一種單片機控制的鉛酸蓄電池充電電源

摘要：為了有效地提升鉛酸蓄電池的使用壽命，同時實現對充電過程的監控，設計出一種用單片機控制的36 V鉛酸蓄電池充電電源。本電路采用反激式拓撲，連續電流工作模式，電源管理IC設計在電源的副邊，由ELAN公司的EM78P258N單片機模擬，是用可編程器件模擬電源管理IC，實現智能電源低成本化的一次成功嘗試，通過對單片機的軟件設計實現了充電電源的狀態顯示、充電時間控制、報警、過溫保護、過壓保護、過流保護等功能。本充電器真正的實現了鉛酸蓄電池的三段式充電過程，其最高輸出功率可達90 W，效率約85％，成本不到20元，具有很高的市場競爭力。
關鍵詞：鉛酸蓄電池；充電電源；單片機；電源管理IC

鉛酸蓄電池由于其制造成本低，容量大，價格低廉而得到了廣泛的使用。但是，若使用不當，其壽命將大大縮短。影響鉛酸蓄電池壽命的因素很多，而采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命。研究發現：電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，一個好的充電器對蓄電池的使用壽命具有舉足輕重的作用。
目前比較被認可的充電曲線如圖1所示。也即常說的三階段充電法：在充電開始和結束時采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，最大限度的保護蓄電池的壽命。

傳統的3842式充電器性能可靠，價格低廉，但卻只能實現充電曲線的前兩個階段，無法實現浮充(涓流)階段，而且無法實現智能控制。市場上的一些所謂的智能充電器，又無一例外的價格高昂，沒有市場競爭力。本文介紹了一種采用單片機做電源管理IC的智能充電器，可以真正的實現三段式充電過程，并且具有狀態顯示、充電時間控制、報警等功能，而且整機成本不到20元，極具市場競爭力。

1 電源設計方案
1．1 總體方案簡介
采用單片機做電源管理IC，瓶頸問題是單片機的運算速度較慢，當負載出現突變時無法及時做出調節，而本例的負載是電池，給電池進行充電的過程恰好不會出現負載突變這個問題，這使得采用單片機作為電源管理IC成為可能。
由于本電路的輸出功率小于100 W，所以采用反激式拓撲形式，反激式拓撲最大的優點是不需要輸出濾波電感，這使得反激式拓撲的成本較低，體積較小。電源管理IC設計在電路副邊，由ELAN品牌的EM78P258N單片機模擬，單片機的運算頻率設定為8 MHz。EM78P258N是一款具有很高性價比的單片機，其工作頻率最高可達20 MHz(外接振蕩器模式)，內部設置了4個12位精度的AD轉換器、2Kx13位片內寄存器、3個八位、一個十六位計時器和一個PWM波形發生器，具有看門狗功能。電路的初級和次級由變壓器進行隔離，變壓器不僅結構簡單，而且很容易實現初次級3 000VAC的抗電強度。該充電器最高輸出約可為45 V／2 A，并可根據實際需要進行調節。本充電器的開關頻率設為40 KHz，每個周期被等分為200個部分，PWM每次可以調節1／200個周期，即125 ns。