基于單片機的電動自行車快速充電器設計

　　一、引言

　　電動自行車由于具有無污染無噪音、輕便美觀等特點，受到眾多使用者的青睞。但在使用中也暴露出它的局限性，如有半路電池耗盡，且隨著使用時間的遞增，電池使用壽命會逐漸縮短。本文旨在研究開發一個根據電池飽和的程度智能改變充電模式，并可在較短時間（四小時）內將電池充好的電動自行車快速充電器（電池規格36V、12A）。

　　二、脈沖快速充電法

　　脈沖充電方式即脈沖電流間歇對電池充電，充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經化學反應產生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，消除極化從而減輕了蓄電池的內壓，使下一脈沖的恒流充電能夠順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。

　　三、系統組成

　　充電器主電路采用半橋變換式高頻開關穩壓電源，而控制電路由單片機實現。電網交流電在通過EMI濾波器除去共模信號后，進行橋式整流，再通過兩電容分壓后與兩開關管V1、V2相聯接，將正弦交流電壓變換成約高于充電電壓的脈沖電壓。在經過半橋濾波和LC濾波電路使電壓達到一較穩定值。

　　控制電路由單片機AT89C51組成，電源由電網交流電經過變壓器變壓、全橋整流、穩壓管穩壓后提供。單片機通過檢測溫度傳感器的電壓信號，以軟件的方式控制輸出脈沖，從而控制開關管的通斷。另外，通過檢測充電電壓和電流值，控制單片機輸出脈沖寬度，以進入不同的充電階段。

　　（一）半橋變換式高頻開關穩壓電源

　　半橋變換電路如圖1（a）所示，各點輸出電壓波形如圖1（b）所示。半橋式變換電路的主要優點是其抗不平衡性，且使用的功率開關管的耐壓較低，不會超過輸入電壓的峰值;晶體管的飽和電壓也降至最低;輸入濾波電容的耐壓也可以減小。

　　圖1 半橋變換電路 1（a） 各點輸出電壓波形1（b）

　　（二）單片機控制

　　單片機電路設計，選用AT89C51單片機的P1口作為輸入輸出口，溫度傳感器所檢測的溫度信號通過單片機的P3.2口輸入，電壓信號由P3.1口輸入。輸出信號由單片機的P1.1～P1.5提供。具體分布情況見下表。

　　（三）整體電路設計

　　電動自行車快速充電器電路主要分為三部分：主電路、控制電路和檢測電路。

　　主電路由橋式整流電路和半橋逆變電路組成。控制電路由單片機AT89C51來實現，單片機通過檢測來的電壓信號值作出相應的動作：輸出不同寬度的脈沖電壓和作出不同指示。檢測電路有溫度檢測電路和電壓檢測電路。溫度用溫度傳感器實現，電壓檢測由分壓電阻實現。

　　主電路圖如圖2所示。

　　圖2 主電路圖

　　四、結論

　　本文介紹了一種基于AT89C51單片機控制的電動自行車快速充電器的電路工作原理和實現方法。該充電器具有自動化程度高、運行費用低、工作可靠等優點。經檢測，樣機充電效率高、充電速度快，而且損耗少、成本低。