基于單片機的直流電能收集充電器的設計

　　近年來，能源短缺問題日益突出，人們在擔憂能源枯竭的同時，對能源的浪費卻大得驚人。例如各種廢棄的電池，尤其是遙控玩具車使用的電池，甚至沒用到其能量的一半就被廢棄掉了，這不僅造成能源的浪費，更造成了環(huán)境的污染。因而研制一種收集各種廢舊電池能量的裝置已迫在眉睫。

　　本文設計一種以直流電源變換器為核心的電能收集裝置，該裝置可用于人們在旅途為手機隨時充電，也可用于礦工照明等。該充電器可將直流電源的能量傳遞到3.6 V以上的可充電電池中。系統(tǒng)根據(jù)輸入電壓不同采用MC34063和HT7750來構建供電電路給電池充電，經(jīng)過89C51單片機控制 AD0832來檢測電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對電池進行充電，并且檢測時間的長短可以根據(jù)用戶的需要進行設定 ,并通過數(shù)碼管顯示出來。為了提高單片機的工作效率，對單片機處于休眠和工作兩種狀態(tài)進行斷續(xù)的檢測。

　　1. 系統(tǒng)設計框圖

　　電能收集充電器的核心為直流電源變換器，從直流電源中吸收的電能轉(zhuǎn)移到可充電電池中。電能收集充電器是將輸入的功率盡可能大的輸送到所需充電的設備中，使得充電器的充電效率盡可能提高。該充電器對輸入電壓要求低，并且可以最大可能的吸收直流電源中的能量，比一般的充電器節(jié)能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)框圖

　　根據(jù)電壓Ui 取值的大小采用兩種直流電源變換器，當電壓為1.1 V< Ui <3.6 V 時，采用HT7750 組成的Boost升壓電路來實現(xiàn);當供電電源大于3.6 V時，電路是用單片機控制集成芯片MC34063來實現(xiàn)的。MC34063的工作電壓是3~40 V,所以電源輸入電壓只需要在3 V以上就可以讓它工作。單片機能通過自身休眠來提高效率，還可以檢測電壓值控制電池的充電，并且由數(shù)碼管顯示出檢測的時間長短，這個時間可以根據(jù)用戶的要求任意調(diào)節(jié)。這樣的電路直觀、穩(wěn)定、可靠，并且在實際運用中，在接負載的情況下，它能穩(wěn)定的達到所需要的電流值和電壓值。同時電路簡單易懂，容易調(diào)試數(shù)據(jù)，成功率高。

　　2. 硬件電路設計

　　2.1 升壓電路設計

　　升壓電路主要由HT7750組成，HT7750轉(zhuǎn)換器具有高效率和低紋波。該系列具有超低啟動電壓、高輸出電壓精度。只需要3個外部元件即電感、穩(wěn)壓管、電解電容，以提供固定輸出5 V電壓。電路如圖2所示。

　　圖2 升壓電路

　　2.2 供電電路設計

　　供電電路是由MC34063芯片構成的穩(wěn)壓電路，此芯片是一款可降壓也可升壓型的采用PWM 調(diào)節(jié)方式的開關穩(wěn)壓電源芯片，MC34063的工作電壓范圍為3~40 V.此電路是把輸入進來的電壓進行穩(wěn)壓處理達到所需電壓值，同時此電壓還可以作為單片機和ADC0832 的工作電壓。電路構成如圖3所示。

　　圖3 供電電路

　　2.3 控制電路設計

　　采用8051 單片機，它擁有編程靈活、功能強大、而且廉價的好處，與INTEL公司的8096系列16位單片機相比，8051更具有明顯的價格優(yōu)勢 .同時能夠滿足需要，成為首選。它可以自身休眠來減小功耗，提高效率，它由基準電源電路輸出穩(wěn)定的5 V電壓供電，主要起到檢控電壓的作用。89C51單片機控制AD0832來檢測電源輸出電壓的大小，從而判斷是否對電池進行充電，并且檢測時間的長短可以根據(jù)用戶的需要進行設定，通過數(shù)碼管顯示出來。這里用的ADC 是ADC0832 芯片，它是一個串行的ADC,它具有速度和精度都足以滿足此電路，在ADC0832 的VCC 腳與基準電路供電的輸出腳間接一個大電容從而使輸入給ADC0832 的電壓更穩(wěn)定。電路構成如圖4所示。

　　圖4 控制電路

　　2.4 充電電路設計

　　該電路是通過單片機對充電電路的控制從而實現(xiàn)對電池的充電，起到開關作用。并且電路中加入了LED燈，從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。

　　圖5 充電電路

　　3. 軟件部分的設計

　　本系統(tǒng)的軟件采用C 語言來編寫，所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設計主要檢測電源輸出電壓的大小，從而對判斷是否對電池進行充電，同時單片機通過自身休眠來減小功耗，提高效率。程序主流程圖如圖6所示，休眠時間控制流程圖如圖7 所示。[!--empirenews.page--]

　　圖6 主流程圖

　　圖7 休眠時間控制流程圖

　　4 測試方法與結果

　　(1)當輸入電壓Ui 為10~20 V 時，取電源內(nèi)阻Rs為100 Ω，可充電池的內(nèi)阻Rc 為0.1 Ω，由理論計算得：

　　Ic > (Es - Ec) (Rs + Rc)

　　即：

　　Ic > (20 - 3.6) (100 + 0.1) = 163.8 mA

　　實際測量時Ic = 164.6 mA>163.8 mA,滿足了設計的要求。測試數(shù)據(jù)見表1。

　　本設計的工作效率由輸出電壓U*out 與輸出電流Iout的乘積比上輸入的電壓Uin 與電流Iin 的乘積。即：

　　η = (Uout*Iout ) (Uin*Iin )

　　(2)當Ui 從0逐漸升高時，能啟動充電功能的Ui 為0.28 V;當Ui 為0時，系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09 mA。

　　表1 高壓參數(shù)表

　　5. 結語

　　本文設計并實現(xiàn)了一種基于單片機的直流電能收集充電器，該充電器在輸入電壓低至1 V的情況下仍能將能量傳遞至3.6 V以上的可充電池中。同時制作了實驗樣機并對實驗樣機進行了測試。實驗結果表明該充電器具有工作電壓范圍寬，效率高，適應性強、可靠性好等優(yōu)點。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費及對環(huán)境的污染。