可編程電池充電儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可編程電池充電儀，其移相觸發(fā)模塊將輸入的220V交流電壓轉換為交變電壓，并將交變電壓提供給大功率變壓模塊，大功率變壓模塊將移相觸發(fā)模塊輸出的該交變電壓轉換為可供蓄電池充電的交流電壓，整流濾波器將該大功率變壓模塊輸出的該交流電壓整流濾波，變?yōu)榭晒┰撔铍姵爻潆姷闹绷麟妷?，斬波開關在控制器的控制下，將該整流濾波器輸出的該直流電壓傳送給該蓄電池進行充電。該可編程電池充電儀具有體積小、轉換效率高、設計容量大、可靠性高、壽命長等特點，具有短路保護、反接保護、溫度保護、低壓保護等功能，并可對蓄電池進行充電、放電、修復和維護。
【專利說明】可編程電池充電儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及充電裝置，特別是涉及到一種可編程電池充電儀。
【背景技術】
[0002]隨著國內(nèi)及軍內(nèi)機動車輛的增加及軍區(qū)供電保障需求，蓄電池的使用越來越多，然而蓄電池在這些領域里，特別是牽引用途中成為了最薄弱的環(huán)節(jié)。因此蓄電池的充電問題一直是人們關注的焦點，正確、良好的充電方法可以確保電池的使用壽命。電池的充電方法多種多樣，不同的充電方法對充電器的線路有不同的要求，也會影響充電機的生產(chǎn)成本。
[0003]蓄電池的充電時間和充電電流的關系為:用電池容量除以充電電流可以得到充電時間，考慮充電過程的各種損耗，將得到的充電時間再乘以1.2的系數(shù)。在很多情況下，用戶需要對電池進行快速、有效、安全的充電，快速充電就需用較大電流充電。鉛酸蓄電池在大電流充電過程中會出現(xiàn)極化效應，使電池發(fā)熱，而且當采用大電流充電方式將電池充滿后，如果控制不及時，電池溫升會很高，嚴重時可導致電池燒毀和爆炸。
[0004]國內(nèi)現(xiàn)有的快速充電機采用簡單的定時充電方式，這類充電機對電池針對性強，充電效果不能令人滿意。后來采用專用的充電控制集成電路，以高頻脈動電流給電池以解決極化效應，可根據(jù)不同電池的特性檢測不同的參數(shù)來準確判斷電池是否充滿，并提供溫度保護措施和初始充電前的放電等等附加功能，但這種充電機的結構復雜，成本價格較高。為此我們發(fā)明了一種新的可編程電池充電儀，解決了以上技術問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可以保證每次蓄電池都可靠地從預充電狀態(tài)轉入恒流充電狀態(tài)，再轉入恒壓充電狀態(tài)，最后到脈沖維護狀態(tài)的可編程電池充電儀。
本發(fā)明的目的可通過如下技術措施來實現(xiàn):可編程電池充電儀，該可編程電池充電儀包括移相觸發(fā)模塊、大功率變壓模塊、整流濾波器、斬波開關和控制器，該移相觸發(fā)模塊將輸入的220V交流電壓轉換為交變電壓，并將該交變電壓提供給該大功率變壓模塊，該大功率變壓模塊連接于該移相觸發(fā)模塊，并將該移相觸發(fā)模塊輸出的該交變電壓轉換為可供蓄電池充電的交流電壓，該整流濾波器連接于該大功率變壓模塊，并將該大功率變壓模塊輸出的該交流電壓整流濾波，變?yōu)榭晒┰撔铍姵爻潆姷闹绷麟妷?，該斬波開關連接于該整流濾波器、該控制器和該蓄電池，該斬波開關在該控制器的控制下，將該整流濾波器輸出的該直流電壓傳送給該蓄電池進行充電。
[0006]本發(fā)明的目的還可通過如下技術措施來實現(xiàn):
該可編程電池充電儀還包括顯示器，該顯示器連接于該控制器，并在該控制器的控制下，顯示該蓄電池的充電電壓、電流、容量、溫度、充電狀態(tài)。
[0007]該顯示器包括單片機STC90C54RD+及單片機STC90C54RD+外圍電路和多個數(shù)碼管、發(fā)光管，該多個數(shù)碼管和發(fā)光管在該單片機STC90C54RD+的控制下，進行溫度指示，容量檢測指示，標準模式指示，充電模式指示，標壓指示，恒壓模式指示，電壓顯示指示，容量顯示指示，電壓顯示指示，電流顯示指示，專家模式指示，放電模式指示，恒流模式指示，電流顯示指示和時間指示。
[0008]該單片機STC90C54RD+外圍電路包括單片機復位電路，單片機起振電路和數(shù)碼管控制芯片TM1629，該數(shù)碼控制芯片為帶鍵盤掃描接口的LED驅動控制專用電路，內(nèi)部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED高壓驅動、鍵盤掃描電路。
[0009]該可編程電池充電儀還包括輔助電源，該輔助電源連接于該移相觸發(fā)模塊，該顯示器，該斬波開關和該控制器，并將輸入的220V交流電壓轉換為5V直流電壓提供給該移相觸發(fā)模塊，該顯示器，該斬波開關和該控制器，將輸入的220V交流電壓轉換為雙15V給該斬波開關。
[0010]該輔助電源包括第一整流橋，第二整流橋，第三整流橋，第二電阻，第三電阻，第四電阻，第一發(fā)光管，第二發(fā)光管，第三發(fā)光管，第一三端穩(wěn)壓器，第二三端穩(wěn)壓器和第三三端穩(wěn)壓器，該第一三端穩(wěn)壓器的輸入端連接于該第一整流橋的輸出端，以進行穩(wěn)壓，該第一三端穩(wěn)壓器的輸出端連接于該第二電阻的一端，該第二電阻的另一端連接于該第一發(fā)光管的輸入端，以進行限流，該第一發(fā)光管的輸出端接地，以指示電壓；
該第二三端穩(wěn)壓器的輸入端連接于該第二整流橋的輸出端，以進行穩(wěn)壓，該第二三端穩(wěn)壓器的輸出端連接于該第三電阻的一端，該第三電阻的另一端連接于該第二發(fā)光管的輸入端，以進行限流，該第二發(fā)光管的輸出端接地，以指示電壓；
該第三三端穩(wěn)壓器的輸入端連接于該第三整流橋的輸出端，以進行穩(wěn)壓，該第三三端穩(wěn)壓器的輸出端連接于該第四電阻的一端，該第四電阻的另一端連接于該第三發(fā)光管的輸入端，以進行限流，該第三發(fā)光管的輸出端接地，以指示電壓；
該第一整流橋將該220V交流電壓轉換為該5V直流電壓，第二整流橋和第三整流橋將該220V交流電壓轉換為該雙15V電壓，該第二電阻的阻值為5.1K，該第三電阻和該第四電阻的阻值為10K。
[0011]該移相觸發(fā)模塊包括芯片LT1451，第一電阻和芯片DTYH220D35，該第一電阻連接在該芯片LT1451的一輸出引腳與該芯片DTYH220D35的一輸入引腳之間，該芯片LT1451連接于該控制器，并在該控制器的控制下輸出0-5V之間變化的直流電壓，以使該芯片DTYH220D35的輸出電壓由交流0-260V之間變化。
[0012]該大功率變壓模塊包括第一三極管，第二三極管，第一光耦，第二光耦，第一繼電器，第二繼電器和大功率變壓器，該第一三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第一光率禹的輸入端，該第一光I禹的輸出端I禹接于該第一繼電器的輸入端，該第一繼電器的輸出端耦接于該大功率變壓器的輸入端，該第二三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第二光率禹的輸入端，該第二光I禹的輸出端I禹接于該第二繼電器的輸入端，該第一繼電器的輸出端耦接于該大功率變壓器。
[0013]該整流濾波器包括第四整流橋，第一電容和高頻二極管，該第四整流橋將該交流電壓整流，該第一電容連接在該整流橋的輸入端與輸出端之間，以進行濾波和儲能，該高頻二極管連接于該第四整流橋的輸出端，以防止該蓄電池電壓回流到該第一電容。
[0014]該斬波開關包括第三三極管，第四三極管，第五三極管，第六三極管，第七三極管，第三光耦，第一 IGBT管和第二 IGBT管，該第三三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第四三極管的基極，該第四三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第五三極管的基極，該第五三極管的發(fā)射極連接于+15V電源，集電極耦接于該第二 IGBT管的柵極，該第二 IGBT管的源極耦接于地，該第六三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第三光耦的輸入端，該第三光耦的輸出端耦接于該第七三極管的基極，該第七三極管的發(fā)射極耦接于電源VDD，集電極耦接于該第一 IGBT管的柵極，該第一 IGBT管的漏極耦接于電源VCC，源極耦接于該第二 IGBT管的漏極。
[0015]該控制器包括單片機及其外圍電路和信號采集電路。
[0016]該單片機及其外圍電路包括芯片STC89C52RD+、復位電路和時鐘電路，該復位電路使該單片機初始化，該時鐘電路提供單片機的工作時鐘，該芯片STC89C52RD+是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程只讀存儲器的低電壓、高性能C0M0S8的微處理器。
[0017]該信號采集電路包括了電流采集部分和電壓采集部分，該電流采集部分包括運算放大器LM324，以從該斬波開關采集電流，該電壓采集部分采集蓄電池電壓樣、系統(tǒng)電壓樣和充電電壓樣。
[0018]本發(fā)明中的可編程電池充電儀，遵循馬斯式充電理論，采用PWM脈沖方式充放電，具有體積小、轉換效率高、設計容量大、可靠性高、壽命長等特點，具有短路保護、反接保護、溫度保護、低壓保護等功能，能保證每次蓄電池都可靠地從預充電狀態(tài)轉入恒流充電狀態(tài)，再轉入恒壓充電狀態(tài)，最后到脈沖維護狀態(tài)。杜絕環(huán)境溫度過高時引起的蓄電池熱失控現(xiàn)象，不僅將失水、極板硫化這兩個普通充電器普遍存在的問題對蓄電池的損害降到最低值，而且還通過PWM脈沖充放電對極板硫化的蓄電池進行修復。
[0019]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為蓄電池的充電電流時間曲線；
圖2為本發(fā)明的可編程電池充電儀的一具體實施例的結構圖；
圖3為圖2中的移相觸發(fā)|吳塊的一具體實施例的電路圖；
圖4為圖2中的大功率變壓模塊的一具體實施例的電路圖；
圖5為圖2中的整流濾波器的一具體實施例的電路圖；
圖6為圖2中的斬波開關的一具體實施例的電路圖；
圖7為圖2中的顯示器的一具體實施例的電路圖；
圖8為圖2中的控制器的一具體實施例的電路總圖；
圖9為單片機外圍電路一具體實施例的電路圖；
圖10為電流采集電路一具體實施例的電路圖；
圖11為電壓采集電路一具體實施例的電路圖；
圖12為圖2中的輔助電源的一具體實施例的電路圖。
[0021]
【具體實施方式】
[0022]為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
[0023]蓄電池的充放電是一個復雜的電化學過程。一般來說，充電電流在充電過程中隨時間呈指數(shù)規(guī)律下降，不可能自動按恒流或者恒壓充電。充電過程中影響充電的因素很多，諸如電解液的濃度、極板活性物的濃度、環(huán)境溫度等的不同，都會使充電產(chǎn)生很大的差異。
[0024]而馬斯三定律認為:
1、對于任何給定的放電電流，蓄電池充電時的電流接受比a與電池放出的容量的平方根成反比，即
a =K I/C172
式中:K1為放電電流常數(shù)，視放電電流的大小而定；
C為蓄電池放出的容量。
[0025]由于蓄電池的初始接受電流I。= a C，所以 10= a C= KlC172
2、對于任何給定的放電量，蓄電池充電電流接受比a與放電電流Id的對數(shù)成正比，即 a =K21gkId
式中=K2為放電量常數(shù)，視放電量的多少而定；k為計算常數(shù)。
[0026]3、蓄電池在以不同的放電率放電后，其最終的允許充電電流It (接受能力)是各個放電率下的允許充電電流的綜合，即:
It = Il + l2 + l3+l4+…
式中:Ip 12、13、If為各個放電率下的允許充電電流。
`[0027]綜合馬斯三定律，可以推出，蓄電池的總電流接受比可表示為 a = It /Ct
式中A=CJCfCJC4+…為各次放電量的總和，即蓄電池放出的全部電量。
[0028]如圖1所示，圖1為蓄電池的充電電流時間曲線。馬斯三定律說明，在充電過程中，當充電電流接近蓄電池固有的微量析氣充電曲線時，適時的對電池進行反向大電流瞬間放電，以消除電池的極化現(xiàn)象，可以提高蓄電池的充電接受能力。也就是說通過反向大電流放電，可以使蓄電池的可接受電流曲線不斷右移，同時其陡度不斷增大，即a值增大，從而大大提高充電速度，縮短充電時間。本發(fā)明的可編程電池充電儀的標準充電模式正是基于這個理論而設計的。
[0029]如圖2所示，圖2為本發(fā)明的可編程電池充電儀的一具體實施例的結構圖。該可編程電池充電儀由移相觸發(fā)模塊1、大功率變壓模塊2、整流濾波器3、斬波開關4、顯示器5、控制器6和輔助電源7組成。
[0030]移相觸發(fā)模塊I將輸入的220V交流電壓轉換為交變電壓(該發(fā)明中為交流0-260V的交流電壓)，并將該交變電壓提供給大功率變壓模塊2。在一實施例中，移相觸發(fā)模塊I采用采用半橋式PWM變換電路，PMAX=1000W，IMAX=50A。如圖3所示，圖3為圖2中的移相觸發(fā)模塊的一具體實施例的電路圖。該移相觸發(fā)模塊包括芯片LT1451 (U04)，電阻510歐姆(R44)和芯片DTYH220D35 (JOl)0該電阻R44連接在該芯片LT1451的一輸出引腳(7#)與該芯片DTYH220D35的一輸入引腳(5#)之間?？刂破?中的單片機通過數(shù)據(jù)口控制圖3中的U04(LT1451)，使U04 7#腳輸出直流電壓由0-5V之間變化，U04輸出電壓通過R44限流控制JOl，使JOl輸出電壓由交流0-260V之間變化。
[0031]大功率變壓模塊2連接于移相觸發(fā)模塊I,將移相觸發(fā)模塊I輸出的電壓(交流0-260V)轉換為可供蓄電池充電的交流電壓(交流0-35V)。如圖4所示，圖4為圖2中的大功率變壓模塊的一具體實施例的電路圖。該大功率變壓模塊包括電阻2K (R23，R26)兩支，電阻510歐姆(R21，R24)兩支，電阻100歐姆(R22，R25)兩支，三極管8050 (BG02，BG03)兩支，光耦 M0C3021 (C03，C04)兩支，電阻 39 歐姆(R51，R52)兩支，電容 0.1/400V (C05, C06)兩支，繼電器MY2NJ (J02)，繼電器HHC71F-2Z (J03)，大功率變壓器(TOI)，接插件(CZ09 )。三極管BG03的發(fā)射極接于地，集電極通過電阻R25連接于該光耦C04的輸入端，繼電器J03的輸出端連接于該大功率變壓器TOl的輸入端，三極管BG02的發(fā)射極接于地，集電極通過電阻R22連接于該光耦C03的輸入端，繼電器J02的輸出端連接于該大功率變壓器TOl。
[0032]初始狀態(tài)R23和R26接收到的為低電平(0V)，三極管BG02和BG03處關閉狀態(tài)，光耦C03控制端電壓為+5V (+5V經(jīng)電阻R24和R25限流到控制端)，光耦C04控制端電壓為+5V (+5V經(jīng)電阻R21和R22限流到控制端)，兩支光耦分別處于打開狀態(tài)，此時002控制繼電器J02打開，使TOl輸入電壓為最大交流200V，003控制繼電器J03打開，使TOl輸出電壓為交流17.5V ;反之，如果R23和R26接收到的信號為高電平(5V)，三極管BG02和BG03處打開狀態(tài)，光耦C03控制端電壓為0V(+5V經(jīng)電阻R24接地，OV經(jīng)過R25到控制端)，光耦C04控制端電壓為OV (+5V經(jīng)電阻R21接地，OV經(jīng)過R22到控制端)，兩支光耦分別處于打開狀態(tài)，此時002控制繼電器J02關閉，使TOl輸入電壓為最大交流260V，003控制繼電器J03關閉，使TOl輸出電壓為交流35V。
[0033]整流濾波器3連接于大功率變壓模塊2，并將該大功率變壓模塊2輸出的交流電壓(最大交流35V)整流濾波，變?yōu)榭晒┬铍姵爻潆姷闹绷麟妷?。如圖5所示，圖5為圖2中的整流濾波器的一具體實施例的電路圖。該部分包括整流橋100A (B05)，電容IOOOOOuf(E19)，高頻二極管MUR3060 (DOl)0大功率變壓模塊2輸出的交流電壓經(jīng)過B05整流為直流電壓(0-50V)，電容E19為濾波作用和儲能作用，高頻二極管DOl是為了防止蓄電池電壓回流到電容E19。
[0034]斬波開關4連接于整流濾波器3、控制器6和蓄電池8，斬波開關4在控制器6的控制下，將整流濾波器3輸出的電壓傳送給蓄電池8進行充電。在一實施例中，斬波開關電路由兩支IGBT(96A15N)及其驅動電路組成。如圖6所示，圖6為圖2中的斬波開關的一具體實施例的電路圖。該部分包括電阻2K (R29, R28, R32, R35, R34, R37)六支，電阻4.7K (R27，R33)兩支，電阻 IK (R30)—支，電阻 IOK (R31, R36, R53，R54) 4 支，三極管 8050 (BG05,BG04, BG07)三支，三極管 8550 (BG06, BG08)兩支，光耦 P627 (001)—支，IGBT 管 IRF46N(M01，M02)兩支，電阻I歐姆(R57)—支，電阻0.01歐姆(R56)—支。當R29、R35接收到低電平信號時(OV)，三極管BG04和BG07處于關閉狀態(tài)；三極管BG05基極接收到高電平(+5V經(jīng)R27和R28到基極)，光耦COl控制端接收到高電平(+5V經(jīng)R33和R34到控制端)，此時三極管BG05處打開狀態(tài)，001處打開狀態(tài)；+15V經(jīng)R31和R30接地，R31和R30分壓等到直流電壓1.4V，R32左端為直流1.4V，此時三極管BG06處于打開狀態(tài)，+15V經(jīng)過三極管到M02柵極，控制M02漏極和源極打開；VDD經(jīng)過R36和光耦001三極管端接地，R37左端電壓為0V，此時三極管BG08處于打開狀態(tài)，VDD經(jīng)過三極管到MOl柵極，控制MOl漏極和源極打開；反之，當R29、R35接收到高電平信號時(+5V)，三極管BG04和BG07處于打開狀態(tài)；三極管BG05基極接收到低電平(+5V經(jīng)R27接地，R28起到限流作用)，光耦001控制端接收到低電平(+5V經(jīng)R33接地，R34起到限流作用)，此時三極管BG05處關閉狀態(tài)，001處關閉狀態(tài)；+15V經(jīng)R31和R32到BG06基極，此時三極管BG06處于關閉狀態(tài)，M02柵極電壓為0V，控制M02漏極和源極關閉；VDD經(jīng)過R36和R37到BG08基極，此時三極管BG08處于關閉狀態(tài)，MOl柵極電壓為0V，控制MOl漏極和源極關閉。電阻R53和R54為下拉電阻，當IGBT柵極電壓為OV時起保護作用，電阻R57為放電電阻，作蓄電池放電負載用，電阻R56為取樣電阻，取樣蓄電池充電電流時使用。
[0035]顯示器5連接于控制器6，并在控制器6的控制下，顯示蓄電池8的充電電壓、電流、容量、溫度、充電狀態(tài)等。在一實施例中，顯示器5主要由STC90C54RD+及其外圍電路和數(shù)碼管、發(fā)光管組成的，5STC90C54RD+通過串口接受控制器發(fā)來的數(shù)據(jù)實時的顯示以上各狀態(tài)，用戶可以通過顯示界面了解充電過程及狀態(tài)。如圖7所示，圖7為圖2中的顯示器的一具體實施例的電路圖。該部分主要包括STC90C54RD+ (U01)—支，TM1629 (U02) —支，數(shù)碼管 420801 (U03, U04)兩支，數(shù)碼管 420391 (U05, U06, U07, U08, U09)五支，數(shù)碼管 SR460391-1 (UlO) 一支，紅色發(fā)光二極管(L01，L02, L03, L04, L05, L06, L07, L08, L09,HO, Lll, L12, L13, L14, L15) 15 支，排阻 240 歐姆(RP02) 一支，電阻 240 歐姆(ROl) —支，電阻 4.7K (R02)—支，電容 33u (E01)—支，晶振 12M (X01)—支，電容 IOp (C01，C02)兩支。電阻R01、R02和電容EOl組成單片機復位電路，晶振XOl和電容C01、C02組成單片機的起振電路；TM1629為數(shù)碼管控制芯片，TM1629是帶鍵盤掃描接口的LED (發(fā)光二極管顯示器)驅動控制專用電路，內(nèi)部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED高壓驅動、鍵盤掃描等電路。LOl發(fā)光管為溫度指示，L02發(fā)光管為容量檢測指示，L03發(fā)光管為標準模式指示，L04發(fā)光管為充電模式指示，L05發(fā)光管為標壓指示，L06發(fā)光管為恒壓模式指示，L07發(fā)光管為電壓顯示指示，L08發(fā)光管為容量顯示指示,L09發(fā)光管為電壓顯示指示,LlO發(fā)光管為電流顯示指示，Lll發(fā)光管為專家模式指示，L12發(fā)光管為放電模式指示，L13發(fā)光管為恒流模式指示，L14發(fā)光管為電流顯示指示，L15發(fā)光管為時間指示。
[0036]控制器6連接于移相觸發(fā)模塊1、整流濾波器3、斬波開關4、顯示器5和蓄電池8。在一實施例中，控制器6包括單片機及其外圍電路、信號采集電路。如圖8所示，圖8為圖2中的控制器的一具體實施例的電路總圖。
[0037]單片機及其外圍電路包括STC89C52RD+、復位電路等等。如圖9所示，圖9為單片機外圍電路一具體實施例的電路圖。該部分包括單片機STC89C52RD+ (UOl)—支，電阻240歐姆(ROl)—支，電阻 4.7K (R02)—支，電容 33U (E01，E02)兩支，晶振 18.432M (XOl) —支，電容IOp (C01，C02)兩支。電阻R01、R02和電容E02組成復位電路，作用為單片機的初始化，電容C01、C02和晶振XOl組成時鐘電路，作用為提供單片機的工作時鐘。STC89C52RD+是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程只讀存儲器的低電壓、高性能C0M0S8的微處理器，該芯片采用ATMEL高精密非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，包括4組8為的可編程I/O 口，分別為P0、P1、P2、P3 口，每個口有8為，共32根，主要功能包括:兼容MCS51指令系統(tǒng)、32個雙向I/O 口、3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷、2個串行中斷、2個外部中斷源、2個讀寫中斷口線、低功耗空閑和掉電模式、8K可反復擦寫FLASHR0M、256X8Bit內(nèi)部RAM、可編程UART串行通道、共6個中斷源。
[0038]信號采集電路包括電流采集電路和電壓采集電路兩部分。如圖10和圖11所示，圖10為電流采集電路一具體實施例的電路圖，圖11為電壓采集電路一具體實施例的電路圖。
[0039]電流采集部分:該部分包括運算放大器LM324 (U03) 一支，電阻IOK (R13，Rll,R07, R08, R09) 5 支，電阻 IK (R12) 一支，電阻 200K (RlO) 一支，電阻 100K (R06) 一支，電阻90K (R06，)一支，電容33U (E05，E06)兩支。斬波開關4中的R56為電流取樣電阻，電流經(jīng)過取樣電阻后變?yōu)殡妷?，定義為Vl。該部分分為兩組處理方式，分別為20倍放大和200倍放大。U03A為跟隨器，即輸入電壓與輸出電壓一致，R09為下拉作用，U03B為放大器，R06、R06’和R07組成放大倍數(shù)，即20倍，E05為濾波作用；U03C為跟隨器，即輸入電壓與輸出電壓一致，R13為下拉作用，U03D為放大器，RlO和Rll組成放大倍數(shù)，即200倍，E06為濾波作用。
[0040]電壓采集部分:該部分包括電阻IK (R15, R18, R20)三支，電阻IOK (R14, R17)兩支，電阻 9K (R14，，R17’ )兩支，電阻 9K (R19) 一支，電容 33U (E07, E08, E09)三支。電壓采樣分別為蓄電池電壓樣、系統(tǒng)電壓樣(高頻二極管DOl前端)、充電電壓樣(高頻二極管DOl后端)。蓄電池電壓經(jīng)過電阻R19和R20分壓1/10到控制器AD取樣口 ；系統(tǒng)電壓經(jīng)過電阻R14、R14’和R15分壓1/20到控制器AD取樣口 ；充電電壓經(jīng)過電阻R17、R17’和R18分壓1/20到控制器AD取樣口 ；電容E08、E09、E07為濾波作用。
[0041]對移相觸發(fā)模塊I的控制:STC12C5A16S2通過P20、P21、P22 口給LT1451控制及數(shù)據(jù)信號，使LT1451輸出0-5V電壓，LT1451輸出電壓給移相觸發(fā)模塊完成對其的控制。
[0042]對整流濾波器3的采集:整流濾波器電壓經(jīng)過電阻分壓，取樣1/20電壓樣進STC12C5A16S2AD采樣口 P13進行采樣。當采集到電壓低于16V時控制大功率變壓模塊2中的J02，使輸入交流電壓切換到200V檔位，滿足整流后的電壓高于16V。
[0043]對斬波開關4的控制:STC12C5A16S2單片機PWM輸出口 P02、P03 口輸出控制信號，經(jīng)過由三極管、電阻、光耦組成的控制電路(見斬波開關4中的介紹)輸出信號至IGBT(SSH96N15)完成對蓄電池8的充放電控制。
[0044]充電過程分為預充、恒流充、恒壓充、維護等幾個階段。預充是指當檢測蓄電池8電壓低于4V時以固定電壓12V恒壓充5分鐘(此過程，電壓采集單元中的蓄電池電壓采集到蓄電池電壓傳輸給單片機控制芯片，如果低于4V，控制芯片采集充電電壓樣，如果不是12V，單片機控制芯片控制移相觸發(fā)模塊，使蓄電池充電電壓為12V)，如果蓄電池8電壓高于4V即進入下一步，否則報警(蜂鳴器響)提示蓄電池8損壞；恒流充是指當蓄電池8電壓高于4V即對蓄電池以恒定電流0.1C充電(此過程，控制芯片采集充電電流，如果高于0.1C，控制芯片控制移相觸發(fā)模塊，使蓄電池充電電壓調低；反之，如果高于0.1C，控制芯片控制移相觸發(fā)模塊快，使蓄電池充電電壓調高)，50Ah蓄電池為5A，IOOAh蓄電池為10A，150Ah蓄電池為15A，200Ah蓄電池為20A ;恒壓充是指當恒流充過程中，蓄電池電壓達到14.2V時(以12V蓄電池為例)轉入恒壓充，即以恒定電壓14.4V對蓄電池進行充電(此過程，控制芯片采集蓄電池充電電壓，如果高于14.4V，控制芯片控制移相觸發(fā)模塊，使蓄電池充電電壓調低；反之，控制芯片控制移相觸發(fā)模塊快，使蓄電池充電電壓調高)；維護是指當恒壓充過程中，蓄電池電壓達到13.8V時轉入維護狀態(tài)，即以0.1A電流恒流充電(此過程，控制芯片采集充電電流，如果高于0.1A，控制芯片控制移相觸發(fā)模塊，使蓄電池充電電壓調低；反之，如果高于0.1A，控制芯片控制移相觸發(fā)模塊快，使蓄電池充電電壓調高)。
[0045]不僅如此，STC12C5A16S2和顯示器5的STC90C54RD+之間通過串口傳輸數(shù)據(jù)，在顯示器5上顯示充電狀態(tài)及蓄電池電壓、充放電電流、蓄電池溫度等等。
[0046]輔助電源7連接于顯示器5和控制器6，并將輸入的220V交流電壓轉換為直流電壓，以提供給顯示器5和控制器6。在一實施例中，輔助電源提供出+5V給STC12C5A16S2、LM324 (控制器6)、LT1451 (移相觸發(fā)模塊I )、DS1302及顯示器各集成電路，雙15V給斬波開關控制電路。如圖12所示，圖12為圖2中的輔助電源的一具體實施例的電路圖。該部分包括整流橋 KBP307 (B02, B03, B04)三支，電容 1000u/35V (E13，E15，E17)三支，電容1000u/25V (E14，E16，E18)三支，電阻 5.1K (R48)—支，電阻 IOK (R49, R50)兩支，發(fā)光管(L02，L03，L04)三支，三端穩(wěn)壓器7805 (V01)—支，三端穩(wěn)壓器7815 (V02，V03)兩支。整流橋的作用為將交流電壓整流為整流電壓，電容的作用為整流及儲能，三端穩(wěn)壓器作用為穩(wěn)壓，電阻作用為限流，發(fā)光管作用為指示電壓。
[0047]系統(tǒng)保護特性主要包括:短路保護，反接保護，溫度保護，欠壓保護等等。
[0048]I)、短路保護:當充電機輸出發(fā)生意外短路時，充電機控制器自動關閉輸出，并且有報警提示，將輸出短路故障排除后，將充電機置于設置狀態(tài)，然后按充電運行鍵可繼續(xù)充電?？刂破鲉纹瑱C時時采集蓄電池電壓及蓄電池充電電壓，當采集到電壓異常時(比如蓄電池充電電壓為0)即會關閉輸出。
[0049]2)、反接保護:當充電機輸出端反接，啟動充電機，控制器將時時檢測蓄電池電壓，反接后控制器采集到的蓄電池電壓為負，程序中設定電壓為正時才會啟動充電，因此控制芯片將不輸出PWM脈沖信號，關斷兩路斬波開關，并且有蜂鳴器報警，將輸出端調整后方可繼續(xù)充電。
[0050]3)、溫度保護:為了防止蓄電池溫度過高造成蓄電池析氣，所以在充電過程中，控
制器會根據(jù)不同的溫度選擇不同的閥值電壓對蓄電池充電。對于單節(jié)來說隨溫度而變化的
浮充電壓值，見下表_
【權利要求】
1.可編程電池充電儀，其特征在于，該可編程電池充電儀包括移相觸發(fā)模塊、大功率變壓模塊、整流濾波器、斬波開關和控制器，該移相觸發(fā)模塊將輸入的220V交流電壓轉換為交變電壓，并將該交變電壓提供給該大功率變壓模塊，該大功率變壓模塊連接于該移相觸發(fā)模塊，并將該移相觸發(fā)模塊輸出的該交變電壓轉換為可供蓄電池充電的交流電壓，該整流濾波器連接于該大功率變壓模塊，并將該大功率變壓模塊輸出的該交流電壓整流濾波，變?yōu)榭晒┰撔铍姵爻潆姷闹绷麟妷?，該斬波開關連接于該整流濾波器、該控制器和該蓄電池，該斬波開關在該控制器的控制下，將該整流濾波器輸出的該直流電壓傳送給該蓄電池進行充電。
2.根據(jù)權利要求1所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該可編程電池充電儀還包括顯示器，該顯示器連接于該控制器，并在該控制器的控制下，顯示該蓄電池的充電電壓、電流、容量、溫度、充電狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求2所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該顯示器包括單片機STC90C54RD+及單片機STC90 C54RD+外圍電路和多個數(shù)碼管、發(fā)光管，該多個數(shù)碼管和發(fā)光管在該單片機STC90C54RD+的控制下，進行溫度指示，容量檢測指示，標準模式指示，充電模式指示，標壓指示，恒壓模式指示，電壓顯示指示，容量顯示指示，電壓顯示指示，電流顯示指示，專家模式指示，放電模式指示，恒流模式指示，電流顯示指示和時間指示。
4.根據(jù)權利要求3所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該單片機STC90C54RD+外圍電路包括單片機復位電路，單片機起振電路和數(shù)碼管控制芯片TM1629，該數(shù)碼控制芯片為帶鍵盤掃描接口的LED驅動控制專用電路，內(nèi)部集成有MCU數(shù)字接口、數(shù)據(jù)鎖存器、LED高壓驅動、鍵盤掃描電路。
5.根據(jù)權利要求2所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該可編程電池充電儀還包括輔助電源，該輔助電源連接于該移相觸發(fā)模塊，該顯示器，該斬波開關和該控制器，并將輸入的220V交流電壓轉換為5V直流電壓提供給該移相觸發(fā)模塊，該顯示器，該斬波開關和該控制器，將輸入的220V交流電壓轉換為雙15V給該斬波開關。
6.根據(jù)權利要求5所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該輔助電源包括第一整流橋，第二整流橋，第三整流橋，第二電阻，第三電阻，第四電阻，第一發(fā)光管，第二發(fā)光管，第三發(fā)光管，第一三端穩(wěn)壓器，第二三端穩(wěn)壓器和第三三端穩(wěn)壓器，該第一三端穩(wěn)壓器的輸入端連接于該第一整流橋的輸出端，以進行穩(wěn)壓，該第一三端穩(wěn)壓器的輸出端連接于該第二電阻的一端，該第二電阻的另一端連接于該第一發(fā)光管的輸入端，以進行限流，該第一發(fā)光管的輸出端接地，以指示電壓； 該第二三端穩(wěn)壓器的輸入端連接于該第二整流橋的輸出端，以進行穩(wěn)壓，該第二三端穩(wěn)壓器的輸出端連接于該第三電阻的一端，該第三電阻的另一端連接于該第二發(fā)光管的輸入端，以進行限流，該第二發(fā)光管的輸出端接地，以指示電壓； 該第三三端穩(wěn)壓器的輸入端連接于該第三整流橋的輸出端，以進行穩(wěn)壓，該第三三端穩(wěn)壓器的輸出端連接于該第四電阻的一端，該第四電阻的另一端連接于該第三發(fā)光管的輸入端，以進行限流，該第三發(fā)光管的輸出端接地，以指示電壓； 該第一整流橋將該220V交流電壓轉換為該5V直流電壓，第二整流橋和第三整流橋將該220V交流電壓轉換為該雙15V電壓，該第二電阻的阻值為5.1K，該第三電阻和該第四電阻的阻值為10K。
7.根據(jù)權利要求1所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該移相觸發(fā)模塊包括芯片LT1451，第一電阻和芯片DTYH220D35，該第一電阻連接在該芯片LT1451的一輸出引腳與該芯片DTYH220D35的一輸入引腳之間，該芯片LT1451連接于該控制器，并在該控制器的控制下輸出0-5V之間變化的直流電壓，以使該芯片DTYH220D35的輸出電壓由交流0-260V之間變化。
8.根據(jù)權利要求1所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該大功率變壓模塊包括第一三極管，第二三極管，第一光耦，第二光耦，第一繼電器，第二繼電器和大功率變壓器，該第一三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第一光耦的輸入端，該第一光耦的輸出端率禹接于該第一繼電器的輸入端，該第一繼電器的輸出端稱接于該大功率變壓器的輸入端，該第二三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第二光耦的輸入端，該第二光耦的輸出端耦接于該第二繼電器的輸入端，該第一繼電器的輸出端耦接于該大功率變壓器。
9.根據(jù)權利要求1所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該整流濾波器包括第四整流橋，第一電容和高頻二極管，該第四整流橋將該交流電壓整流，該第一電容連接在該整流橋的輸入端與輸出端之間，以進行濾波和儲能，該高頻二極管連接于該第四整流橋的輸出端，以防止該蓄電池電壓回流到該第一電容。
10.根據(jù)權利要求1所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該斬波開關包括第三三極管，第四三極管，第五三極管，第六三極管，第七三極管，第三光耦，第一 IGBT管和第二 IGBT管，該第三三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第四三極管的基極，該第四三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第五三極管的基極，該第五三極管的發(fā)射極連接于+15V電源，集電極耦接于該第二 IGBT管的柵極，該第二 IGBT管的源極耦接于地，該第六三極管的發(fā)射極耦接于地，集電極耦接于該第三光耦的輸入端，該第三光耦的輸出端耦接于該第七三極管的基極，該第七三極管的發(fā)射極耦接于電源VDD，集電極耦接于該第一 IGBT管的柵極，該第一 IGBT管的漏極耦接于電源VCC，源極耦接于該第二 IGBT管的漏極。
11.根據(jù)權利要求1所述的可編`程電池充電儀，其特征在于，該控制器包括單片機及其外圍電路和信號采集電路。
12.根據(jù)權利要求11所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該單片機及其外圍電路包括芯片STC89C52RD+、復位電路和時鐘電路，該復位電路使該單片機初始化，該時鐘電路提供單片機的工作時鐘，該芯片STC89C52RD+是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程只讀存儲器的低電壓、高性能COMOS8的微處理器。
13.根據(jù)權利要求11所述的可編程電池充電儀，其特征在于，該信號采集電路包括了電流采集部分和電壓采集部分，該電流采集部分包括運算放大器LM324，以從該斬波開關采集電流，該電壓采集部分采集蓄電池電壓樣、系統(tǒng)電壓樣和充電電壓樣。
【文檔編號】H02J7/04GK103501038SQ201310467684
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權日:2013年10月10日
【發(fā)明者】李健, 薛蘭柱, 韓衛(wèi)東, 位軍, 劉濤, 李中彬, 張可鵬, 石曉原, 白兆虎 申請人:中國人民解放軍濟南軍區(qū)72465部隊