基于單片機(jī)的脈沖快速充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)電源電路為蓄電池的充電提供穩(wěn)定的電壓采用的是反激式的開(kāi)關(guān)電源電路。反激式開(kāi)關(guān)電源的電路比較簡(jiǎn)單，比正激式開(kāi)關(guān)電源少用了一個(gè)大的儲(chǔ)能濾波電感，以及一個(gè)續(xù)流二極管，因此，反激式開(kāi)關(guān)電源的體積要比正激式開(kāi)關(guān)電源的體積小，且成本也要低。此外，反激式開(kāi)關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對(duì)于正激式開(kāi)關(guān)電源來(lái)要高很多，因此，反激式開(kāi)關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號(hào)幅度要比較低，誤差信號(hào)放大器的增益和動(dòng)態(tài)范圍也要較小?；谶@些優(yōu)點(diǎn)，反激式開(kāi)關(guān)電源在目前家電領(lǐng)域中被廣泛的應(yīng)用。如圖2所示。

圖2 開(kāi)關(guān)電源電路

開(kāi)關(guān)電源電路控制芯片采用UC3842，UC3842是目前比較理想的新型的脈寬調(diào)制器。由該集成電路構(gòu)成的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源與電壓控制型脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有以下特點(diǎn):

1)微調(diào)的振蕩器放電電流，可精確控制占空比;

2)電流模式工作到500kHz;

3)自動(dòng)前饋補(bǔ)償;

4)鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流;

5)內(nèi)部微調(diào)的參考電壓，帶欠壓鎖定;

6)大電流圖騰柱輸出;

7)欠壓鎖定，帶滯后;

8)低啟動(dòng)和工作電流。

TL431稱為可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，利用兩只外部電阻可設(shè)定2.5V~36V范圍內(nèi)的任何基準(zhǔn)電壓值。其工作原理是當(dāng)輸出電壓U 0發(fā)生波動(dòng)時(shí)，經(jīng)電阻分壓后得到的取樣電壓就與TL431中的2.5V帶隙基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在陰極形成誤差電壓，使發(fā)光二極管的工作電流產(chǎn)生相應(yīng)變化，再通過(guò)光耦去改變控制端電流Ic的大小，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的輸出占空比，使輸出電壓U0不變，從而達(dá)到穩(wěn)壓目的。

2 充放電電路的設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)中的充放電過(guò)程主要由兩片P溝道的場(chǎng)效應(yīng)管IRF9540N來(lái)完成。如圖3所示。Q2管控制系統(tǒng)的充電過(guò)程，而放電脈沖主要Q3來(lái)進(jìn)行控制。

圖3 充放電電路圖

3 采集部分

在MSP430F149 中有1 個(gè)12 位精度的AD 轉(zhuǎn)換模塊ADC12。ADC12可以對(duì)8個(gè)外部模擬信號(hào)之一或4個(gè)內(nèi)部電壓之一作轉(zhuǎn)換，由ADC內(nèi)核把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成12位數(shù)據(jù)并存入轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)寄存器。內(nèi)核用到2個(gè)參考電平，即VR+和VR-作為轉(zhuǎn)換范圍的上下限和讀數(shù)的量程值和“0”值。轉(zhuǎn)換數(shù)值在輸入信號(hào)大于等于VR+時(shí)為滿量程，小于等于VR-時(shí)為“0”。蓄電池端電壓通過(guò)兩個(gè)電阻R2和R6分壓方式，將單片機(jī)采樣電壓值A(chǔ)D1限制在輸入電壓量程范圍內(nèi)。充電電流和放電電流都通過(guò)電阻轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電壓值，送入單片機(jī)的AI口。三路AD采樣結(jié)果分別存儲(chǔ)在相應(yīng)的ADC12MEMx寄存器中。

4驅(qū)動(dòng)部分

根據(jù)三路AD采樣結(jié)果確定充電器的充電狀態(tài)后，由單片機(jī)輸出兩路占空比可調(diào)頻率為1kHz的PWM 波形PWM1和PWM2分別用來(lái)控制兩只三極管2N5551的導(dǎo)通程度，三極管集電極電流會(huì)隨著不同，再經(jīng)電阻分壓后提供不同的電壓給場(chǎng)效應(yīng)管的柵極，驅(qū)動(dòng)MOSFET，輸出不停大小的漏極電流Id，給蓄電池提供大小不等的充電電流和放電脈沖幅值，最終達(dá)到脈沖充電的效果。