基于HT66F50的电动自行车智能充电系统设计

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分之-左右 。此外，由于充电器的智能化程度较低，在快速充电过程中，存在着蓄电池充放电能量浪费、循环寿命受损等问题 。因此，为了使充电技术在充电的速度、质量和效果上满足人们在生活和生产方面的实际需要，本文设计了-种能够解决电动 自行车用蓄电池充电效率和充电质量问题的充电器，以最大程度延长电池的使用寿命，达到节能减排的效果。

1 设计方案本系统主要针对目前普遍使用的电动 自行车用36V/10A·h铅酸蓄电池所设计的。其核心设计思想是依据电动 自行车用铅酸蓄电池 自身的特性，研究设计具有智能化程度较高、充电性能较好的铅酸蓄电池智能充电系统。系统除了满足实现变图1智能充电系统结构图收稿日期：2013-03-17基盒项目：国家科技支撑计划资助 (2007BAF23B0302)；中央高校基本科研业务费科研专项--研究生科技创新基金(CDJXS12170002)作者简介：杨智勇 (1979-)，男，重庆忠县人，副教授，博士研究生，研究方向为智能控制和软件工程。

第35卷 第7期 2013-07(下) [1311务1 匐 化电流脉冲充放电功能的基本功能以外，还配备了电路监控功能以及友好的人机交互界面。系统结构图如图1所示，主要包括以下四个部分：充电电路、取样检测电路、控制电路和监控电路。

2 电路设计本 系统通过取样检测电路实时对蓄电池 的充电状态进行取样检测，并将检测信号传送给HT66F50单片机；通过对该信号进行计算分析，得出蓄电池的当前充电状态，从而制定合适的充电策略；结合软件编程，系统还能够实现电池反接检测等功能。

21充电电路设计充电电路主要完成系统的充电任务，是系统的功率电路部分，具有输入滤波、逆变、放电去极化以及输出整流滤波等功能。

通过在系统电源线的入口处安装-个输入滤波电路，可有效地切断电源线上的电磁干扰 。输入滤波电路是指交流电网与开关电源输入级之间的系统，输入滤波电路具有双向隔离作用：-方面，可以消除从交流电网输入的各种干扰信号，如开关器件的合闸和关断信号，雷击等产生的尖峰干扰信号等；另-方面，它在防止开关电源工作时产生的高频噪声信号向电网扩散而污染电网方面也有不可替代的作用。输入滤波器接在电网输入和整流桥之间，电路如图2所示，这是-个双J1型的LC滤波器 ，它是两个 -兀型的LC滤波器的并联组成的。整流前后输出的电流首先通过每个.兀型LC滤波器中的电容滤波，然后再经滤波器滤波，从而促使输出电压脉动系数的大幅度降低，使滤波效果得到显著改善。其中，L1是-个共扼电感，它有两个有相同匝数却相互独立的线圈，绕在同-个铁芯上。

本系统将控制电路送来的PWM信号转变成能够直接驱动MOSFET工作的电压信号。其中，PWM信号由单片机产生。驱动电路图如图2所示。

鉴于HT66F50单片机I/O口具有较强的灌电流能力，因此其产生的PWM信号通过电阻和光耦器件隔离后与5V电源连接。当PWM波为低电平时，光耦原边有电流通过，使光耦副边导通，此时u1点为低电平，Q3导通，MOSFET的栅极为低电压，Q4关闭；当PWM波为高电平时，光耦关断，与之相对应的u1点为高电平，此时Q2导通，MOSFET的栅极为高电平，Q4也导通。

MOSFET的栅极通过R32接地是为了在PWM由高变低时，能够迅速拉低MOSFET栅极的电压，实现迅速关断MOSFET的目标。MOSFET高频率地开关，易造成输出电压有较大的尖峰。特别是在关断时，由于电路中存在寄生电感，电流瞬间的切断将会在电感的两端产生冲击电压，解决办法是对MOSFET增加缓冲电路 。当MOSFET关断时，原电路中的-部分电流通过恢复二极管D15对电容C37进行充电，使MOSFET两端的电压缓慢地上升，同时，电路中电流的减小速度也缓慢降低，从而减tJMOSFET的损耗和减锈峰电压。图中L6起到了平滑电压的作用，C38和C39是滤波电 。通过在开关电源整流电路和输出端之间使用相对简单的输出滤波电路，设计相应的滤波电感和滤波电容，可有效节约开发成本并使系统更加小巧，方便携带。

此外，在整个快速充电过程中，由于系统需要在恰当的时间内，通过采取负脉冲瞬间放电措施来消除充电电池的极化现象，因此，本装置设计了-条放电通道，如图2所示。放电去极化电路是由开关三极管Q5(在其上反向并联-个二极管，以实现能量的回流，从而保护Q5)、负载[1321 第35卷 第7期 2013-07(下)图2 充电电路 I 匐 化系统通电后，程序将进行系统初始化，检查充电电池是否反接，如果异常，则系统将不进行充电操作并报警；如果状态检测正常，系统将判断蓄电池的端电压值是否满足大电流充电条件，若其端电压小于设定值31.4V，则系统将会自动进入涓流充电模式，通过40mA的电流对充电电池进行充电，直至满足大电流充电为止；若其端电压大干31.4V，则系统将直接跳过涓流充电而进入大电流充电模式，并以最大允许电流2A的变电流间歇充电对其进行充电操作；当充电电池的端电压大于或等于40V时，系统将进行电压负增量检测操作，以判断是否停止充电。

图5 主程序流程 图系统在去极化操作时，充电电路将停止进行充电操作，同时，系统导通去极化电路开关元件Q5来实现放电去极化的操作。具体的操作过程为：系统通过对蓄电池实时进行充电状态信息的计算分析操作，获知蓄电池需要进行去极化操作后，系统将PWM的输出引脚设置为高阻态，充电[134] 第35卷 第7期 2013-07(下)电路将停止充电操作；同时，计算得出该蓄电池的负脉冲放电和停充电的时间，将信息送入定时器2中，并启动定时器2进行去极化放电操作，直至本次去极化放电结束。

4 安装与调试系统焊接安装完毕后，写入软件程序。利用实验室现有设备做了三阶段恒流充电、变电流充电和变电流间歇充电三组实验，验证了本系统所采用的变电流间歇正负脉冲充电方法的合理性。

5 结论本文以电动自行车用铅酸蓄电池充电技术为研究背景，结合电力电子、控制和计算机仿真等技术手段，在研究和比对各种电充电系统和充电方法的基础上，提出了-种基于HT66F50单片机控制的电动自行车智能充电系统。在理论研究和大量试验的基础上，设计构建了简易的充电实验装置，并进行验证性试验。通过比较试验数值和理论设计的误差，证明了本系统能够根据实际情况自动调节充电方式，基本能够满足铅酸电池组充电的快速性和去极化的要求，为电动 自行车用铅酸蓄电池快速充电方法和模式的深入研究与应用打下了-定的基矗由于实验条件和时间的限制，在设计和试验过程中存在-些不足之处，如PWM控制脉冲的稳定改进等问题，将作为今后完善和研究的方向。