基于单片机的通用型智能充电器设计

　　1 概 述

　　电子信息技术的快速发展使得各种各样的电子产品不断涌现，并朝着便携和小型轻量化的趋势发展，这也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池，由于它们各自的优缺点使得它们在相当长的时期内将共存发展［4］。由于不同类型的电池的充电特性不同，目前通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，这在实际使用中有诸多不便。本文设计了一种通用型的充电器，可对电压等级为1.2V～48V的镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池进行充电。为达到如此宽的充电范围，充电电源采用二级电路拓扑，并使用同一PWM信号源对两级电路进行联动控制。该电源在 85VAC～265VAC的通用输入范围内均可实现1.2V（0.3A）～60V（1.6A）的宽范围输出。同时使用单片机进行充电控制，先进的慢脉冲快速充电法［4］，并综合使用定时控制、电压控制和温度控制来中止快速充电，确保不会因过充电而损伤电池。

　　2 充电电源的拓扑结构和控制方案

　　由于要求充电电源的输出变化范围为1.2V（0.3A）～60V（1.6A），采用单级变换器很难实现这 么大的变化范围，故采用了两级结构，电源主电路如图1所示，交流输入经整流滤波得到稳定的直流电压DCin，首先经单端反激变换器预稳压，并实现输入级与输出级的隔离，然后再经BUCK变换器进一步降压，得到所需输出电压。为了保证单端反激变换器能稳定工作，加入了假负载R2。由于电池等效于一个大电容，故输出端可不加滤波电容。

　　为简化控制，采用同一PWM信号对两级变换器进行联动控制。单端反激变换器的的占空比一般应不超过0.5，以减小开关管电压应力，而BUCK变换器则希望尽量提高占空比，以改善输出电压波形和动态响应，因此，在保证能够实现所要求的输出变化范围的情况下，应尽量提高BUCK变换器的占空比，这样就不能采用完全相同的PWM信号同时控制两级变换器。为此，本文给出了一种相对简单的控制策略，使用同一 PWM信号变换出占空比不同的两路PWM信号，分别控制两级变换器，具体实现方法如下所述。

　　对于任一方波信号，要改变其占空比（对应于导通时间，即信号处于高电平状态的时间），一般有两种实现途径：一是改变其导通时间而频率保持不变，二是改变其频率而导通时间保持不变。本文采用后一种途径，即用PWM控制器输出的信号直接控制BUCK变换器，而在保持导通时间不变的情况下将其信号进行二分频，得到占空比减半的信号来控制单端反激变换器。具体实现电路如图2（a）所示，源信号经分频器二分频，得到频率减半的信号，再与源信号相与，即得到导通时间不变而频率减半的信号。电路中各点波形参见图2（b）。