一、引言

电动自行车由于具有无污染无噪音、轻便美观等特点,受到众多使用者的青睐。但在使用中也暴露出它的局限性,如有半路电池耗尽,且随着使用时间的递增,电池使用寿命会逐渐缩短。本文旨在研究开发一个根据电池饱和的程度智能改变充电模式,并可在较短时间(四小时)内将电池充好的电动自行车快速充电器(电池规格36V、12A)。

二、脉冲快速充电法

脉冲充电方式即脉冲电流间歇对电池充电,充电脉冲使蓄电池充满电量,而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉,消除极化从而减轻了蓄电池的内压,使下一脉冲的恒流充电能够顺利地进行,使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间,减少了析气量,提高了蓄电池的充电电流接受率。

三、系统组成

充电器主电路采用半桥变换式高频开关稳压电源,而控制电路由单片机实现。电网交流电在通过EMI滤波器除去共模信号后,进行桥式整流,再通过两电容分压后与两开关管V1、V2相联接,将正弦交流电压变换成约高于充电电压的脉冲电压。在经过半桥滤波和LC滤波电路使电压达到一较稳定值。

控制电路由单片机AT89C51组成,电源由电网交流电经过变压器变压、全桥整流、稳压管稳压后提供。单片机通过检测温度传感器的电压信号,以软件的方式控制输出脉冲,从而控制开关管的通断。另外,通过检测充电电压和电流值,控制单片机输出脉冲宽度,以进入不同的充电阶段。

(一)半桥变换式高频开关稳压电源

半桥变换电路如图1(a)所示,各点输出电压波形如图1(b)所示。半桥式变换电路的主要优点是其抗不平衡性,且使用的功率开关管的耐压较低,不会超过输入电压的峰值;晶体管的饱和电压也降至最低;输入滤波电容的耐压也可以减小。

图1 半桥变换电路 1(a) 各点输出电压波形1(b)

(二)单片机控制

单片机电路设计,选用AT89C51单片机的P1口作为输入输出口,温度传感器所检测的温度信号通过单片机的P3.2口输入,电压信号由P3.1口输入。输出信号由单片机的P1.1～P1.5提供。具体分布情况见下表。

(三)整体电路设计

电动自行车快速充电器电路主要分为三部分:主电路、控制电路和检测电路。

主电路由桥式整流电路和半桥逆变电路组成。控制电路由单片机AT89C51来实现,单片机通过检测来的电压信号值作出相应的动作:输出不同宽度的脉冲电压和作出不同指示。检测电路有温度检测电路和电压检测电路。温度用温度传感器实现,电压检测由分压电阻实现。

主电路图如图2所示。

图2 主电路图

四、结论

本文介绍了一种基于AT89C51单片机控制的电动自行车快速充电器的电路工作原理和实现方法。该充电器具有自动化程度高、运行费用低、工作可靠等优点。经检测,样机充电效率高、充电速度快,而且损耗少、成本低。