發(fā)明涉及充放電狀態(tài)實時監(jiān)控功能的充電系統(tǒng)，尤其涉及一種使用單片機作為控制器件，能夠?qū)Σ煌姵剌敵霾煌某潆婋妷汉统潆婋娏鞑⑻峁┏潆姳Ｗo的多功能智能充電器。

背景技術(shù)：

目前市場上電池充電器多采用模擬電路進行恒流限壓和恒壓限流等方式充電，其充電電壓和電流在出廠前已經(jīng)固定，只能對同一標稱電壓、相近容量且相同類型的電池充電，功能單一，使用不方便，雖然少數(shù)充電器也設有電壓電流調(diào)節(jié)旋鈕，但要同一充電器對不同類型電池（比如鉛酸、鋰電、鎳氫等）或按照更符合電池本身充電特性的復雜充電曲線（比如預充、浮充、多段恒壓、多段恒流等）充電，模擬電路的控制方式就顯得較難實現(xiàn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題，發(fā)明的目的在于提供一種充放電狀態(tài)實時監(jiān)控功能的充電系統(tǒng)，能夠?qū)Σ煌姵剌敵龇显撾姵爻潆娞匦郧€的充電電壓和充電電流并提供充電保護。

為解決上述技術(shù)問題，發(fā)明提供了一種充放電狀態(tài)實時監(jiān)控功能的充電系統(tǒng)，包括電壓電流控制電路模塊，電壓電流采集模塊，充電狀態(tài)指示電路模塊，單片機智能控制器。

所述電壓電流控制電路模塊1中PMOS管Q1漏極接電源主要輸出端，柵極接三極管Q2集電極，源極通過電感L1接二極管D1的陽極。二極管D1的陰極接電壓電流采集模塊2中電阻R1一端。二極管D2陰極接PMOS管Q1的源極，陽極接地。電容C1和C2并聯(lián)后接在二極管D1的陽極和地之間。電阻R2接在PMOS管Q1漏極和柵極之間。三極管Q2發(fā)射極接地，基極通過電阻R5接至單片機智能控制器4中單片機U2的一個普通I/O引腳。電阻R8一端接三極管Q2基極，另一端接地。智能控制器4輸出的頻率一定占空比不同的PMW信號，作用在PMOS管Q1柵極，使PMOS管Q1漏極與源極按一定頻率導通和斷開，其導通和斷開的時間比與PWM信號的占空比相同。電源主要輸出端輸出的電壓經(jīng)過PMOS管調(diào)制成占空比不同的方波電壓，該電壓經(jīng)電感L1與電容C1平滑濾波后成為平穩(wěn)的無脈動的且幅值大小與占空比成正比的電壓，此電壓經(jīng)過主輸出電壓電流采集模塊2中電流檢測電阻R1作用在電池上。

所述電壓電流采集模塊中的電阻R1一端接電壓電流控制電路1中二極管D1陰極，另一端接智能充電器的輸出端（OUT）。電阻R3一端接電壓電流控制電路1中二極管D1陰極，另一端與電阻R6一端連接后接至智能控制器6中單片機U2的一個具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳。電阻R6另一端接地。電容C3并聯(lián)在電阻R6兩端。電阻R4一端接智能充電器的輸出端（OUT），另一端與電阻R7一端連接后接至單片機智能控制器4中單片機U2的另一個具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的引腳。電阻R7另一端接地。電容C4并聯(lián)在電阻R7兩端。由歐姆定律知，流過電阻的電流與其兩端的電壓成正比，分別采集電阻R1兩端的電壓值，計算出差值，根據(jù)I=U/R，就可得到流過電阻R1的電流值，也即充電電流值。輸出電壓經(jīng)電阻構(gòu)成的分壓器傳輸?shù)街悄芸刂破?中單片機U2具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能引腳中變?yōu)閿?shù)字量，供程序判斷使用。

所述充電狀態(tài)指示電路中雙色LED燈（LED1）的兩陽極分別通過電阻R11和電阻R12接至單片機智能控制器4中單片機U2的兩個普通I/O引腳，共陰極接地。該燈受單片機智能控制器4中單片機U2控制，對空載，正在充電，已充滿電和出現(xiàn)異常等狀態(tài)做出不同顯示。

單片機智能控制器4：內(nèi)部含有控制算法程序的單片機U2。該程序流程如下：程序開始，配置I/O口，初始化并啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器和PWM，檢測充電標志，若未充電，則不啟動充電計時，采樣輸出電壓值和電流檢測電阻兩端的電壓值，計算出兩端電壓差值，由歐姆定律I=U/R計算出電流值，根據(jù)輸出電壓和電流判斷是否接入電池，未接電池，則停止充電，進入空載，已接電池，則判別電池種類，若接入鋰電，則通過運行PID程序，使充電電壓和電流符合鋰電池的充電曲線要求，并置位充電標志，開始記錄充電時間，若充電時間超過設定充電時間閥值，則停止充電，若接入鉛酸電池，則通過運行PID程序，使充電電壓和電流符合鉛酸電池的充電曲線要求，并置位充電標志，若充電時間未超過設定充電時間閥值，則繼續(xù)對電池充電。如此循環(huán)運行。PID程序建立流過電壓電流采集模塊2中電阻R1的電流與單片機智能控制器4中單片機U2向電壓電流控制電路1中PMOS管柵極輸出PWM控制信號的占空比之間的函數(shù)關系。采集到的電流值超過設定電流值，運行PID程序，調(diào)小PWM信號占空比，使輸出電壓變小，減小電阻R1兩端電壓差值，進而減小電流，反之，采集到的電流值低于設定電流值，就調(diào)大PWM信號占空比，增大電流，達到穩(wěn)定電流的目的。電容C5與電容C6一端相連并接地，另一端分別接至單片機智能控制器4中單片機U2的時鐘振蕩輸入兩引腳。晶振Y1兩端分別接電容C5和電容C6的非接地端。該模塊給單片機智能控制器4中單片機U2提供工作所需的高頻時鐘信號。

附圖說明

附圖1為發(fā)明充放電狀態(tài)實時監(jiān)控功能的充電系統(tǒng)在一種實施方式中的方框圖；

附圖2為發(fā)明充放電狀態(tài)實時監(jiān)控功能的充電系統(tǒng)的最佳實施例的電路組成圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，詳細說明發(fā)明的最佳實施例：

發(fā)明的充放電狀態(tài)實時監(jiān)控功能的充電系統(tǒng)，能夠?qū)Σ煌姵剌敵龇显撾姵爻潆娞匦郧€的充電電壓和充電電流并提供充電保護，其包括、電壓電流控制電路1、電壓電流采集模塊2、充電狀態(tài)指示電路3、單片機智能控制器4和電池組5。單片機智能充電器4接通電源，其主要電壓輸出端輸出電壓到PMOS管Q1漏極，輔助電壓輸出端提供電壓給單片機U2，單片機U2開始運行內(nèi)部程序：配置與電阻R6和電阻R7相連的兩引腳為模數(shù)轉(zhuǎn)換模式，配置與電阻R5、電阻R10、電阻R11和電阻R12相連的四引腳為普通I/O模式，單片機U2向電阻R5輸出低電平，三極管Q2基極為低電位，集電極與發(fā)射極不導通，PMOS管Q1柵極與漏極無電壓差，漏極與源極不導通，使智能充電器輸出端（OUT）無電壓。初始化并啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換器、定時器和PWM。分別采集電阻R3與電阻R6連接處和電阻R4與電阻R7連接處的電壓值，通過電阻分壓比分別計算出電阻R1與電阻R3連接處和電阻R1與電阻R4連接處（智能充電器輸出端（OUT））的電壓值，已知電阻R1阻值，由I=U/R計算出流過電阻R1的電流值。不接電池，檢測出智能充電器輸出端（OUT）電壓為0，電阻R1電流值也為0，則單片機U2輸出低電平到電阻R5，關斷PMOS管Q1，輸出信號到充電狀態(tài)指示電路3，使雙色LED燈LED1顯示第一種狀態(tài)表示智能充電器空載。接入一種鋰電池，檢測出智能充電器輸出端（OUT）電壓低于電壓閥值1時，用電流設定值1充電，調(diào)用PID程序，計算出PWM占空比，輸出給電阻R5，三極管Q2以此占空比導通和斷開，PMOS管Q1也以此占空比導通和斷開，將電源主要輸出端輸出的電壓斬波，經(jīng)電感L1和電容C1平滑濾波成一定幅值的電壓，該電壓通過電阻R1作用在電池上。由于電池電壓不會突變，在相對短的時間內(nèi)，可以認為電池電壓不變，即檢測到智能充電器輸出端（OUT）的電壓不變，所以流過電阻R1的電流大小只和PMOS管Q1斬波后輸出的電壓大小有關。流過電阻R1的電流大于電流設定值1,調(diào)用PID程序，將輸出到電阻R5的PWM占空比減小，使PMOS管Q1占空比也減小，斬波后輸出的電壓值就減小，該電壓值與電池電壓差值也減小，則流過電阻R1的電流也減小，反之，電阻R1的電流小于電流設定值1,則增大PMW占空比，增大斬波后輸出的電壓，增大電阻R1兩端電壓差值，從而增大流過電阻R1的電流，這樣就使智能充電器對電池的充電電流維持在電流設定值1大小。并且此時，置位充電標志，開始充電計時；向電阻R11和電阻R12輸出另一組信號，使雙色LED燈LED1顯示第二種狀態(tài)表示智能充電器正在給電池充電。若檢測到智能充電器輸出端（OUT）的電壓（即電池電壓）在電壓閥值1和電壓閥值2之間，則將充電電流設定為電流設定值2,并調(diào)用PID程序，通過改變輸出到電阻R5的PWM占空比大小，使智能充電器對電池的充電電流維持在電流設定值2大小。若檢測到智能充電器輸出端（OUT）的電壓高于電壓閥值3，則給電阻R5輸出低電平，斷開PMOS管Q1,使智能充電器停止對電池充電。若接入一種鉛酸電池，則按照該鉛酸電池特性，設定電壓閥值和電流設定值，通過PID程序，使智能充電器對鉛酸電池的充電電壓和充電電流符合鉛酸電池的特性曲線。若檢測到流過電阻R1的電流低于電流設定值3，且電池電壓不小于電壓閥值3，則輸出第三組信號到電阻R11和電阻R12，使雙色LED燈LED1顯示第三狀態(tài)表示智能充電器已給電池充滿電。若檢測到電池電壓高于電壓閥值4，認為電池電壓過高，輸出低電平給電阻R5，使PMOS管Q1斷開，輸出第四組信號到電阻R11和電阻R12，使雙色LED燈LED1顯示第四狀態(tài)表示智能充電器對電池充電出現(xiàn)異常狀態(tài)。

發(fā)明的智能充電器，采用了單片機智能控制器6作為智能充電器的控制芯片，能夠根據(jù)所接入電池種類不同，控制充電電壓和充電電流，使其符合電池本身的充電特性曲線，并能對充電過程中的多種情況進行判斷處理，提供多種保護，具有以下優(yōu)點：

1、智能，可靠，不會出現(xiàn)誤動作；

2、適應性廣，無需改動硬件，就可以在一定范圍內(nèi)輸出不同電壓和電流，成為不同種類電池的通用充電器；

3、輸出電壓電流由程序控制，減少了調(diào)試環(huán)節(jié)，節(jié)省工時，降低人力成本；

3、可擴展性強，稍加改動，就可對電池電壓過低、過度充電等異常進行聲光報警，提醒使用人員及時采取應對措施。

以上所述的發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對發(fā)明保護范圍的限定。任何在發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。