1 导言
铅酸蓄电池是现在大容量电池的首要种类，其制造成本低、容量大、价格低廉，使用规模十分广泛。铅酸蓄电池的根本充电办法有两种：恒压充电和恒流充电。假如独自选用一种办法，比方恒流法，则在充电后期因为充电电流不变，简单使容量下降而提早作废。独自选用恒压法，充电初期电流过大，或许致使电极活性物质掉落，后期电流又过小，构成长时刻充电缺乏，影响蓄电池的使用寿数[1]。因而，充电器大部分都是归纳选用两种办法的多阶段充电办法。近年来，先恒流、再恒压、终究恒压浮充的三阶段充电办法被逐步承受。
现在，三阶段充电办法首要选用模仿操控的计划。尽管具有实时性好、带宽高的长处，但其硬件电路杂乱，操控不灵敏。为此，本文规划了一种数字操控的充电器，选用单片机作为操控回路的中心，经过电压、电流实时采样，然后操控输出电压和输出电流，完成了三阶段充电战略，可智能灵敏的操控蓄电池的充电，进步蓄电池的使用功率，并有助于进步蓄电池的使用寿数和功用。
2 充电器电源结构
体系的总体规划框图如图1所示。首要由3部分组成：第一部分为开关电源部分，选用反激DC/DC变换器；第二部分为电压、电流采样电路；第三部分为单片机中心的PWM输出，再经驱动电路驱动反激电路。
体系由电压采样电路、电流采样电路实时别离采样电压、电流，将采样的电压、电流各自送单片机的RA0、RA1,经过单片机内部的A/D转化模块转化为数值，然后依据编写的软件进行对应操作，由PWM模块得到相应的占空比，再由RC2将占空比送到驱动电路，用于驱动反激电路的开关管，然后在输出端得到相应的电压或电流对铅酸蓄电池进行充电。
3 数字操控电路结构
数字操控电路经过相应信号的获取和输出，监测和操控充电器对应的作业进程，使其能自适应作业。但是，主电路输出是模仿信号，单片机可以处理的却是数字信号，因而在处理信号之前，有必要先经过模数转化器(ADC)将模仿信号转变为数字信号。假定ADC字长为N，则模数转化精度为1/2N，N越大精度也越高，但价格越贵。数字操控器PWM单元的时刻分辨率及模数转化精度，决议了充电器的输出电压、输出电流、输出功率的精度。为了一起满意精度需求及下降成本的考量，需求挑选适宜位数的ADC和PWM数字操控器。
ADC转化器选定后，需求挑选PWM位数。假如PWM位数太小，将导致输出电压在某一电压值邻近上下动摇，形成极限环现象，输出电压将产生周期性颤动，从而影响到采样数据，终究影响到整个体系的处理精度。因而，PWM单元分辨率越高越好。
PWM位数N与频率fPWM满意下式：。式中，fclk标明单片机的时钟频率。PR2为单片机PWM周期寄存器，fPWM越高存入PR2的值越小。设存入PR2的值为M，则最大分辨率为分频值f/M。由此可见，频率不必定越高越好，过高的频率会下降PWM分辨率。PWM输出的频率与分辨率之间的联系如表1所示。
为了确保足够高的分辨率，确保输出电压纹波受PWM分辨率的影响小于输出滤波电容的影响，本规划选用10位PWM。
一起，考虑到其它需求，本体系对数字操控器的具体要求首要包含：（1）内置ADC模块，至少2个ADC信道，精度在10位以上；（2）至少内置1个PWM单元，PWM精度在10位以上；（3）至少两个守时器；（4）有中止优先级设置；（5）至少5个I/O口；（6）价格低于50元人民币。
归纳考虑以上要素，挑选microchip公司的PIC18F2620作为数字操控芯片。PIC18F2620的首要功用有：10个10位的ADC信道；最高外接时钟频率可到达40M：1024字节的数据EEPROM，用于贮存可变数据；可延长电池寿数的低功耗强化规划，睡觉形式下耗电仅为100nA等等，其功用满意体系需求。
4 体系软件规划
4.1 主程序规划
三阶段充电，开始时选用恒流充电，中心为恒压充电，终究选用浮充充电。该充电法减少了充电出气量，充电比较完全，延长了蓄电池使用寿数。三阶段充电法充电电流和充电电压改动曲线如图2所示。
依据三阶段充电的原理，画出体系的主程序流程图，如图3所示。(其间Um为蓄电池的最大电压上限，Ubat为恒压充电门限，Ibat为恒流充电门限，其值一般取蓄电池容量的1/10。)
单片机体系的主程序，首要用于A/D采样初始化、PWM初始化、守时和中止体系、守时器的初值设定，然后一向检测充电器的电压与电流，进行三阶段的自适应充电。
程序中需求留意一下问题。
（１）因为需求一起采样电压和电流２个变量，此刻可依据PIC18F2620的采样单元特色，可经过直接改动A/D操控寄存器ADCON0.2~3位进行替换通道，其速度快、花费时刻少。
（2）中止体系是程序的要点部分。因为采样单元不或许一向作业，这样既糟蹋单片机的运算才能又影响其它部分的作业，使体系的作业功率低下。为了使单片机更有功率的作业，体系选用守时中止的作业办法：使用TMR0守时器进行守时，固定必定的时刻后进入中止。现在，市面上的单片机一般都存在中止优先级，比方体系选用的P%&&&&&%18F2620有2个优先级，可以经过设置不同的中止向量进行不同优先级的操作。对应的高优先级中止服务子程序，使TMR0复位，并载入相应的初值，进入下一次的守时状况。低优先级中止服务子程序，则是复位A/D模块使能位，读取并存储A/D转化成果，然后判别相应的电压、电流采样值所在的阶段，终究经过各个阶段对应的PI调理修正占空比。
4.2 采样子程序
采样处理后的电压、电流信号，不可避免的存在体系所带来的噪声和搅扰，为了精确的丈量和操控，有必要滤除这些噪声和搅扰。除了在硬件电路上进行滤波，还可选用软件滤波或称为数字滤波。常用的数字滤波办法有许多，本体系选用了平均值法：屡次采样后排序，再去掉最大和最小值之后求平均值的办法，进步了采样精度。
4.3 PI子程序
为了消除积分饱满的影响，本体系选用增量式PI操控算法，并使用遇限削弱的办法。
遇限削弱积分PI算法，实践上是一旦操控量进入饱满区规模，则中止增大积分项的运算而只履行削弱积分项的运算[5]。PI程序流程图如图4所示。
5 试验成果与剖析
选用以上介绍的办法制造样机，对YTX7A-BS/12V-7AH的铅酸蓄电池充电。
主电路参数如下：输入电压Uin=24V，电路作业频率f=50kHz，选用EI33磁芯，原边电感Lp=212μH，副边电感Ls＝112μH，开关管选用IRF840，输出电容选用1000μF/25V的电解%&&&&&%。
图5为样机给铅酸蓄电池充电改动曲线图，横轴为充电时刻，左面Y轴为蓄电池电压，右边Y轴为充电电流。
从图5可知，依据程序规划要求，在充电的初始阶段，充电器先进行恒流充电，蓄电池电流坚持为0.7A左右。尔后，当蓄电池电压超越恒压充电门限14.4V，转为恒压充电，充电电压坚持为14.4V，充电电流不断下降。一起，经过RA1不断检测充电电流，当充电电流降到0.1A以下时，标明蓄电池已充满电。这时，为了弥补蓄电池的自放电，转为浮充充电，充电电压坚持于13.7V。依据以上成果剖析标明：本文所提出的铅酸蓄电池三阶段自适应数字操控计划是有用的，充电器可以依据蓄电池所在的实践状况来挑选对应的充电办法（恒流，恒压充电和浮充）进行充电。
6 结语
相对于传统的模仿操控的铅酸蓄电池充电器，选用数字操控的充电器大大进步了操控体系的灵敏性、可靠性、稳定性等。跟着操控计划与功用整合的不断完善以及单片机价格的逐步下降，选用单片机的数字操控充电器将成为往后一个重要的研讨方向。
