摘 要：設計了一種基于P89LPC933單片機控制的大功率智能充電器，提出了四階段充電控制方法。結合主電路和MCU控制電路詳細地闡述了其控制策略以及充電器的硬件設計和軟件設計。與市場上典型的充電器做了橫向比較與總結。
關鍵詞：89LPC933單片機 SG3525A 四階段充電 大功率充電器
鉛酸蓄電池因為其維護簡單、價格低廉、供電可靠、使用壽命長而被廣泛用作汽車、飛機、輪船等機動車輛或發(fā)電機組的啟動電源,同時也在各類需要不間斷供電的電子設備和便攜式儀器儀表中被用作一些電器及控制回路的工作電源。然而，由于充電方法的不正確，存在嚴重的過充、欠充現(xiàn)象，直接影響了蓄電池的技術狀態(tài)和循環(huán)使用壽命。Power Smart公司根據(jù)多次試驗結果得出結論：若采用合適的充電方式，電池的使用壽命大約可提高30%�；诖耍疚奶岢鲆豢罨赑89LPC933單片機的智能充電器的設計方案，采用先進的四階段充電控制方法。該充電器可以實時采集電池的電壓、電流，對充電過程進行智能控制和全面管理，使充電過程按理想的充電曲線進行，解決了普通充電器對蓄電池充電的技術難題，并且充電電流可在0～50A范圍內任意設定，具有完善的過壓、過流、過熱保護功能，并以聲光形式進行提示，既能快速充電又能對蓄電池進行有效的保護。
1 智能充電器的充電技術
國內外鉛酸蓄電池的充電方法目前主要有恒流、恒壓、恒壓限流充電法。恒流充電方法隨著充電的進行，電壓會慢慢上升，到充電后期電壓上升到13.8V時，如果不對充電電壓進行限制，容易使電池處于過充電狀態(tài)，導致電池有大量的水發(fā)生分解以及活性物質容易脫落，縮短電池壽命。恒壓充電法存在的缺點主要是：由于電壓恒定，在充電初期電池電動勢小，所以充電電流很大，容易造成極板的彎曲和活性物質的脫落，而且設備必須適應充電初期的大電流；充電末期電流過小，使充電時間延長，且容易充電不足。
恒壓限流充電法則避免了以上兩種充電方法的不足，充電初期為避免電流過大，采用限流充電，后期為避免電壓過大而采用恒壓充電。因此恒壓限流充電是一種比較有效的充電方式，再加上采用智能化的過充判斷、浮充控制、溫度補償?shù)却胧�，形成一個簡單的充電管理系統(tǒng)，蓄電池可以在這個系統(tǒng)下更好地工作。恒壓限流充電方式是目前大多數(shù)電池廠商推薦的充電方式。
目前，大多數(shù)充電器采用的恒壓限流充電方式都是三階段充電[1-2]，即恒流充電、恒壓充電和涓流浮充電。事實上，在實際的使用過程中，閑置的蓄電池常常會過度放電，如果一開始就采用較大的電流恒流充電，容易造成熱失控，不利于激活電池內的化學物質以最大優(yōu)化電池的性能。所以在開始的時候采用較小電流激活充電，能使極板表層充分激活而不過量脫粉，深層各處也能得到充分激活，經過激活修復后的蓄電池更能經久耐用。根據(jù)充電電池的原理，同種工藝的電池理想的充電曲線大致相似，只是具體的電壓數(shù)值有所差別。針對這些特點，應用信息技術進行控制，能有效地使實際充電曲線擬合鉛酸蓄電池的最佳充電曲線，控制電池在正常溫升范圍之內，提高充電的效率，達到最佳充電效果。綜合經典的充電理論和前人的成果以及大量實驗數(shù)據(jù)，筆者在對鉛酸蓄電池的充電控制中設計了四階段充電曲線，如圖1所示(以12V/200Ah電池組的充電過程為例)。
1.1 激活充電
充電器開始工作后，通過單片機采集蓄電池的端電壓進行檢測，若電池電壓低于9.5V，充電器不工作。若電池電壓高于9.5V而低于10.5V，說明蓄電池曾經過度放電。為避免對蓄電池充電電流過大,造成熱失控,對蓄電池實行穩(wěn)定小電流激活充電，激活蓄電池，隨著激活充電的進行,電池電壓開始上升,當電池電壓上升到能接受大電流充電的閥值電壓10.5V時,則轉入恒流充電階段。反之視為激活充電失敗，重復3次激活充電后，電池端電壓依然不能升到指定值，則認為電池失效。
1.2 恒流充電
大電流恒流充電,這里電流值為50A,因蓄電池容量而異,一般為0.4c(c為蓄電池組的容量)。在恒流充電狀態(tài)下，電池電壓不斷上升，單片機不斷檢測電池端電壓，當電池電壓達到飽和電壓14.7V時，恒流充電狀態(tài)終止并轉為恒壓充電。
1.3 恒壓充電
恒壓充電電壓值為14.7V,它是蓄電池節(jié)數(shù)與蓄電池溫度的函數(shù)。恒壓充電時，通過PWM調制器調節(jié)，使充電電壓保持不變，充電電流不斷下降，當充電電流下降到恒流狀態(tài)下充電電流的1/10時，即5A時，終止恒壓充電并轉為涓流浮充。
1.4 涓流浮充電
涓流浮充時蓄電池的充電電壓必須保持一恒定值，這里選擇充電電壓恒為13.8V。在該電壓下，充入的電量應足以補償蓄電池由于自放電而損失的能量。
2 智能充電器的硬件設計
基于P89LPC933的大功率智能充電器的系統(tǒng)組成如圖2所示，市電經EMI濾波、全橋整流后變?yōu)橹绷鞲邏�，然后通過PFC電路進行功率因數(shù)校正，再經半橋DC-DC隔離變換器降壓和整流濾波后即可獲得電池充電所需的低壓直流。
