基于ST72單片機的常規電池快速充電系統

前言：

傳統的常規蓄電池充電方法都采用小電流的恒壓或恒流充電，充電時間長達10～20個小時。為了縮短充電時間，必須對充電過程的充電電流進行控制。許多生產廠家誤認為盲目提高充電電流就是快速充電，其實這不但不能提高充電效率，而且會加劇電池的極化現象，升高蓄電池溫度，浪費電能，嚴重損壞蓄電池。根據美國科學家馬斯提出的馬斯三定律，脈沖充電、脈沖放電可以去除電池極化，減小蓄電池的內部壓力、溫度和內阻，加快充電速度，實現蓄電池快速充電需采用充－放－充的循環方式。這種模式的快充系統中一般應包括控制回路、充電回路、放電回路。根據充電過程中測得的參數，通過單片機適當調整，保證脈沖電壓的（充、放）幅值及充電與放電的寬度比值恒定，可以得出充電效率的最佳結果。

1 系統結構

1.2 控制回路

ST72系列單片機是法國ST微電子公司最新生產的簡單、靈活、低價格的8位單片機，采用了獨特的制造工藝和技術，大大提高了抗干擾能力。它專為嵌入式控制應用設計，特別適用于抗噪聲干擾高、整體性價比高的控制系統。它具有以下的主要性能：

（1）工作電源電壓有很寬的適應范圍，從2.4Ｖ～5.5Ｖ；功耗較低，內部數字看門狗。

（2）豐富的I/O功能，內部帶有3個定時器／計時器，有的還多達16個通道的10位A/D轉換器，兩路脈寬調制?多種通信接口，多達12級的中斷源。

（3）多種內部程序存儲器，除有廉價的0TP（0ne Time Programming）一次性編程寫入?還有非常方便的Flash程序存儲器，可以在線編程，易于修改程序代碼。存儲器的容量從1.5kB~60kB不等，可以滿足各種編程的需要。

根據系統功能的需要，選用ST72系列的ST72264G1單片機作控制芯片。該芯片具有4kB的FLASH內部存儲器，2路PWM輸出，最大時鐘頻率8MHz，有20個I/O引腳，6個復用10位A/D轉換器，有SPI,SCI,I2C三種通信接口?？刂苹芈凡捎肧T72262G1加上液晶顯示和鍵盤接口等；它利用單片機自身的Ａ／Ｄ端口，組成電壓、電流、溫度檢測電路。

1.2 充放電回路

充電回路是采用一種新型的電源芯片TOP225Y構成的電源電路。該芯片是美國Powergration公司生產的三端隔離式脈寬調制單片開關電源集成電路。它將PWM集成電路和MOSFET功率器件集成在同一芯片中，具備PWM型開關穩壓電源所需的全部功能。通過高頻變壓器使輸出端與電網完全隔離，實現了無功頻變壓器隔離的開關電源的集成化。整個回路具有輸出功率范圍大、成本低、集成化程度高、電路設計簡單等優點。

放電回路則由蓄電池和電阻構成回路，Ｍ0S管作為開關，控制放電回路的關斷。Ｍ0S管的關斷由單片機給出控制信號。

智能充電系統的原理框圖如圖1所示。



單片機根據電壓反饋和電流反饋，輸出數字電壓轉換成模擬電壓。模擬電壓再經過光耦隔離，然后調節電源芯片TOP225Y控制腳的電流大小，由芯片調節控制信號的占空比，從而調整脈沖電壓的幅值或涓流電流的大小。一般單片機的數字電壓轉換成模擬電壓都需要D/A轉換器，由于ST72系列單片機帶有PWM輸出，因此可以直接利用PWM輸出將數字電壓轉換成模擬電壓，能夠保證精度，省卻了D/A轉換器。

2 系統軟件設計

系統軟件用Ｃ語言編寫，經過匯編、仿真調試，燒寫在單片機的內部程序存儲器內。按照軟件工程的規范要求進行軟件設計，實現結構層次化、功能模塊化，不僅使軟件的可讀性、可維護性、可擴展性得到了增強，而且提高了軟件的可靠性。程序的總體結構框圖如圖2所示。