基于sg3525集成芯片的單片機控制技術(shù)充電器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及充單片機控制技術(shù)的充電器，尤其涉及一種使用微控制器作為控制器件，在對電池充電過程中給予必要的不同的停頓即間歇式充電的變頻充電器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的電池基本分鉛酸和鋰電兩大種，從移動數(shù)碼產(chǎn)品、電動工具、電動自行車、電動汽車、高爾夫球車到電動大巴等均有所應(yīng)用。如何快速對電池充滿電，并使電池放電時間長、壽命長，是判斷充電器優(yōu)劣的重要標(biāo)志。
[0003]對于鉛酸電池，其充電電化學(xué)反應(yīng)方程為:
2PbS04+2H30+2e =PbO2 (正極)+Pb (負(fù)極)+2H2SO4 (電解液)
反應(yīng)在兩極進行，反應(yīng)生成的H2SO4在兩極濃度最高，按濃度梯度分布向濃度低區(qū)擴散，使放電后生成的水接觸兩極并被電解成H+和02，分別和正負(fù)極上的PbSO4反應(yīng)。H2SO4濃度擴散和H+、O2向兩極移徙需要一定的時間，不停頓的充電會不斷地電解H2O,但由于正、負(fù)極的氧化/還原反應(yīng)來不及進行，會導(dǎo)致H2、02溢出，造成電解液失水，使兩極放電后生成的PbSO4不能被反應(yīng)生成Pb02、Pb和H2SO4，這樣，電解液減少，能量比前次低許多。
[0004]對于鋰電池，眾多廠家聲稱可用高達(dá)IC的大電流充電。事實上，到目前為止，市場上的大多數(shù)鋰電池廠家，選擇的充電電流仍為0.25C，極少數(shù)廠家選擇0.3C，在0.25-0.3C充電條件下，鋰電池充滿大約為4小時，提升充電率至0.5C，可將充電時間縮短至2-2.5小時。然而，鋰電池因正負(fù)極均存有大量鋰離子，安全性成為最大核心問題。持續(xù)大電流充電，將會使正負(fù)極反應(yīng)不充分，導(dǎo)致電池自然發(fā)熱，極限狀態(tài)會引發(fā)爆炸，帶來嚴(yán)重的安全問題。
[0005]為解決鉛酸電池電解液減少，能量降低問題，在充電器對電池充電過程中，根據(jù)鉛酸電池兩極反應(yīng)及離子彌漫擴散的動態(tài)過程，設(shè)定不同頻率的電流方波對鉛酸電池進行間歇停頓式充電，充電頻率及停頓時間隨電解液濃度不同進行必要的變化，從而減少析氣結(jié)晶脫水現(xiàn)象，使電池壽命長，充電滿，并且為了補償間歇停頓造成的充電時間延遲，可以提高充電電流，從而較大幅度提升平均充電率，加快了充電速度。
[0006]為解決鋰電池大電流充電導(dǎo)致的正負(fù)極反應(yīng)不充分，電池自然發(fā)熱甚至爆炸的情況，采用間歇充電，亦即在充電過程中給予必要的停頓，在保證大電流快速充電優(yōu)勢下，還明顯有益于鋰電池安全。隨著充電過程中電池荷電狀態(tài)變化，因此也必須動態(tài)調(diào)整充電頻率和停頓時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對上述【背景技術(shù)】中的問題，發(fā)明的目的在于提供一種能夠根據(jù)鉛酸或鋰電池荷電狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整充電電流、充電電壓，并設(shè)定不同頻率的電流方波，在對電池充電過程中給予不同的停頓即間歇式充電，從而實現(xiàn)充電快，所充電池放電時間長即出力大，無結(jié)晶、不脫水、不發(fā)熱即壽命長的新型充電器。
[0008]為實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明專利包括AC整流電路模塊I，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路模塊2，主輸出電路模塊3，輸出開關(guān)裝置模塊4，電池組5，SG3525集成芯片模塊6，驅(qū)動電路模塊7，恒壓恒流電路模塊8，MCU檢測與控制電路模塊9。
[0009]AC整流電路模塊1:用于將市電AC轉(zhuǎn)換為直流電DC，以便于開關(guān)電源進行DC-DC
功率轉(zhuǎn)換。
[0010]拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路模塊2:是一種常見開關(guān)電源功率轉(zhuǎn)換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式，通過功率開關(guān)管斬波產(chǎn)生脈動直流電，再通過變壓器初、次級線圈進行耦合輸出。
[0011]主輸出電路模塊3:包含變壓器、輸出整流濾波等電路，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路模塊2中的功率開關(guān)管經(jīng)PWM信號控制斬波后的脈動直流電經(jīng)變壓器Tl初次線圈耦合，再經(jīng)過整流濾波電路后，構(gòu)成主輸出。
[0012]輸出開關(guān)裝置模塊4:主要包含電控開關(guān)元件，可由MCU檢測與控制電路模塊(9)中的單片機進行開關(guān)控制，從而達(dá)到輸出方波電流的目的，并且，通過控制開關(guān)的頻率，可以改變輸出電流的頻率。
[0013]SG3525芯片模塊6:以SG3535脈寬調(diào)制芯片為核心，加以必要的外圍電路，構(gòu)成SG3525芯片模塊6，該模塊為整個充電器提供所需的PWM信號，PWM信號經(jīng)SG3525芯片的14腳、11腳輸出給驅(qū)動電路模塊7進行放大，然后再驅(qū)動功率開關(guān)管。另外，SG3525芯片的2腳、8腳分別連接恒壓恒流電路模塊8的恒壓電路與恒流電路，用于接收反饋來的電壓電流信號，從而控制PWM信號的脈沖寬度,進而使輸出穩(wěn)定。
[0014]驅(qū)動電路模塊7:連接至SG3525芯片的14腳、11腳，可將SG3525芯片輸出的PWM信號進行放大處理，用于驅(qū)動功率開關(guān)管進行斬波。
[0015]恒壓恒流電路模塊8:用于檢測充電器輸出的電壓電流信號，然后反饋給SG3525芯片的2腳，8腳進行反饋控制。
[0016]MCU檢測與控制電路模塊9:包括微控制器U2和其內(nèi)部含有如下控制算法的程序:程序開始，配置I/o 口，通過輸出開關(guān)裝置模塊(4)關(guān)閉主電壓輸出，初始化模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器。在輸出開關(guān)裝置模塊(4)關(guān)閉狀態(tài)時通過微控制器Ul的一個具有模數(shù)轉(zhuǎn)化功能引腳檢測變頻充電器輸出端電壓值，即檢測的是所接入電池的電壓。當(dāng)檢測電壓值小于某一電壓閥值時，認(rèn)為變頻充電器沒有接入電池，反之，認(rèn)為變頻充電器已接入電池。在輸出開關(guān)裝置模塊(4)開啟狀態(tài)時通過微控制器U2的另一個具有模數(shù)轉(zhuǎn)化功能引腳檢測充電器的充電狀態(tài)信號即指示燈狀態(tài)。當(dāng)檢測狀態(tài)值在某一閥值下，認(rèn)為變頻充電器正在給電池充電，反之，認(rèn)為變頻充電器已將電池充滿或者未接入電池。微控制器U2根據(jù)檢測到的不同輸出端電壓值和充電狀態(tài)，判斷變頻充電器此時應(yīng)該進入預(yù)充、涌充、平充、緩充、浮充和空載狀態(tài)中的某一種狀態(tài)。定時器每隔一定時間產(chǎn)生一次中斷，刷新一次變頻充電器的狀態(tài)。不同的狀態(tài)有其各自不同的輸出電壓，輸出電流，充電時間和間歇停頓時間。因此，隨著電池電壓的上升，實現(xiàn)了變頻電流方波間歇停頓式智能充電的目的。
[0017]本發(fā)明專利的有益效果:
1、智能，可靠，不會出現(xiàn)誤動作；
2、出力大。在電池低電壓狀態(tài)進行大電流充電，能夠在電池析氣前充入較多的電量，因此每次充電后，能比常規(guī)充電器充滿時多放電10 - 15分鐘。
[0018]3、充電快。采用變頻方波大電流間歇式智能充電，使參加反應(yīng)的離子來得及生成或擴散到電極表面，增大了極限擴散電流密度，降低了濃差極化，因此大大地縮短了充電時間。
[0019]4、壽命長。由微控制器控制，每次充電開始時用較高頻率脈沖方波充電，消除了部分硫化鉛結(jié)晶，隨后用較低頻率大電流涌充，當(dāng)電池充到析氣電壓時，再改用高頻慢充至充電恒壓，并在充電電流降至臨充滿小電流時改用析氣電壓涓流浮充，充滿一定時間后關(guān)斷輸出，停止充電。這一系列技術(shù)措施徹底避免了極化結(jié)晶、水分流失、過熱充鼓等現(xiàn)象發(fā)生，因此，發(fā)明的變頻充電器能延長電池壽命50%。
[0020]5、功能齊全。具有開機、充滿聲音提示，自動巡檢自動調(diào)整，開路電壓輸出，短路、反接、過壓、過流、過熱等全保護等功能，可擴展性強。
【附圖說明】
[0021]附圖1為基于SG3525的充電器的單片機控制技術(shù)的方框圖；
附圖2為實用基于SG3525的充電器的單片機控制技術(shù)最佳實施例的電路組成圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，詳細(xì)說明發(fā)明的最佳實施例:
發(fā)明的基于SG3525集成芯片單片機控制技術(shù)的充電器，能夠根據(jù)鉛酸或鋰電池荷電狀態(tài)，動態(tài)調(diào)整充電電流、充電電壓，并設(shè)定不同頻率的電流方波，在對電池充電過程中給予不同時間的停頓間歇，其包括AC整流電路模塊I,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路模塊2，主輸出電路模塊3，輸出開關(guān)裝置模塊4，電池組5，SG3525芯片模塊6，驅(qū)動電路模塊7，恒壓恒流電路模塊8，MCU檢測與控制電路模塊9。
[0023]充電器接電源上電，主電壓輸出端輸出電壓到輸出開關(guān)裝置模塊4 一端，并且為充電器內(nèi)部為MCU檢測與控制電路模塊9供電，單片機Ul得電開始運行內(nèi)部程序:配置與電阻R3和電阻R4相連的兩引腳為模數(shù)轉(zhuǎn)換模式，配置與電阻R8、電阻R9、電阻R10、電阻Rll和輸出開關(guān)裝置模塊4相連的四引腳為普通I/O模式，微控制器Ul向輸出開關(guān)裝置模塊4輸出低電平，輸出開關(guān)裝置模塊4關(guān)閉，使變頻充電器輸出端(OUT )無電壓。初始化并啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器和定時器，定時時間為時間9，開啟定時中斷。初始化充電狀態(tài)為空載狀態(tài)。置位充/停標(biāo)志。微控制器Ul向電阻R13輸出一定頻率一定時長兩次循環(huán)的方波。
[0024]進入主程序:判斷電壓檢測標(biāo)志真假，若電壓檢測標(biāo)志為真，啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣電阻R3和電阻R4連接處的電壓值，通過電阻分壓比計算出電阻R4與輸出開關(guān)裝置模塊4連接處(即變頻充電器輸出端)電壓值，復(fù)位電壓檢測標(biāo)志，判斷指示燈檢測標(biāo)志真假；若電壓檢測標(biāo)志為假，直接判斷指示燈檢測標(biāo)志真假。指示燈檢測標(biāo)志若為假，直接判斷狀態(tài)切換允許標(biāo)志真假；若指示燈檢測標(biāo)志為真，啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣電阻R3和電阻R5連接處的電壓值，通過電阻分壓比計算出電阻R3與充電器中充電狀態(tài)指示電路連接處(即變頻充電器指示燈狀態(tài))電壓值，復(fù)位指示燈檢測標(biāo)志，判斷狀態(tài)切換允許標(biāo)志真假。狀態(tài)切換允許標(biāo)志若為假，直接返回主程序，執(zhí)行下一次循環(huán)；若為真，判斷是否正在充電，若正在充電，判斷變頻充電器輸出端電壓是否大于電壓閥值3，若大于閥值3，則使變頻充電器進入緩充充電階段，返回主程序，執(zhí)行下一次循環(huán)；若不大于閥值3，判斷輸出端電壓是否在閥值3與閥值2之間，若在閥值3與閥值2之間，則使變頻充電器進入平充充電階段，返回主程序，執(zhí)行下一次循環(huán)；若不在閥值3與閥值2之間，判斷輸出端電壓是否在閥值2與閥值I之間，若在閥值2與閥值I之間，則使變頻充電器進入涌充充電階段，返回主程序，執(zhí)行下一次循環(huán)；若不在閥值2與閥值I之間，則使變頻充電器進入預(yù)充充電階段，返回主程序，執(zhí)行下一次循環(huán)；若不在充電，判斷輸出端電壓是否大于閥值4，若大于閥值4，則使變頻充電器進入浮充階段，返回主程序，執(zhí)行下一次循環(huán)；若不大于閥值4，判斷輸出端電壓是否在閥值4與閥值5之間，若在閥值4與閥值5之間，則使變頻充電器進入預(yù)充充電階段，返回主程序，執(zhí)行下一次循環(huán)；若不在閥值4與閥值5之間，則使變頻充電器進入空載階段，返回主