基于单片机的智能充电器

摘要：针对现有电动自行车充电器的不足设计一种基于STC11F01E单片机的充电器。单片机通过检测充电电流来控制基于UC3842的开关电源，当充电电流小于设定值时关闭输出控制开关。单片机对充电时间计时，长时间无法转入浮充阶段时停止充电，并报警。利用该充电器充电能一定程度延长蓄电池的使用寿命。
关键词：充电器；STC11F01E；电流；UC3842

0 引言
    现有电动自行车充电器的特点为：不管电池好坏，一直保持输出，部分导致电池鼓包、漏液等，带来安全隐患；单一规格电池适用，更换电池时需更换充电器；输出极性无统一标准，不同厂家充电器换用可能造成充电器烧坏。
    针对以上情况设计了具有正负脉冲、自动停冲、适用不同容量电池并可检测电池极性的电动车智能充电器。

1 硬件设计
1．1 主电路
    开关电源采用基于UC3842的单端反激式，控制单元采用宏晶公司的STC11F01E单片机。STC11F01E内部带RC晶振、E2PROM及看门狗。单片机通过对输出电流、电压的检测来控制开关电源输出符合蓄电池充电曲线要求的电流、电压，图1为系统结构框图。

1．2 脉冲电路
    图2为脉冲控制电路。单片机通过控制V3来控制PMOS管V1的通断，即可控制充电器的输出；通过瞬时打开V2给蓄电池短暂放电，提高蓄电池接受电流的能力。C61起到加快MOS管关断速度的作用。
1．3 输出功率控制电路
    反馈电路采用精密稳压源TL431和线性光耦PC817构成外部误差电压放大器。并将输出电压和初级侧隔离。
    开关key打到R312位置时Capacity choose为高电平，对应选择大容量电池，同时key的5脚接通R310。R310一端接输出电流检测点，另一端接U3D负端输入，跟正端参考信号比较。U3D输出通过二极管跟EL817相连。充电器输出电流较小时U3D输出高电平，对EL817无影响，当输出电流大到一定值时U3D翻转输出低电平，EL817导通，EL817输出端打开，控制UC3842停止输出，达到限制功率的目的。R310阻值越大充电器输出功率越大。key打在R313位置时Capacitychoose为低电平，选择小容量电池，充电器输出功率为小的档位。图3为输出功率控制电路。

2 软件设计
2．1 主程序
    充电器上电后先检测电池接入是否正确，极性正确则打开主输出开关IRF9540，否则无输出。之后检测电池容量档位，以输出不同的充电电流及正负脉冲。程序设有看门狗。图4为主程序流程图。

    充电器恒流阶段充电超8 h说明电池有故障，单片机发出命令关闭主回路输出开关；浮充阶段充电超过3 h后关闭输出。


2．2 充电控制
    充电器判断充电状态主要根据充电电流控制充电器输出，电流小于50 mA后关闭IRF9540。充电次数记忆在单片机的E2PROM中，满20次后调用脉冲充电程序对电池进行修复充电。图5为充电脉冲示意图。充电20～200 ms后关闭充电主回路的PMOS管，打开放电回路的NMOS管，延时10～20μs，然后关闭放电回路，延时20～50μs后重新打开充电主回路进行充电，完成一个充放电(正负脉冲)周期，即充→放→停→充。另外不同的阶段还可采取充→停→充的称之为慢脉冲的充电模式。

3 结语
    充电器经充电试验证明对电池有较好效果，特别是对于一些蓄电池知识比较缺乏的用户，可以免除充电带来的很多麻烦。试验中当接入电池极性相反时充电器无输出，指示灯为橙色，充电器各项功能正常。在对正常蓄电池充电时实测充电电流减小到50 mA左右充电器关闭输出，绿色指示灯常亮。而在对一组缺水的电池充电7 h 50 min后充电器关闭输出，并且红灯常亮，提示电池有故障。该产品所用元器件较多，电路复杂，导致成本稍高，电路结构有待进一步优化。