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基于PIC单片机的智能充电器的设计与实现
发布时间:2016-01-06 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
三阶段充电，开始时采用恒流充电，中间为恒压充电，最后采用浮充充电。该充电法减少了充电出气量，充电比较彻底，延长了蓄电池使用寿命。三阶段充电法充电电流和充电电压变化曲线如图2所示。
图2 三阶段充电特性图
根据三阶段充电的原理，画出系统的主程序流程图，如图3所示。(其中Um为蓄电池的最大电压上限，Ubat为恒压充电门限，Ibat为恒流充电门限，其值一般取蓄电池容量的1/10。)工字电感器
单片机系统的主程序，主要用于A/D采样初始化、PWM初始化、定时和中断系统、定时器的初值设定，然后一直检测充电器的电压与电流，进行三阶段的自适应充电。
程序中需要注意一下问题。
（１）因为需要同时采样电压和电流２个变量，此时可根据PIC18F2620的采样单元特点，可通过直接改变A/D控制寄存器ADCON0.2~3位进行更换通道，其速度快、花费时间少。
（2）中断系统是程序的重点部分。由于采样单元不可能一直工作，这样既浪费单片机的运算能力又影响其它部分的工作，使系统的工作效率低下。为了使单片机更有效率的工作，系统采用模压电感器定时中断的工作方式：利用TMR0定时器进行定时，固定一定的时间后进入中断。目前，市面上的单片机一般都存在中断优先级，比如系统采用的PIC18F2620有2个优先级，可以通过设置不同的中断向量进行不同优先级的操作。对应的高优先级中断服务子程序，使TMR0复位，并载入相应的初值，进入下一次的定时状态。低优先级中断服务子程序，则是复位A/D模块使能位，读取并存储A/D转换结果，然后判别相应的电压、电流采样值所处的阶段，最后经过各个阶段对应的PI调节修改占空比。
图3 主程序流程图
4.2 采样子程序
采样处理后的电压、电流信号，不可避免的存在系统所带来的噪声和干扰，为了准确的测量和控制，必须滤除这些噪声和干扰。除了在硬件电路上进行滤波，还可采磁棒电感用软件滤波或称为数字滤波。常用的数字滤波方法有很多，本系统采用了平均值法：多次采样后排序，再去掉最大和最小值之后求塑封电感器平均值的方法，提高了采样精度。
4.3 PI子程序
为了消除积分饱和的影响，本系统采用增量式PI控制算法一体成型电感，并利用遇限削弱的方法。
遇限削弱积分PI算法，实际上是一旦控制量进入饱和区范围，则停止增大积分项的运算而只执行削弱积分项的运算[5]。PI程序流程图如图4所示。
图4 PI控制算法流程图
5 实验结果与分析
采用以上介绍的方法制作样机，对YTX7A-BS/12V-7AH的铅酸蓄电池充电。
主电路参数如下：输入电压Uin=24V，电路工作频率f=50kHz，采用EI33磁芯，原边电感Lp=212μH，副边电感Ls＝112μH，开关管采用IRF840，输出电容采用1000μF/25V的电解电容。
图5为样机给铅酸蓄电池充电变化曲线图，横轴为充电时间，左边Y轴为蓄电池电压，右边Y轴为充电电流。
图5 蓄电池充电变化曲线
从图5可知，根据程序设计要求，在充电的初始阶段，充电器先进行恒流充电，蓄电池电流保持为0.7A左右。此后，当蓄电池电压超过恒压充电门限14.4V，转为恒压充电，充电电压保持为14.4V，充电电流不断下降。同时，通过RA1不断检测充电电流，当充电电流降到0.1A以下时，表明蓄电池已充满电。这时，为了补充蓄电池的自放电，转为浮充充电，充电电压保持于13.7V。根据以上结果分析表明：本文所提出的铅酸蓄电池三阶段自适应数字控制方案是有效的，充电器能够根据蓄电池所处的实际状态来选择对应的充电方式（恒流，恒压充电和浮充）进行充电。
6 结语
相对于传统的模拟控制的铅酸蓄电池充电器，采用数字控制的充电器大大提高了控制系统的灵活性、可靠性、稳定性等。随着控制方案与功能整合的不断完善以及单片机价格的逐渐降低，采用单片机的数字控制充电器将成为今后一个重要的研究方向。
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