atmega16單片機用于智能型鉛酸電池充電器

0 引言

　　本文針對礦用永磁操動機構(gòu)饋電開關(guān)智能控制器采用的鉛酸蓄電池在充電過程中存在充電過度、充電不足、電池過熱和充電速度慢等諸多問題，提出了一種以atmega16 單片機為核心的智能充電器設(shè)計方案。采用了基于sugeno 推理的模煳PID 控制算法，提高了充電器的充電速度，減少了電池損耗，實現(xiàn)了對鉛酸蓄電池充電過程的智能化控制。

　　目前礦用永磁操動機構(gòu)饋電開關(guān)智能控制器采用鉛酸蓄電池作為備用電源。傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池充電方法有恒流限壓充電和恒壓限流充電，但充電效果都不是很理想，一方面這些方法充電時間過長，溫升過快。另一方面，充電過程中存在過充和欠充現(xiàn)象。專家研究表明：鉛酸蓄電池充電過程對其壽命影響最大，過充電、充電不足以及溫升都是引起電池故障的主要原因。

　　基于以上原因，系統(tǒng)根據(jù)蓄電池的充電特性，采用基于sugeno 推理的模煳PID 控制算法，設(shè)計了以atmega16 單片機為核心的智能充電器，它能夠?qū)崟r采集電池充電過程中的電流、電壓、溫度等模擬量，使充電始終在最佳狀態(tài)下進行，實現(xiàn)了高效、快速、無損的充電過程。

　　1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　系統(tǒng)選取ATMEL 公司生產(chǎn)的 atmega16 單片機作為核心控制芯片。總體結(jié)構(gòu)包括：電源模塊、充電主電路模塊、模擬量檢測模塊、顯示及報警模塊和IGBT 驅(qū)動模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　在充電過程中，單片機實時采集電池充電過程中的電流、電壓和溫度等模擬量，通過其內(nèi)部的A/D 轉(zhuǎn)換器將上述模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，并判斷電池是否出現(xiàn)過壓、過流和過溫等故障。若出現(xiàn)故障，單片機立即關(guān)斷IGBT，并發(fā)出聲光報警。若檢測正常，則采用基于sugeno 推理的模煳PID 控制算法產(chǎn)生相應(yīng)占空比的PWM 脈沖來控制IGBT 開關(guān)，通過BUCK 電路對電池進行充電。

　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　2.1 充電主電路設(shè)計

　　充電主電路其實是一個BUCK 變換器，BUCK 電路屬于降壓斬波電路。充電主電路如圖3 所示。IGBT、二極管、電感L1 和電容C10 構(gòu)成BUCK 電路，220V市電經(jīng)變壓器降壓，通過整流橋整流和EMI平滑濾波后，作為直流充電電源。在工作過程中，PWM 控制信號的高電平脈沖出現(xiàn)，使IGBT 導通，電感L1 的電流不斷增大，并對電容C10 儲能，同時對電池充電。此時，續(xù)流二極管因反向偏置而截止。PWM 信號出現(xiàn)低電平時，IGBT 截止，電感L1 維持原電流方向，與續(xù)流二極管構(gòu)成充電回路，利用L1 和C10 中存儲的電能向電池充電。

　　圖2 充電器實物圖

　　圖3 充電主電路

　　2.2 模擬量檢測模塊