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基于UCC与PIC单片机的智能充电器的设计

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基于UCC与PIC单片机的智能充电器的设计———————————————————————————————— 作者:———————————————————————————————— 日期: 基于UCC3895与PIC单片机的智能充电器的设计基于UCC3895与PIC单片机的智能充电器的设计采用新一代移相PWM控制芯片UCC3895和PICl6F917单片机,针对常用的铅酸蓄电池设计开发了一种智能充电器,介绍了其硬件设计思路和软件实现方法,并提出了智能控制策略关键词:UCC3895;PIC;智能充电器 0 引言 现代通讯设备、电子产品、电动车辆、UPS等普遍采用蓄电池作为电源,然而多数充电设备功能单一,通用性差,维护质量低,导致产品的使用效率大大降低本文采用UCC3895和PIC单片机,针对常用的铅酸蓄电池,设计开发了一种智能充电器 UCC3895是TI公司生产的专用于PWM移相全桥DC/DC变换的新型控制芯片,可工作于电压模式,也可工作于电流模式,并且可实现输出脉冲占空比从0到100%相移控制,软启动和软停顿可按要求进展调节;内置7MHz带宽的误差比拟放大器;具有完善的限流及过流保护、电源欠压保护,基准欠压保护、软启动和软停顿等功能。

PICl6F917型单片机与UCC3895共同组成控制器局部,相对于仅使用单片机作为控制器的方式,具有响应速度快,控制精度高,软件设计简单,运行稳定等优点l 总体构造 如图l,充电器的供电局部采用开关电源,其输入为220V交流市电,整流滤波后,一局部为控制电路的数字器件提供辅助工作电源和参考电压,另一局部经全桥逆变转换为高频交流电,再进展高频整流滤波,为蓄电池提供0~60V脉冲直流电PIC与UCC3895配合构成闭环控制电路,通过比拟用户设定值和采样得到的反应值,在充电过程中的不同阶段对逆变器进展PWM控制,同时PIC完成显示和报警等功能2 硬件设计 1)主电路设计 如图2,充电主电路采用移相控制全桥ZVT—PWM变换技术,利用功率MOS管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件,使FB—PWM变换器四个开关管依次在零电压下导通,实现恒频软开关,减少了开关损耗,可保证变压器效率达80—90%,并且不会发生开关应力过大的问题 2)控制电路设计 控制电路分为两局部第一局部为前级控制器,由UCC3895及其外围电路组成,用来生成PWM脉冲,实现对开关管的控制第二局部为后级控制器,由PIC和TLV5618及其外围电路组成,实现用户设定、采样、显示、计时、报警、主电路通断等充电过程的管理功能。

1)前级控制电路 引脚电路功能分析 如图3,脚1和脚20是误差放大器的反相输入端和同相输入端,其中脚20外接Uc,Uc是后级控制器送来的输出电压控制信号,经隔离后,在这里作为误差放大器的基准电压脚2为误差放大器的输出端,内接PWM比拟器的非反相端,外接EA与l脚当充电开场时,充电电流较大,取样电流与设定电流比拟后接在PWM的非反相端,从而调节PWM输出脉冲宽度;当充电末了,充电电流较小,充电电压变大,2脚依靠误差放大器反应控制调节PWM输出脉冲宽度 脚3为PWM比拟器的反相输入端,外接7脚和取样电流电路充电初始阶段,充电电流较大,电路工作在峰值电流模式下,反应信号主要由取样电流提供,它与同相端比拟后,调节PWM输出脉冲宽度充电中后期,充电电流变小,充电电压稳定,电路工作在电压模式下,该端接CT(引脚7)上的锯齿波信号 工作过程原理分析 充电器电压信号由传感器取出,加到UCC3895的1脚充电初期,电池两端电压很低,充电电流很大,电路工作在峰值电流模式下,电压反应对控制电路影响比拟小,这时电路主要靠电流反应工作,采样电流VI经过比拟后加到PWM比拟器的非反相端,IA、IB经过整流后加到PWM比拟器的反相输入端,由两者的大小调节PWM比拟器输出脉冲的宽度(如图4);充电中后期,电压变大,充电电流变小,电路工作在电压模式下,电压信号加到误差放大器的反相端与设定的基准值比拟后送至PWM比拟器的非反相端,7脚输出的锯齿波信号接在PWM比拟器的反相端,由两者的大小调节PWM比拟器输出脉冲的宽度(如图5)。

由芯片外围电路可以看出,它具有两个闭环控制调整电路,其一是电压控制闭环电路,电压取样信号加在误差放大器反相端,与后级控制器送来的同相端基准电压比拟,产生误差信号,加在PWM比拟器反相端其二是电流控制闭环电路,输出电流取样信号与后级控制器送来的电流信号比拟后加在PWM比拟器非反相端,它与反相端信号比拟后产生控制信号,从而决定输出脉冲的宽度 (2)后级控制电路 参数设定与显示局部 如图6,PIC的RD0~RD5设为输入,外接6个按键,分别为4个方向键、确定键、取消键,用于接收用户的参数设定值,如电池标定电压、充电电流、充电时间,单片机将这些设定值存储于EEPROM中RC0~RC7设为输出,外接显示屏的数据端,用于显示当前的工作状态和用户设定确认采样局部 由于PIC的RA0~RA2可同时作A/D通道,用来接收采样的电池电压、充电电流、电池温度,将其转换为十位二进制数存储其中充电电流通过一个外接检测电阻,转换为电压值线性计算得到,电池温度通过温度传感器TC1047得到 控制输出与报警局部 TLV5618与单片机相连,串行接收RB0送来的代表用户设定值的数字信号,完成DA转换,将得到的模拟量通过OUTA(控制电压VKV)和OUTB(控制电流VKI)输出,为UCC3895提供基准电压和基准电流。

RB3、RB4设为输出,用于控制主电路通断(SWITCH)和驱动报警设备(BUZZ)RB5设为输入,接收报警信号(ALART) 3 软件设计 根据铅酸蓄电池的充电特性,为提高充电效率,延长电池寿命,实现快速充电,本文采用三阶段智能识别充电法如表l所示,以12V铅酸蓄电池为例,在不同温度下各充电阶段选择不同的转换电压,转换电流和浮充电压 1)主程序 充电主程序主要完成各功能局部的初始化、循环采样、显示输出实时状态、判断充电阶段、充电计时、故障报警等工作,其流程图如图7所示 2)恒流充电阶段图8为恒流充电阶段的流程图单片机按照设定充电电流值控制UCC3895使主电路输出恒定电流,根据当前温度以查表的方式取得恒流到恒压阶段的转换电压,采样电池电压,当电池电压超过转换电压时,该阶段完毕,进入恒压充电阶段;假设未超过,继续采样过程中同时判断是否有过流(此时ALART=1)或到达设定充电时间,以确定是否停顿充电 3)恒压充电阶段 图9为恒压充电阶段的流程图单片机按照当前电池电压值控制UCC3895使主电路输出恒定电压,采样电流,假设电流小于浮充阶段转换值,该阶段完毕,进入浮充阶段;假设不小于,继续采样。

过程中同时判断是否有过压(此时ALART=1)或到达设定充电时间,以确定是否停顿充电 4)浮充阶段 该阶段蓄电池已充满,为了补充蓄电池自放电的能量损失,单片机按照表l浮充电压值控制UCC3895使主电路输出恒定电压,给蓄电池一微小的充电电流,同时判断蓄电池的充电电压和电流,以便在恒压充电和恒流充电阶段间转换,判断充电时间,假设充电时间到,断开主电路(SWITCH=0,停顿充电流程图与恒压阶段类似4 完毕语 以UCC3895和PIC单片机为控制器设计的智能充电器,可对常用的12V~48V铅酸蓄电池进展充电,能够保证电池的充足率,并且保证不会过充整个充电器体积小,构造简单,本钱低,具有良好的充电管理和维护功能,而且有利于延长电池的使用寿命,具有非常高的实用价值和推广价值。

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