铅酸电池智能充电器毕业设计

1、铅酸电池智能充电器设计摘要铅酸蓄电池在直接供电和备用供电等场合获得了比较广泛的应用。为了更加有效合理的对铅酸蓄电池充电的作用，所以在给蓄电池充电的过程中，应合适的给电池充电，从而减少充电时对电池的损害。达到保护电池，维持电池的使用寿命。由于蓄电池在充电时的温度是变化的，所以在设计充电器时应把温度考虑到充电的因素当中。对充电过程的进一步精确控制。本文中铅酸蓄电池充电器主要用到的芯片uc3909，介绍了uc3909控制智能充电器的工作原理，分析了电池充电时的各种状态，具体解决方案，做到对电池的伤害最小，并设计了应用于铅酸电池硬件控制电路，监控电路的设计方案，对uc3909，ht46r23等芯片做了

2、简单介绍，并且还对蓄电池充电器系统硬件电路的设计做了较为明确的说明和具体的软件编程。另外，本文还对电池的充电电压和电池温度的监控流程进行了初步设想，从而实现充电器的智能化。对蓄电池在充电时起到了一定的保护作用，基本上解决了充电时的电能浪费和能源浪费的问题。为今后的减排节能起到了一定作用。关键词：uc3909；ht46r23；铅酸蓄电池；智能充电；控制 intelligent lead-acid battery charger designabstractlead-acid battery in direct power supply and backup power supply has be

3、en widely used. in order to more effective and reasonable, the function of lead-acid battery charging so on battery charging process, should be suitable for the battery, and thus to minimize damage to the battery when charging. to protect the battery, to maintain the service life of batteries. due t

4、o the temperature of the battery when charging is changing, so in the design of the charger should be the temperature when considering the factors of charging. further precise control of the charging process. the chip uc3909 lead-acid battery charger is mainly used in this paper, introduces the work

5、ing principle of intelligent charger uc3909, analyzes several kinds of battery charging status, the specific solutions, to achieve the minimum damage to the battery, and designs the hardware control circuit used in lead-acid battery, the control circuit design, to uc3909 ht46r23 chip made simple int

6、roduction, but also on the battery charger system clear instructions to the hardware circuit design and software programming in detail. in addition, this article also for charging voltage of the battery and battery temperature monitoring process has carried on the preliminary conception, so as to re

7、alize the intelligent of the charger. for the protection of the battery when charging have played a role, basically solved the charging electric energy waste and energy waste problem. play a certain role for the future of the emissions reduction and energy saving.key words:uc3909; ht46r23; lead-acid

8、 batteries; intelligent charger; monitoring目 次摘要iabstractii1 绪论11.1引言11.2智能铅酸电池的发展11.3常见充电方法概述21.4课题的目的和意义21.5课题的组织安排22 系统的总体方案及芯片简介42.1系统的总体方案42.2系统软件实现方案42.3充电电路硬件设计方案42.3.1基于uc3909及外围元件充电电路设计方案42.3.2基于充电电压的监控电路设计方案52.3.3基于电池温度监控设计方案52.3.4基于充电器电源电路设计方案52.3.5基于恒定+5v电源电路设计方案62.4 uc3909简介62.4.1概述62.4

9、.2引脚排列与功能说明72.5 ht46r23芯片简介82.5.1概述82.5.2引脚排列与功能说明82.5.3内部框图102.6 mc34063芯片简介112.6.1概述112.6.2引脚排列与说明112.7 ds18b20芯片简介112.7.1概述112.7.2引脚排列与功能122.7.3内部框图和主要特性122.8液晶显示模块简介132.8.1管脚介绍及主要技术参数132.8.2相关指令143 铅酸蓄电池智能充电系统硬件电路设计143.1铅酸蓄电池充电问题分析143.2铅酸蓄电池智能充电器的结构及充电方法153.2.1充电电路的电路结构153.2.2充电电路的电路充电方法163.3铅酸蓄

10、电池智能充电器电路设计173.3.1电铅酸蓄电池充电电路实现功能173.3.2输入电源电路183.3.3mc34063降压变换电路183.3.4uc3909及外围元件组成的充电电路193.3.5电池的充电电压的监控电路223.3.6蓄电池充充电温度监控电路233.3.7恒定+5v电源电路243.3.8继电保护电路244 铅酸电池充电系统软件设计264.1系统软件设计注意事项264.2铅酸电池充电系统软件设计264.3系统各子部分软件设计274.3.1a/d转换子程序采样部分274.3.2液晶显示部分274.3.3温度传感器部分28设计总结30致 谢31参考文献321 绪论1.1 引言近些年来，

11、铅酸蓄电池凭借着性能稳定、寿命长、低成本、还有可逆性等特点，使得铅酸蓄电池成为一种新型的能源。广泛应用在日常生活中的手机、电器、铁路、港口等工业和国民经济的各个领域。逐渐的成为人类日常工作生产生活之中必不可少的一部分，已成为社会上一个新兴的焦点。电池12充电其实是一种逆向的化学反应，通过电能给予的能量转化成化学能量。由于不同的材料的化学反应不同，所以充电时的电流也不是简单地线性系统。根据研究，我们发现电池充电系统是一个时变的，非线性的系统过程，也是对电池寿命影响最大的因素，也就是说充电过程的影响比放电过程对电池寿命的影响更大，由于人们对蓄电池充电过程的忽视，会导致蓄电池的损坏和电池的寿命的缩短

12、，经常发热等不良后果。导致对电池和能源的浪费。随着科学技术的发展，出现了各种样式的蓄电池，所以对电池充电器1、2、3的要求也就越来越高。人们对蓄电池充电器的性能有进一步要求。因而对充电也有了进一步的了解，因此就有对电池进一步进行监控的要求更高，达到节省能源更好的保护电池，防止电池损坏。因此对电池充电器的要求也就更高。所以，设计一款性能良好的铅酸智能充电器，能够延长蓄电池的使用寿命，满足人们生活的需要。1.2 智能铅酸电池的发展蓄电池的更新换代经历了一个很长的时间，1935年，五德布里奇偶然间发现了温度对电池充电的影响，1967年，英国人麦斯发现蓄电池充电时析气特性。并对电池充电时析气过程进行分

13、析的到了一点的规律。之后随着科学的进步和发展，人们对蓄电池的充电过程有了进一步的了解，相继一些充电器问世，但这些充电装置大多体积大，充电慢，能耗大，控制效果差等缺点，到上世纪90年代，相对而言，才生产出来一些放电，充电，监测为一体的新的电池充电装置。但主要的方式主要有恒压充电和恒压充电，这两种充电基本上成了充电的主流。这种电路控制简单，操作简单，但是冲电时间长，能源有损耗，且对电池有一定的损害。目前在国内蓄电池的充电装置大多采用晶闸管整流技术，由于有工作稳定，但由于充电效率和速率不高。所以又出现了更多的充电方法，近几年，又有一些新的充电方法。利用充电过程中电流和电压的变化特性，使电池快速充电，

14、合理充电的模糊控制充电法，本文又相继介绍一种新的智能充电的方法。1.3 常见充电方法概述铅酸蓄电池的充电方法有很多种，不过一般说来有以下二种：1、恒流充电法恒流充电法是根据调整充电器输出电压或者更改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，这种控制方法较为简单，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，充电电流大多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电方法。2、恒压充电法恒压充电法是将充电电源的电压在全部的充电时间里保持恒定的数值，伴随着蓄电池的端电压的逐步升高，电流的逐步减少。由于充电初期蓄电池电动势比较低，充电的电流很大，随着充电

15、的进行，电流将渐渐减少，因此，只需简单的控制系统。这类充电方式电解水很少，防止了蓄电池过充。但在充电前期电流过大，对蓄电池的电池寿命 形成了很大的影响，并且容易使蓄电池极板弯曲，从而造成电池报废。鉴于这类缺点，恒压充电很少被考虑，只有在充电电源电压低而电流大时选用。1.4 课题的目的和意义目前，大部分的充电器采用的是恒流，恒压充电和涓流充电浮充电的充电方法。事实上，在日常生活充电中，电池经常空闲放电，开始采用恒流冲电，会电池内的化学物质的化学性能。本文是使用uc3909芯片对电池智能充电的方法。为了避免初始充电电流太大，涓流充电，后者是为了避免过大的电压和恒定电压充电。所以，恒流限流的充电是一

16、个更有效的充电方式，再加上智能的判断，浮子控制，温度补偿等措施，构成了一个建议的的充电管理体系，使得该电池可以得到更好的充电，减少了电池长期充电或过放电电池的涓流充电不足，提升了电池的安全性能，提升了电池的寿命。1.5 课题的组织安排通过蓄电池充电相关技术的研究，并且结合当前同类电池的优点和缺点，此篇文章的主要内容是给出铅酸智能充电器体系的一种构架方案和其硬件详细的实现方法和软件的初步构想。本设计中主要设计完成了铅酸电池智能充电器的硬件电路的设计，基本实现了充电器所应具备的功能，同时给出了软件设计的相关流程。全文组织安排如下：1、第一章简单的介绍了常见的充电方式及其缺点，描述了铅酸智能充电器的

17、设计目的和意义，并简述了开发一种新式的铅酸电池智能充电器的必要性。2、第二章给出了系统的总体方案基于uc3909铅酸智能充电器设计方案，分析了系统的合理性。详细介绍了的性能特点和内部电路工程 uc3909 充电控制器，以及各种其他芯片引脚和功能描述。3、第三章简单介绍了目前一些充电器充电时存在的一些问题，同时详细介绍基于uc3909铅酸智能充电器的硬件电路的设计及功能的实现。4、第四章主要介绍了系统中软件流程图的设计及功能的阐述。最后通过对全文所讲述的智能充电软件设计和硬件设计做了基本的概述，和方案的处理方法。2 系统的总体方案及芯片简介2.1 系统的总体方案一个智能型充电器实现智能化不仅要有

18、稳定的、快速的充电电路即有恒流恒压控制环路，它应包括充电电压显示电路、温度检测电路、 lcd显示电路和其他的基本单位。基于uc3909铅酸智能充电器的功能主要实现以下功能：（1）蓄电池在进行涓流充电、恒流充电、过压充电和浮充电时候，更快、 更安全的作为电池电量为其额定容量，同时长期下-或过度放电可充电电池涓流充电的电池能够发挥作用的保养和维修。（2）首先使用ht46r23来进行a/d转换显示、 再使用显示器和继电器对电池充电电压和电池温度来实施监控和保护。（3）使用红绿显示灯对电池的四个充电状态进行显示，即涓流充电状态两个灯不亮；绿灯亮恒流充电；红灯亮过压充电；两个灯都亮浮充电。由此可见，本设

19、计研究的基于uc3909铅酸智能充电器系统，不但能实现快速、安全的充电为蓄电池充电，还基本符合了充电器的智能化所需要的条件。2.2 系统软件实现方案设计思路：基于uc3909智能充电器所设计充电器开始工作后，首先检验各a/d转换通道，进行充电电压、电池温度等数值的初始化，然后进行a/d采样和显示，再检测充电电压、电池温度是否超过允许范围，温度过高则自动驱动固态充电器，充电停止。否则值进行显示，从而达到对电路的保护作用。2.3 充电电路硬件设计方案 2.3.1 基于uc3909及外围元件充电电路设计方案该部分的电路是一种四阶段的充电器，利用uc3909极其外围电路4构成，放电时，蓄电池电压慢慢下

20、降，当vchgenb=5.4v时，放电终止。当蓄电池被过放电或者其他不良充电变的品质变劣时，蓄电池电压将低于vchgenb，这时充电顺序为：1、涓流充电。该itc10ma的电流充电，若要删除极板固化的现象，并因此在发挥作用的保护和恢复的电池。2、恒流充电。即与 ibulk 恒定电流充电电池 = 200ma。3、过压充电。充电器充电时电压高于额定电压。4、浮充电。首先计算出一个温度补偿电压，充电器再以该电压进行充电。其中两个指示灯（一红一绿）对蓄电池的四个充电状态进行显示，即涓流充电状态灯全不亮；绿灯亮恒流充电；红灯亮过压充电；浮充电时两灯都亮。2.3.2 基于充电电压的监控电路设计方案监控电路

21、由液晶显示模块1602、盛群单片机ht46r23、固态继电器、熔断器等元器件组成，该部分的电路通过一个4m和一个4m电阻对蓄电池的充电电压分压，因为充电电压会在0v和7.3v之间变化，经电阻分压后会在0到4v变化，从而将一个高的电压监控转变成对一个低电压的监控，再通过盛群单片机ht46r23的a/d转换，将电压模拟信号转换成为数字信号，通过液晶显示出来电压值。如果电压值过高则会触发警报器，同时会驱动固态继电器。起到保护了蓄电池和线路的作用。这样就可以使铅酸蓄电池在适当的电压范围内充电，从而合理的对涓流充电，恒流充电，过充电，浮充电进行合理的转换和控制。蓄电池可以合理的进行充电，减少了对电池的伤

22、害，延长了电池的使用寿命。2.3.3 基于电池温度监控设计方案监控电路温度传感器（ds18b120），单片机，液晶显示模块，固态容电器，固态继电器，熔断器等构成。电路先是通过温度传感器ds18b2o测出电池的充电温度，传到盛群单片机ht46r23进行a/d转换，将温度模拟信号转换成为数字信号，最后通过液晶显示出来充电电池的温度值，一旦温度过高，发出报警信号，使驱动三极管导通固态继电器，从而保护了有效的蓄电池因电压过高的损坏。这样就可以使铅酸蓄电池充电器具有显示电池充电温度、防止电池过热、保护线路安全功能。在适当的温度范围之内，起到保护的作用，从而增加电池寿命，所以使线更安全，可以添加到电路，防

23、止短路保险丝可能。2.3.4 基于充电器电源电路设计方案电路部分由一个降压变压器，一个桥式整流器和滤波器电路和降压转换器的mc34063 。首先通过降压变压器将交流电220v转换成25v，再经过桥式蒸馏滤波电路得到21v的直流电压。然后通过mc34063降压变换器将21v直流电压转变为一个9.4v的直流电压，为uc3909组成的充电电路和电源电路提供了直流电源。2.3.5 基于恒定+5v电源电路设计方案该电路是芯片tps76701即低压差线性稳压器及其外围电路构成的，该电路通过降压变压器、桥式整流滤波电路和mc34063降压变换电路所获得的一个9.4v的直流电压，经过芯片 tps76701 低

24、压差线性稳压器 (ldo) 和其外围电路，最后获得稳定常数的 + 5 v 电源供电。这样就可以为监控电和保护电路提供一个稳定的+5v电源使其能够正常的工作。2.4 uc3909简介2.4.1 概述uc3909主要被用于控制铅酸电池的快速充电当中。在电力工业制造过程中，铅酸电池的容量很大，uc3909的pwm控制器可以很便捷的做成开关型充电器。因为有该芯片的pwm控制电路，所以可以形成充电状态逻辑电平。充电状态逻辑电平按照在充电时的电压和电流特性控制电路，确保了输入的电源电压的合理性。另外该芯片中还包括差动电流取样放大器、热敏电阻电路、pwm 振荡器、pwm 比较器、pwm 锁存器、充电状态译码

25、器、误差放大器和一个100ma 的集电极开路输出驱动器。该芯片的极限参数如下:表2.1 芯片的极限参数表序号名称参数1电源电压vcc40v3输出灌电流0.1a4s+和cs-脚电压0.4vvcc5其它脚电压0.39v6存储温度-65150 7结温-55150 8焊接温度(焊接时间10s)300 要设计一个电池充电电路，有多种实现的方法来满足所需的充电控制和提供所需的充电电流，充电器的工作效率，同时降低充电电路的造价和简单电路设计。本文是通过uc3909充电控制器来介绍充电电路的。2.4.2 引脚排列与功能说明表2.2 引脚功能5名称引脚功能1脚 (rthm)该脚与接地脚串联一个10k热敏电阻。热

26、敏电阻阻值是基于2.3v以 3.9mv/变化。3脚 (gnd)接地脚，所有电压的基准点。集电极开路输出晶体管的发射极接到该脚。4脚 (vcc)电源输入脚。芯片工作电压范围为7.540v 。与3脚之间串联1f电容。5脚 (out)pwm驱动器输出脚。集电极开路时输出晶体管的灌电流为100ma 。6脚 (stat1)晶体管开路集电极输出端，充电状态与stat0和stat1的关系如表3-1所列。输出第二译码位。7脚(stat0)晶体管开路集电极输出端。该输出端是充电状态的第一译码位。8脚(statlv)浮充状态下，该位为高电平9脚(ovctap)过充电时的电流比较器输入脚。过充电时，会输出控制信号。

27、10脚(chgenb)充电器起动比较器输入端。当电池电压较低时，进入涓流充电状态，电压误差放大器输出高阻抗，ca-脚会流入10a固定电流，11脚(vao)电压误差放大器的输出端。该放大器输出电压箝位在5v 。12脚(va- )误差电压放大器的反相输入端。13脚(ca- )误差电流放大器反相输入端。14脚(cao)电流误差放大器输出端。电压箝位在4v，在芯片内部该脚与pwm比较器反相输入端相连。15脚(cso)电流取样放大器的输出端，在内部被箝拉在5.7v输出电压。16、17 脚(cs和cs-)电流取样放大器的的输入端（正反）。固定增益为5的电流取样放大器。18脚(rset)与接地脚串联一只电阻

28、，以便设置振荡器的充电电流（1.75/rset）和振荡器涓流控制电流（0. 115/rset）。19脚(osc)振荡器斜坡电压控制脚，与3脚之串联一只电容器ct，振荡器斜坡电压应在1.0v到3v之间变化，振荡器振荡频率f =1/1.2ct*rset20脚(r10)该脚与3脚串联10k电阻，补偿热敏电阻电压差。表2.3 充电状态译码表充电状态stat1stat0涓流充电状态00恒流充电状态01恒压充电状态10浮压充电状态112.5 ht46r23芯片简介2.5.1 概述 为了将电压、温度检测电路测出的模拟信号转换成数字量并进行处理，本系统选取了盛群单片机ht46r23。ht46r23是一种高性能

29、8位单片机（10位a/d转换器），工作范围是3.3-5.5v，4kx16bit的程序只读存储器，1928位数据存储器，8级堆栈，16位7级预分频带溢出中断功能可编程定时/计数器，石英和rc振荡器，wdt电路，8/4通道的a/d转换器，两路pwm(脉宽调制)硬件电路.2.5.2 引脚排列与功能说明ht46r23引脚排列如图2.1所示。其引脚功能如下表2.4。表2.4 ht46r23引脚介绍引脚输入/输出掩膜选项功能介绍pb0/an0pb1/an1pb2/an2pb3/an3pb4/an4pb5/an5pb6/an6pb7/an7输入/输出上拉电阻8位双向输入/输出口。可由软件设置为cmos、输出

30、带或不带上拉电阻(由上拉电阻选项决定端口选择)的斯密特触发输入或a/d输入。pa0-pa2pa3/pfdpa4/tmr pa5/ intpa6/sdapa7/scl输入/输出上拉电阻唤醒功能pa3或pfdi/o或i2c8位双向输入/输出口。每一位可由掩模选项设置为唤醒输入。可由软件设置cmos输出、带或不带上拉电阻(由上拉电阻选项决定：位选择)斯密特触发输入。pfd、tmr、int（非）分别与pa3、pa4、pa5共用引脚。一旦使用i2c总线功能，则与pa6 、pa7相关的寄存器将被停用。vss负电源，接地。pc0-pc4输入/输出上拉电阻5位双向输出/输入口。可由软件设成cmos输出、带或不

31、带上拉电阻(的斯密特触发输入。pd0/pwm0pd1/pwm1输入/输出2位双向输入/输出口。可由软件设置为cmos输出、带或不带上拉电阻(由上拉电阻选项决定：端口选择)的斯密特触发输入。pwm0/pwm1输出与pd0/pwm1共用引脚 (由pwm选项决定)。res（非）输入斯密特触发复位输入，低电平使用。vdd正电源。osc1osc2输入输出晶体或rcosc1、osc2连接rc或晶体(由掩膜选定)以产生内部系统时钟。在rc振荡方式下，osc2是系统时钟四分频的输出口test1test2/ test1输入测试模式下输入引脚，正常使用时不必连接。图2.1 ht46r23引脚图2.5.3 内部框图

32、ht46r23工作电压一般为（fsys=4mhz: 2.2v-5.5v ，fsys=8mhz: 4.5v-5.5v）适合用于于测量仪器等带有模拟量转换的电子产品，其ht46r23的内部框图如图2.2所示。图2.2 ht46r23内部框图2.6 mc34063芯片简介2.6.1 概述mc34063是一种直流/直流转换控制电路专用芯片。组成部分有比较器，振荡器，触发器有温度自动补偿功能的基准电压发生器和大电流输出开关电路等。在电路的升降压直流电源变换器当中应用，直流/直流变换器由它构成，另外只需要少量的外部元器件。mc34063有通用、廉价、电路形式灵活等优点。65%极性反转效率，90%升压效率，

33、 80%降压效率，变换效率和工作频率滤波电容等成正比。2.6.2 引脚排列与说明mc34063芯片的引脚排列如图2.3中所示，下面是各个引脚的功能： 表2.5 mc34063芯片引脚的功能1脚开关集电极口5脚比较器反向输入端2脚开关发射极口6脚电源端v+3脚定时电容7脚电源检测端4脚接地端8脚驱动管集电极口图2.3 mc34063引脚图2.7 ds18b20芯片简介2.7.1 概述ds18b20是高端式数字温度传感器，是小体积封装形式；工作范围在55125之间，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；工作电源可在远处接入，或者采用寄生电源方式形成.以上优点使ds18b20非常适用于远距离

34、多点温度检测系统。2.7.2 引脚排列与功能ds18b20的排列如图2.4：图2.4 ds18b20的管脚图i/o脚为数字信号输入/输出端；gnd脚为电源地；vdd脚为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）；2.7.3 内部框图和主要特性1ds18b20的外形和内部结构ds18b20内部结构如图2.5所示，主要由4部分组成：64位rom、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存器。图2.5 ds18b20的内部结构图2.6 ds18b20的测温原理2.8 液晶显示模块简介2.8.1 管脚介绍及主要技术参数1602采用标准的16脚接口，如图2.7所示，其中: 图2.7 16

35、02液晶显示模块的管脚图第1脚：vss为地电源。第2脚：vdd接5v正电源。第3脚：v0为液晶显示器对比度调整端。第4脚：rs为寄存器选择。第5脚：rw为读写信号线。当rs和rw共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低电平rw为高电平时可以读忙信号，当rs为高电平rw为低电平时可以写入数据。第6脚：e端为使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：d0d7为8位双向数据线。主要技术参数如下：显示容量：162个字符；芯片的工作电压：4.5-5.5v；工作电流：2.0ma（5.0v）；模块最佳工作电压：5.0v；字符尺寸：2.954.35（wxh）mm；2.8.2

36、 相关指令1602模块的操作是通过指令来完成，共有11条指令，如下表2.13。表2.13 1602指令表指令rsrwd7d6d5d4d3d2d1d01清屏00000000012光标返回000000001*3输入模式000000011/ds4显示控制0000001dcb5光标/字符移位000001s/cr/l*6功能0001dlnf*7置字符发生器地址0001d5字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址0011显示数据存贮器地址9读忙标志和地址01bf计数器地址10写数据到指令7.8所设地址10要写的数据11从指令7.8所设的地址读数据11读出的数据3 铅酸蓄电池智能充电系统硬件电路设计3.1 铅酸

37、蓄电池充电问题分析铅蓄电池在充电过程中主要遇到两个问题，一、应该使电池以最快速度充电。二补充由于电池自放电而损失的电量。这就要求我们在充电的过程中时刻的监控充电时的电压和温度。铅蓄电池充电时负极 pbso4 +2e=pb+ so4 2- 正极：pbso4 + 2h2o-2e =pbo2 + so4 2- + 4h+，可能就出现了电池的过充电现象，产生大量的氧气和氮气。如果控制适当，则不会产生脱水现象。可以通过充电电压来检验电池是否过充电。图3.l表示铅酸蓄电池以不同充电速率的电压和放电速率的电压和电量恢复的关系曲线。从图中所示的关系曲线18、19、20中可以看出，大约75%就是电池过充电的起始

38、点，充电速率过快就会产生过充电现象。图3.1 铅酸蓄电池充电电压与电量恢复的关系曲线在充电电压速率过快或产生过充电时，这是必须控制电压的充电速率少于cl(相对铅酸蓄电池1ah电量的11ooa)。所以在需要大充电速率的应用场合，应注意它的过充电问题， 即可以充足电又不过压充电。从图l所示的曲线可以看出，充电率与过电压的出现成正比。所以，在日常生活中，为了确保电池充电充足，常采用恒压充电方法，合理的提高充电电压，但又不能太高，避免过充电现象。同时还补充了电池自放电所消耗的电压，从而保持相对不变的电压进行充电。日常生活中，我们一般采用3.9mvcc的温度补偿系数。如果不对温度进行补偿，则可能导致充电

39、不足和温度过高时产生的过充电现象。3.2 铅酸蓄电池智能充电器的结构及充电方法3.2.1 充电电路的电路结构为了实现铅酸蓄电池的充电以及监视功能，防止电池充电温度过高，延长电池寿命，铅酸蓄电池的充电以及监视系统的硬件电路可以分成五个基本组成部份：第一部分是用于提供充电器输入电源的电路和mc34063直流变换电路；第二部分是由uc3909芯片以及外围元件构成的智能15、16充电电路，能够对充电器进行四阶段充电并能够显示电池的充电状态的电路；第三部分是对被充电电池的充电电压和电池自身温度进行监视的电路；第四部分是用于防止充电时电池过热的继电保护电路；第五部分是用于提供ht46r23单片机和电池过热

40、保护电路+5v的电源的电路。同时可以实现充电状态显示的功能和修复因长期充电不足或过放电的蓄电池。本系统的充电电路具有性能优良、工作可靠、安全等一系列优点。3.2.2 充电电路的电路充电方法为了保证电池充电电路和电池安全寿命，应选择合适的充电方法。本文所设计的智能铅酸电池充电器的充电分为四步，这四个阶段都为电池提供了最优充电电流和电压。将恒流充电的快速安全和恒压充电的稳定相结合满足，从而使蓄电池稳定快速的达到额定电压值，延长了铅蓄电池的使用寿命。下图是基于uc3909的智能充电器正是实现了阶段充电方式，具体的充电状态如图3.2所示图3.2 蓄电池的充电电压、电流曲线1.涓流充电开始充电的第一个阶

41、段，电池的电压低于终止电压vchgenb时，说明电池放电比较严重或者内部有短路的线路，这时，充电器会提供一个很小的涓流电流充电itc，慢慢的将电压提升到电池零容量的电压值。这是为了防止恒流充电时的电流过大的损坏。对于没有损坏正常的蓄电池，涓流充电会将电池充电到门槛电压vchgenb，充电器会自动转入下一个阶段，恒流阶段。如果一开始蓄电池的电压18、19、20高于所设定的门槛电压vchgenb，充电器就会自动过滤涓流充电，直接进入恒流充电。2.恒流充电电池由涓流充电进入恒流充电或直接进入恒流充电后。表示此时电池的电压已将高于涓流充电的门槛（阈值）电压vchgenb，在这个充电状态时，充电器提供一

42、个恒定的充电电流ibulk给蓄电池，蓄电池的电压开始迅速提升，直到蓄电池的电压到达过充电的电压时，会自动转换为过压充电。3.过压充电蓄电池进入过压充电状态后。为了使电池电压迅速充满。充电器会提供给电池一个略高于蓄电池额定电压的恒定电压voc（取决于rs1、rs2、rs3、rs4）给蓄电池充电，使蓄电池最快达到饱和。在过压充电开始的时间，过压充电的电流大小和恒流充电的电流一样，到达电池的过压充电电压voc，充电的电流会变小，当电流减小到恒流电流ibulk的15时，会进入下一个浮充电状态。4.浮充电蓄电池进入浮充充电工作状态后，此时电池器会以一个恒定带有温度补偿的的电压vf给蓄电池充电，来保证蓄电

43、池的电量不变，用一个很小的浮充电流来弥补电池自放电时电量的损失。当蓄电池在有负载时，充电器将以恒流的方式进行充电，将电源电流维持在浮充电电流的水平，直至电池电压下降至充电电压的90，在电池电压低于浮充电电压vf的90以后，电池又会进人涓流或恒流充电状态。3.3 铅酸蓄电池智能充电器电路设计3.3.1 电铅酸蓄电池充电电路实现功能要设计一个电池充电电路，有多种实现的方法来满足所需的充电控制和提供所需的充电电流，但是为了提高充电器电路的工作效率，同时为了降低充电电路的造价和简化电路设计，并确保电路的控制功能，应尽量选用充电控制11集成电路。本文以下介绍的充电电路是基于利uc3909充电控制器，组成

44、铅酸电池智能充电器。该充电器利用uc3909构成一种四阶段即涓流充电、恒流充电、过压充电、浮充电的充电器，其目的是对蓄电池尽可能更快更安全的充电到其额定容量，同时对长期充电不足或过放电蓄电池进行涓流充电，以对蓄电池起到维护和修复的作用。除此之外，为了对铅酸蓄电池的充电电压和电池的温度监控17进行监控，该电路通过两个电阻分压电路将对一个较高的充电电压监控转变成对一个约在04v之间电压的监控，再通过盛群单片机ht46r23进行a/d转换，将电压这个模拟信号转换成为数字信号，最后通过液晶显示出来充电电压的电压值。当充电电压过高时，会使固态继电器动作，进而防止电池过压充电。而对于电池的温度监控则先是通

45、过温度传感器ds18b2o测出电池的充电温度，再通过盛群单片机ht46r23a进行a/d转换，将温度这个模拟信号转换成为数字信号，最后通过液晶显示出来充电电池的温度。这样就不但可以直观的看见蓄电池的充电电压和充电温度，当电池温度过高时，会使固态继电器动作，进而防止电池过温充电。3.3.2 输入电源电路电子系统的正常运行离不开稳定的电源，充电器的电源来自于交流市电，是通过一个降压变压器和一个桥式整流滤波16电路组成。降压变压器将电网交流电压220v变换成电路需要的交流电压25v，此交流电压经过具有单向导电性能的整流元件，把方向和大小都变化的50hz交流电变换为方向不变但大小仍有脉动的直流电，再经

46、过滤波、稳压，最后可获得电子设备所需的直流电压21v。电路如图3.3所示。图3.3 输入电源电路图3.3.3 mc34063降压变换电路专门应用在直流-直流变换器控制领域的双极型线性集成电路我们称之为mc34063。它由温度补偿带隙基准源、振荡器、驱动器和能输出1.5a开关电流的大电流输出开关构成。本文是采用mc34063和最少的外围元件构成降压式变换器，如图3.4所示。mc34063降压变换的原理：当片内开关管t1导通时，电源经取样电阻rsc和管脚7相连，管脚7与管脚8和管脚1短接，电感l1和2脚通过稳压管in4148接地，电感l1开始存储能量，由c0对负载提供能量。当t1断开时，电源和电感

47、同时给负载和电容c0提供能量。只要开关管导通与关断的频率相对很大，负载上就能获得平稳的直流电压。输出电压可通过电阻r1、r2来进行调整，符合以下公式：vout=(1+r1/r2)1.25v ，限流电阻的值设定为rsc=0.15，输入电流被限流在0.3/0.15=2a，改变用来电流取样的rsc电阻可以改变限流值。该电路能将通过降压变压器和桥式整流滤波所获得的21v直流电压转变为一个9.4v的直流电压，为uc3909及其外围元件共同组成的充电电路和一个恒定+5v的电源的电路提供一个+9.4v的直流电源。3.3.4 uc3909及外围元件组成的充电电路1.控制回路基本原理：1）用来检测取样电阻rcs

48、 两端的电压的电流取样放大器（固定增益为5，补偿电压2.3v）。rcs 两端的电压与电池充电电流成正比。为了保证pwm比较器极性正确，取样器正端电压接与电流取样放大器的反相输入端相连，当电池不充电时，电流取样放大器的输出端(cso)电压为2.3v。rcs的阻值应等于350mv除以最大允许充电电流。为了减小功耗，rcs应取较小的阻值。最大充电电流ibulk由下式计算。 (3.1)当没有充电电流时， 电流取样放大器输出电压vcso= 2.3v；当最大电流充电时，电流取样放大器输出端电压vmax(cso)=2.3v-2.0v=0.3v。2）电压误差放大器(vea)检测电池电压，将它与热敏电阻的基准电

49、压进行比较，再将其转化成电流控制信号，与电流取样器相加。电压误差放大器(vea) 最高输出电压限制在5v，这样可限制最大负载电流。在涓流充电状态下，充电开始时比较器使电压误差放大器输出开路。最大涓流充电电流。在涓流充电状态下，最大允许充电电流(itc)由下式决定: (3.2) 式中为流入电流误差放大器反相输出端ca-的固定控制电流。rset脚外接电阻为4.6k时，为250a。3）用电流误差放大器(ca)比较电流取样放大器(cs)输出信号与电压误差放大器(vea)的输出信号。进而改变pwm 占空比，然后调整平均充电电流。当有积分补偿时，电流误差放大器(ca)的电流增益变大。为了提高放大器的稳定性

50、，流误差放大器(ca)输出信号下降斜率应低于或等于pwm斜坡上升斜率。如图3.4所示：图3.4 uc3909充电原理图2.外围元件的确定uc3909内部电流检测放大器处理的信号范围有限，不能处理100hz的信号。为了改变此缺点，通过r-c电路(rsf1和csf)给电流检测放大器拓展大约20khz的频带。插入损耗为-3db。利用rsf2为电流检测放大器提供一个2.3v的偏置电压。为防止放大器进入饱和区，ca和 ca+的电压不得高于400mv。具此，选0.5的电阻rcs，电流误差放大器使用时，必须确保ca-的电压为2.3v。大电流充电电流为200ma，rcs上的平均电压为：vrcs=0.20.58

51、0mv （3.3）电流检测放大器的输出电压为：vcso=2.3-5vrcs=1.8v （3.4）ca-脚的总电流为： （3.5）如果rg2取5.4k，那么rg1就为1k。涓流充电时，输出电压误差放大器（vao）工作于高阻态，电流流入uc3909的ca-端。涓流控制电流的大小为uc3909的rset管脚电流的5%。当vao处于高阻态时，涓流控制1电流只能流过电阻rg1。涓流的电流为： （3.6）如果将涓流充电的电流值定为10 ma，就会在cso管脚产生平均电压2.292v。再通过电阻rg1后变为12.5a。流出rset管脚后为（250a， 2.3v），所以在电流为10ma的涓流充电条件下， rs

52、et的阻值为4.6k。从恒压充电状态转换到浮充状态的转换电流。当ovctap脚的电压上升到2.3v时，过充状态将转变到浮充状态。充电模式的转换发生在： （3.7）如果rovc2取27k，rovc1取0.6k，即ioct为40ma。uc3909内部的晶体管statlv处于关断状态。当电池电压高于浮充电压时，va-脚电压将上升到2.3v 。浮充电压为： （3.8）如果rs3取10.0k，vfloat为6.8v，rs1和rs2的和将为20k。在恒压充电状态时voc为： （3.9）其中voc为7.3v，可得rs4为115k。当检测到vchgenb脚电压高于2.3v时，充电器将重新进入恒流充电。的值为：

53、 （3.10）其中为5.4v，rs2为3.24k，则rs1为16.76k。3.该电路实现功能该电路可以对蓄电池四个阶段很好的控制，使电池安全快速的充电到额定电压。对于长期没电和严重缺电的电池进行涓流充电，其它状态更合理的充电控制。以对蓄电池起到维护和修复的作用。并且有两个指示灯对四个充电程进行显示。其充电电路图如图3.5所示。图3.5 mc34063降压变换电路3.3.5 电池的充电电压的监控电路该电路通过一个4m和一个4m电阻对蓄电池的充电电压分压，因为充电电压会在0v和7.3v之间变化，所以经分压后电压将0到4v变化，从而将对一个较高的充电电压监控转变成对一个约在0倒4v之间电压的监控，再

54、通过盛群单片机ht46r23进行a/d转换，将电压这个模拟信号转换成为数字信号，最后通过液晶显示出来充电电压的电压值，从而达到监控的目的，如图3.6所示。图3.6 充电电压及电池温度监控原理图3.3.6 蓄电池充充电温度监控电路电池充电其实是将电能转换成化学能的过程。但并不是所有的电能完全转化成化学能，仍然有一部分能量转换成热能。对电池起到了加热的作用。如果不好好控制，在电池充电完成时，如果不进行浮充电，则多余的电能会转换成热能对电池会有一些损坏，甚至引起火灾。因此，在设计电池充电器时，对温度进行监控合理控制充电过程是非常重要的。该电路是由液晶显示模块1602、温度传感器ds18b20、盛群单片机ht46r23和一个继电器、保险丝等构成的具有显示电池充电温度、防止电池过热、保护线路安全功能的电路。该电路能测出电池的充电温度，再通过盛群单片机ht46r23进行a/d转换，将温度这个模拟信号转换成为数字信号，最后通过液晶显示出来充电电池的温度值，从而实现温度监控的目的，电路图如3-6所示。3.3.7 恒定+5v电源电路无论是对家用电器充电还是对工业机器的充电，在其工作时，电源电压会有很大的波动。比如铅酸电池充足电时的电压为6