电动车智能充电器设计报告

1、 . . . “电动车”智能充电器目录容摘要:.Abstract.关键字.Key word.背景.一、方案比较与论证.11电源模块.1. 2 充电方法.二、工作原理. 2. 1电源充电电路. 2. 2延时与报警电路. 2. 3充、放电与定时电路. 2. 4数据采样与反馈电路. 2. 5显示电路.三、单片机软件设计. 3. 1软件功能. 3. 2流程图.四、安装与调试.五、结论.六、电路原理总图七、参考文献.附录一（程序清单）附录二（元器件清单）摘要：该项目以达盛科技提供的52单片机为核心，使用大功率开关电源，利用继电器产生可用微小的电流，用以控制不同阶段的充电电流的要求。其中也让单片机对电池是

2、否达到浮充条件进行监测，并通过计时和实时采集电池的电流，对充电过程进行智能控制，用以判断电池到达哪个阶段，同时在恰当时候对电池进行充电切断，并不断对电池的电流是否达到额定条件进行实时监测，最后达到使用充电时间最短，对电池充电效果最好的目的。本设计还具有价格较为便宜数码管显示充电时间。Pick to: the project to reach shing technology to provide 52 microcontroller as the core, using powerful switching power supply, relay use produce usable smal

3、l currents to control various stages of charging electric current requirements. Which also let the monolithic integrated circuit to the battery to float filling conditions, and through the timing and monitoring of the real-time data acquisition battery charging process of current, intelligent contro

4、l to determine which stage, and battery arrive at the right time to cut off the battery charging continuously, and whether the current to the battery rated condition to finally reach real-time monitoring, the shortest time to use rechargeable battery, the purpose of the best effect. This design also

5、 has the price was cheaper digital tube charging time munication, thus using PC to recharge current, battery voltage, discharge current and relevant charging and discharging curve, and displayed.关键字：开关电源，铅酸蓄电池，智能充电器Key word: switch power, lead acid battery, smart battery chargers背景“铅酸蓄电池”是现今为止世界上广泛使

6、用的一种无机化学电源，该产品具有良好的可逆性，电压特性平稳，使用寿命长，适用围广，原材料丰富（且可再生使用）与造价低廉等优点而得到了广泛的使用，同时也是社会生产经营活动中不可缺少的产品。但是，若使用不当，会导致其寿命大大的缩短。影响铅酸蓄电池寿命的因素很多，而采用正确的充电方式，能有效延长蓄电池的使用寿命。研究发现：电池充电过程对电池寿命影响最大，小电流充电过程的影响较少。也就是说，绝大多数的蓄电池不是用坏的，而是“充坏”的！由此可见，一个好的充电器对蓄电池的使用寿命具有无以言重的作用！而且，传统充电器的充电策略比较单一：只能进行简单的恒压或者恒流充电以致充电时间很长，充电效率降低。除此之外，

7、充电即将结束时，人们往往忘记将充电器拔下，继续充电，时间太长久，电池发热量很大，从而造成电池极化，影响电池寿命，很可能导致电池无法再次使用，冲的鼓包，还有流水等现象。针对上述问题，我们设计了一种：“智能”充电器，尽量充电时冲的适合，然后再转以小电流慢充其电池，是家用蓄电池被冲坏的程度降到最低。一、方案比较与论证11电源模块（1）方案一 普通电源：市电经过电源变压器将高压交流电转化成低压交流电，再通过整流滤波，将220V左右的交流电转化为用电器适合的直流电，滤除整流输出的剩余交流成分，最后输出稳定的直流电压。它具有输出电压稳定、波纹震荡小等优点，但是电压可供选择的围窄，效率低等缺点。（2）方案二

8、 开关电源：所谓开关电源，顾名思义，就是这里有一扇门，一开门电源就通过，一关门电源就停止通过。开关电源里有的采用可控硅，有的采用开关管，这两个元器件性能差不多，都是靠基极、（开关管）控制极（可控硅）上加上脉冲信号来完成导通和截止的。市电进入电源，首先要经过扼流圈和大电容，滤除高频杂波和同相干扰信号。然后再经过电感线圈和电容，进一步滤除高频杂波。接下来再经过由4个二极管组成的全桥电路整流（也有半桥等其他电路），和大容量的滤波电容滤波后，电流才由高压交流电转换为高压直流电。经过了交直转换后，电流就进入了整个电源最核心的部分：开关电路。开关电路主要由两个开关管组成，通过它们的轮流导通和截止，便将直流

9、电转换为高频率的脉动直流电。接下来，再送到高频开关变压器上进行降压。经过高频开关变压器降压后的脉动电压，同样要使用二极管和滤波电容进行整流和滤波，此外还会有1、2个电感线圈与滤波电容一起滤除高频交流成分。最后成为设备所需要的较为纯净的低压直流电。它是近代普遍推广的稳压电源，具有电压可调围宽、效率高，输出电压相对稳定等特点。所以，该设计选取方案二。12充电方法（1）方案一 恒流充电法：恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法，如图1所示。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水

10、，产生气体，使出气过甚。图（1）恒流充电法曲线图（2）恒压充电法曲线（2）方案二 恒压充电法：充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。与恒流充电法相比，其充电过程更接近于最佳充电曲线。用恒定电压快速充电，如图2所示。由于充电初期蓄电池电动势较低，充电电流很大，随着充电的进行，电流将逐渐减少，因此，只需简易控制系统。这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。（3）方案三 定时延时开关充电法：该充电

11、法充电电路的控制一般有以上两种，但都未达到无人看守情况下自动完成作业，以与自动停止工作的智能化处理。方案三中应用了单片机的智能控制，在可控条件下完成蓄电池的大电流快速充电和小电流饱和充电。所以选择方案三。二、工作原理智能充电器系统工作原理如下所示。主要包括电源变换电路、PWM控制器、电容电感储能电路、充电电路、电池组、放电电路、采样电路、上位机等，形成了一个闭环系统。采样电路电源变换电路继电器控制器电流电感储能电路达盛科技单片机控制核心数码管显示充电电路放电电路反馈电池组2.1电源充电电路该设计中脉宽调制器（PWM）UC3842是开关电源的核心。它能产生固定频率而占空比可调的控制电压,通过改变

12、开关功率管的通断状态，来调节输出电压的高低，实现稳压目的。例如由于某种原因V0升高时，就改变控制电压占空比，使斩波后的电压平均值下降，导致V0下降，使V0趋于稳定，反之亦然。UC3842的工作温度是0+70，最高输人电压为30V，最大输出电流为1A，能驱动双极型功率管或VMOS管。（1）UC3842的结构、功能与工作原理UC3842采用DIP8封装，管脚排列如图（4）所示。第脚1是补偿脚。外接阻容元件以补偿误差放大器的频率特性。第2脚是反馈端，将取样电压加至误差放大器的反相输人端，再与同相输人端的基准电压进行比较，产生误差电压。第3脚接过流检测电阻，构成过流保护电路。第4脚RT/CT为锯齿波振

13、荡器外部定时电阻与定时电容公共端。引脚8为部基准电压VRET=5.0V。引脚7为输入电压。引脚6为输出电压v0则取决于高频变压器的变压比。引脚5为接地端。（2）主要参数的确定由UC3842构成的开关电源属于单端反激变换器式。其工作频率尽管可达500KHZ，但受制作工艺、开关功率管频率特性等因素的限制，通常将f0设计在几十千赫以下。使VMOS管时，f0约等于40KHZ，用双极型开关功率管时，f0约等于20KHZ为宜，当电路起振后，用示波器从UC3842的第4脚可观察到幅度约为1.5V，周期为25us的锯齿波。计算脉冲信号最大占空比DMAX 当电网电压在220V土20%围变化时，对应于176264

14、V。经全波整流后的直流输人电压VImin 240V，VImix360V。单端反激式开关电源中所产生的反向电动势e170v。线圈漏感造成的尖峰电压VL100V，因为VImix+e+VL630V。故开关功率管应能承受630v以上的高压。计算脉冲信号最大占空比:计算初级线圈的电感量L1：高频变压器初级线圈的电感量，由下式确定：将开关电源效率=70%，VImin=240V，=41.5%，=35W，=40一并代人式，则=2.48Mh。设满载时峰值电流为，在进行短路保护时的过载电流为，有公式：不难求出 1.0A；=1.3在初级线圈储存的电能为：确定初级线圈的匝数：在初级线圈的安匝数，与所储存的电能甲之间存

15、在下述关系式：确定自馈线圈的匝数N2，次级线圈的匝数N3、N4、N5：确定N1后，利用下式可以计算出N2、N3、N4、和N5由上面的公式可以计算出N1为55匝，采用单股0.5mm高强度漆包线；N2为7匝，采用单股0.5mm高强度漆包线；N3为8匝，采用双股0.5mm高强度漆包线并联后绕制而成，其输出电压为22V。N4为6匝，采用五股0.5mm高强度漆包线并联后绕制而成，其输出电压为16V。N5为4匝，采用单股0.5mm高强度漆包线，其输出电压为9V，经7805稳压后输出5V电压。由UC3842构成的开关电源电路如图(5)所示。其基本工作原理是：交流输人电压经过整流滤波电路变成直流电压V1，再被

16、开关功率管斩波和高频变压器降压，得到高频矩形波电压最后经过整流、滤波获得所需要的直流输出电压。图中C1和L1为电源噪声滤波器，T为高频变压器，开关功率管选用IRFPG50型VMOS管。刚开机时，220V交流电压首先经过C1和L1滤掉射频干扰，再经过桥式整流和滤波，产生约+300V的直流电压，然后经R1降压后向UC3842提供16V的启动电压。C2是滤波电容。进人正常状态后，自馈线圈N2上的高频电压经过D2、C4整流滤波，就作为UC3842的正常工作电压。R14是斜坡补偿电阻。取R15=10u、C15=4700PF时，开关频率501.8/R15C1550KHZ、C14是消噪电容，R18为过流检测

17、电阻。R16是VMOS管的栅极限流电阻。由D3、C5、R2构成吸收回路，用以吸收尖峰电压。D2，D3选用快恢复二极管。D4，D5，D8为输出级的整流管，采用肖特基二极管，以满足高频、大电流整流之需要。2.2延时与电路当单片机开始工作的一瞬间，各端口均输出高电平，此时充放电路中的场效应管Q2和Q4同时导通，此电路的电流将瞬间很大，容易使电路中的器件损坏，故添加如图（6）所示的延时电路，PWIN1由单片机的P1.5端口控制，当其输出为高电平时，Q9导通。PWIN2由单片机的P1.6端口控制，当其输出为高电平时，Q10导通。PWIN3由单片机的P1.7端口控制，当其输出为高电平时，Q12导通。图（6

18、）延时与报警电路2.3充、放电与维护电路图（7）充、放电与维护电路接TL431的1脚如图（7）所示，单片机AT89S52的P1.5，P1.6，P1.7口经过延时电路后控制充电电池的3个阶段。电路上电后，由软件控制检测电池阻，并判断其在电池的哪个阶段。确定后，例如在维护阶段，通过控制P3_4，来调节R26的变化，来调节TL431电流的变化。通过光藕合器来反馈到芯片UC3842，如图（5）所示。调节后，来控制输出的变化，由电压器来调节输出电压的变化，以此来调节电压的变化。从而达到三个阶段的转换。2.4数据采样与反馈电路该数据采集和反馈电路运用了偷巧的方法，并未使用的AD转换模块，而是选择收集外加信

19、号，然后从给单片机，让单片机进行自我比对，在单片机的P2.0口，最先设定的是输出低电平，然后再外加信号使单片机的P2.0口变为高电平时，单片机接到反馈信号后，最后做出判断控制。2.6显示电路显示电路比较简单，用单片机编程控制LCD1602的显示，使LCD1602按照我们的需要显示，编写程序时需要严格按照其工作时序编写。其外围电路电路连接如图（10）所示。D0D7端口接单片机P0口，由于P0端口已用于控制AD0809，为了解决端口冲突，加入74HC573锁存器。另外的读写控制、使能端与数据、命令选择端也要单独分配单片机I/O端口控制。图（10）显示电路三、单片机软件设计3.1软件功能该软件的目的

20、是控制电池充电的时间与维护终点与充电耗时的显示。当电池放入该智能充电器时，我们可以在无人看管的情况下让充电器自由充电，只需要在适当的时间下拔下电源即可，免去了晚上起来为了保护蓄电池而去拔下充电器的后顾之忧。而且使用较为便宜的数码管来显示充电时间，方便了人机互动。3.2流程图开始检测充电电流是否存在确认无电流有电流的地方的地对地导弹地对地导弹电流有电流计时显示确认8小时以内未达到浮充8小时以内达到浮充有电流的地方的地对地导弹地对地导弹电流有电流有电流的地方的地对地导弹地对地导弹电流有电流继电器释放， 停充延时两小时停充，继电器释放。有电流四、安装与调试用万能板对比电路原理图进行焊接，安装好后，然

21、后用C语言源程序和KEICL51编译成目标文件即HEX文件，再用下载器将HEX文件写入AT89S52芯片去检验校对。五、结论我们这次在选材和前期准备不足，设计方案更改了总共有八套，有的方案太过于繁琐，元器件实在凑不齐，有的方案执行了将近一半，最终因试验起来缺少必要的材料，要完成设计要求要考虑的东西很多而放弃。在调试电路板时，硬件布局也出现一些问题。六、电路原理总图七、参考文献1康华光等，模拟电子技术基础部分， ：人民教育，1963，4050。2华成英等，数字电路基础部分，：高等教育，2001,3672。3全利，单片机原理与接口技术，：高等教育，2004.1,2127。4毅刚等，单片机原理与应用

22、，：高等教育，2004，3350。5全国大学生电子设计竞赛组委会，全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编（第一届第五届）， ：理工大学，2004,40200。6谭浩强，C程序设计，第三版：清华大学2206.1029。7唐颖，单片机原理与应用与C51程序设计，大学，2008第一版。8王水平等，单片机开关电源集成电路应用设计实例，人民邮电，2008第一版。9网络资料。附录一（程序清单）：#include<reg52.h>#define uint unsinged int#define uchar unsigned char sbit a=P10;sbit b=P11;sbit c=P12;

23、sbit d=P13;sbit e=P14;sbit f=P15;sbit g=P16;sbit dp=P17;sbit h=P36;sbit key=P17;sbit wei1=P32;sbit wei2=P33;sbit wei3=P34;sbit jidianqi=P00;sbit feng=P17;sbit temp=P20;uchar i,j;uchar num1,num2,num3,num4,num5;uchar code duan=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/1到9的编码uchar code wei=0x0

24、4,0x02,0x01;uchar bianliang;void delay(uchar z) uchar x,y; for(x=120;x>0;x-) for(y=z;y>0;y-); void init() h=1;/灯亮表示有充电电流反之没有 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; TH1=(65536-30000)/256; TL1=(65536-30000)%256; TMOD=0x11; EA=1; ET0=1; TR0=1; ET1=1; TR1=1;void display() wei3=1;wei2=0;wei1

25、=0; P1=duannum3; delay(25); wei3=0;wei2=1;wei1=0; P1=duannum4; delay(5); wei3=0;wei2=0;wei1=1; P1=duannum5; /delay(200);void main() temp=0;/ temp=P20; jidianqi=0; /先接上继电器，用来检测是否有充电电流存在 init(); while(1) display(); delay(5); if(num5=8&&temp=1) while(1) display();delay(5); if(num5=2) num5=num4=

26、num3=num2=num1=0;jidianqi=1; else if(num5=8&&temp=0) num5=num4=num3=num2=num1=0;jidianqi=1; void timer0() interrupt 1/设定8小时计时 TH0=(65536-40000)/256; TL0=(65536-40000)%256;void timer1() interrupt 3 TH1=(65536-30000)/256; TL1=(65536-30000)%256; i+; if(i=2) i=0;feng=1;num1+;if(num1>1) num1=0

27、; num2+;if(num2=1) num2=0;num3+;if(num3>9) num3=0; num4+;if(num4=6) num4=0; num5+;feng=0;if(num5=8) num5=0;num1=0;num2=0;num3=0;num4=0; 附录二（元器件清单）：Part TypeDesignatorFootprintDescription0.1uC24RAD0.1Capacitor0.1uC26RAD0.1Capacitor0.1uC3RAD0.1Capacitor0.1uC27RAD0.1Capacitor0.1uC25RAD0.1Capacitor0.

28、1uC28RAD0.1Capacitor0.2/2WR20AXIAL0.40.2/2WR7AXIAL0.40.22u/280VC1Capacitor1KR22AXIAL0.41N4007D2DIODE-0.7Diode1N5408D7DO-27Diode1N5408D8DO-27Diode1kR35AXIAL0.41kR48AXIAL0.41kR32AXIAL0.41kR28AXIAL0.41kR34AXIAL0.41kR59AXIAL0.41kR61AXIAL0.41kR39AXIAL0.41kR29AXIAL0.41kR44AXIAL0.41kR5AXIAL0.41kR9AXIAL0.41

29、kR46AXIAL0.41kR4AXIAL0.41kR31AXIAL0.43.3uHL33.3uHL44.7kR19AXIAL0.45.1kR60AXIAL0.45.1kR8AXIAL0.45/10WR27AXIAL0.45A/250VF1Fuse5kR55SIP3Potentiometer5kR54SIP3Potentiometer5kR53SIP3Potentiometer5kR52SIP3Potentiometer7.5kR49AXIAL0.47.5kR36AXIAL0.47.5kR50AXIAL0.47.5kR51AXIAL0.48*10kJ3SIP9Connector10kR14AX

30、IAL0.410kR6AXIAL0.410kR11AXIAL0.410kR3AXIAL0.410kR17AXIAL0.410kR42AXIAL0.410kR15AXIAL0.410kR40AXIAL0.410kR21AXIAL0.410kR33AXIAL0.410kR30AXIAL0.410kR37AXIAL0.410kR10AXIAL0.410kR12SIP3Potentiometer10kR47SIP3Potentiometer10kR45SIP3Potentiometer10kR43SIP3Potentiometer10uC17RB.2/.4Electrolytic Capacitor1

31、0uC31RB.2/.4Electrolytic Capacitor10uC29RB.2/.4Electrolytic Capacitor10uC35RB.2/.4Electrolytic Capacitor10uC38RB.2/.4Electrolytic Capacitor10uC33RB.2/.4Electrolytic Capacitor10uC12RB.2/.4Electrolytic Capacitor10uC39RB.2/.4Electrolytic Capacitor22R16AXIAL0.422.1184MY1RAD0.3Crystal22k/1wR2AXIAL0.430pC

32、22RAD0.1Capacitor30pC23RAD0.1Capacitor32kR57AXIAL0.432kR58AXIAL0.432kR56AXIAL0.432kR38AXIAL0.447R13AXIAL0.447kR41AXIAL0.450kR26SIP3Potentiometer74HC573U4DIP2074LS293U5DIP144-Bit Binary Counter102C36RAD0.1Capacitor102C13RAD0.1Capacitor102C16RAD0.1Capacitor103C14RAD0.1Capacitor104C21RAD0.1Capacitor104

33、C41RAD0.1Capacitor104C19RAD0.1Capacitor104C30RAD0.1Capacitor104C40RAD0.1Capacitor104C34RAD0.1Capacitor104C32RAD0.1Capacitor104C37RAD0.1Capacitor150kR25AXIAL0.4150kR1AXIAL0.4330u/450VC2RB.2/.4Electrolytic Capacitor470R23AXIAL0.4470R24AXIAL0.4470uC20RB.2/.4Electrolytic Capacitor470u/25VC18RB.2/.4Electrolytic Capacitor470u/50VC4RB.2/.4Electrolytic Capacitor510R18AXIAL0.41000u/25VC11RB.2/.4Electrolytic Capacitor1000u/25V