PWM 控制电路

2 

 

智能充电器的软件设计

2．1 

 

数据测量

　　在单片机的测量中

,电池电压值和电流测量值经过多路选择器进行选择,然后通过 A/D 转换器

转换为

16 进制数,直接存入单片机。电池电容量 C 则需要间接计算,

 

由于每个循环 周期检测电流一

次

,故可以利用电流值的积分求出电容量 C。考虑电池内阻 r 的影响,可以得到计算电容量的计算公

式为

: 

　　

Cn+1=Cn+I·t-I2·r·t 

　　充电时间和剩余充电时间由上位机进行计算

,剩余充电时间等于预设的充电时间与已充电时间

的差值。其中

,

 

预设时间可根据电池的型号预先得到。

2．2 

 

单片机控制程序设计

　　对于不同的电池和不同的参数

,单片机需要设定不同的充电参数,选择不同的充电策略。另外,程

序需要在电池过电流、过电压等异常情况下强制终止充电。以锂离子电池为例

,一般采用恒流-恒压充

2