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摘要：新型的自匹配式智能型充电器的自动匹配功能为包括三个方面的内容，第一为充电电流自动匹配；第二为充电电压自动匹配；第三为充电极性自动匹配。从而可大大提高充电的安全性。
关键词：充电器 自动 匹配 电压 极性 智能
1、背景技术
随着电池技术的不断发展，新的可充电电池种不断出现。每一种可充电电池均具有它的优缺点，所以造成市场充电电池种类较多的现象，如锂离子电池，镍铬电池、镍氢电池、铅酸蓄电池等。而这些电池所面对的用户，大多对每种电池的相关的使用及充电特性并不是特别了解。往往不能正确的对电池进行充电。从而大大降低了电池的使用寿命，造成了能源的浪费，同时电池大多含有有毒材料，电池垃圾的增加也会对环境造成污染。有的还会因不正确的充电方法，造成电池的爆炸，危害了用户的人身及财产安全。而市场上的充电器大多为所谓的专用充电器，只能充一种电池或一种型号的电池，要是有几种或几个型号的电池则需要采用多个充电器。给使用带来了极大的不便。还有所谓的万能充电器，多数情况下也只能对一类电池容量相关不大的电池进行充电。这样也会造成使用的不便。同时大多数充电器的输出参数已固化，要严格按照相关的要求进行使用。而对于非专业型用户，这种操作也存在一定的难度。本文所阐述的充电器则是一种真正意义上的“万能充”，可以实现电池种类、电池电压、电池容量的自动识别，从而可以真正实现“傻瓜”操作。
2.技术方案
新型自动匹配式智能充电器，包括主功率变换电路、采样电路（其中包括电压极性采样电路、电压等级采样电路、电流采样电路）、A/D转换电路、Ｄ/Ａ转换电路、控制开关组合、驱动电路、智能控制电路（MCU）、本地控制和显示电路以及通信接口电路。其特征在于：主功率变换电路将交流市电输入，通过开关拓扑功率电路隔离降压变换为稳定电压的直流输出，为充电的功率输出做准备。MCU作为控制的核心部分，直接通驱动电路或通过D/A转换电路再通过驱动电路，与主功率变换电路的控制电路相联，来控制主功率变换电路的输出电压和输出电流。
MCU与采样电路中的电压极性采样电路相联，来确定接入电池的极性，并通过与之相联的驱动电路来控制与驱动电路相联的控制开关组合中的桥式电子开关电路，执行相应的开关动作，实现输出电压极性的切换。MCU通过A/D转换电路与采样电路中的电压等级采样电路相联，MCU跟踪接入的电池电压来确定接入电池的电压等级，MCU再通过与之相联的D/A电路及与D/A电路相联的驱动电路，来控制主功率变换电路的电压控制电路，实现充电电压的设置。MCU通过A/D电路与电流采样电路相联， MCU通过电流逼近法来确定充电器与电池相匹配的电流，MCU再通过与之相联D/A电路、驱动电路来控制的主功率变换电路的电流控制电路，实现最终充电电流的设置。MCU通过与之相联的通信接口电路，可以与计算机进行通信，实现充电状态的远程监视和充电模式的远程配置。MCU通过与之相联的本地控制及显示电路，实现充电模式配置和相关状态的本地监视。
3.工作原理
如图1所示，新型自动匹配式数字充电器包括了硬件及软件两部分。硬件电路包括功率变换电路、采样电路、A/D转换电路、Ｄ/Ａ转换电路、ＭＣＵ电路、组合开关、本地控制及显示电路、接口电路及驱动电路等。功率变换电路实现市电到直流输出的变换，为充电提供能量的供给。采样电路、组合开关及驱动电路配合ＭＣＵ的软件的运行，实现相应的控制功能。
图1 新型自动匹配式数字充电器原理框图
初始状态下，MCU将控制开关组合的开关均置于关闭的状态，且功率变换电路的输出电压及输出电流的设定值均为“0”，即输出电压及电流均为零。电压极性自匹配采样电路一端与MCU相联，另一端与输出端子相联。输出端子即电池输入端，该端的电压极性的采样信号通过采样电路送给MCU，MCU判定后再通过驱动电路来选择接通控制开关组合中极性控制开关的一种对应极性状态，与接入的电池的电压极性相匹配。充电电压等级匹配采样电路，一端与MCU相联，另一端与输出端子相联。输出端即接入电池的电压等级的采样信号通过采样电路、A/D转换电路送给MCU，MCU判定后再通过D/A转换电路、驱动电路控制与之相联的功率变换电路的电压控制电路，来设置一个与接入的电池的电压极性相匹配的充电电压等级。充电电流自匹配电路，一端与MCU相联，另一端与输出回路相联。当充电压极性、等级匹配完成后，MCU会通过控制与之相联D/A转换电路、驱动电路来控制功率变换电路的电流控制电路，将充电器的输出电流阶段性的从小递增到一个电流值。并结合相应的电池端电压电压变化量，来判定充电电流的最佳值。并通过功率变换电路的电流控制电路，将输出充电电流的限制值点最终调定为该值。
MCU和与之相联的通信接口电路，可以与计算机进行通信，可实现充电状态的远程监视和充电模式的远程配置。MCU和与之相联的本地控制及显示电路实现充电模式配置和相关状态的本地监视。
4. 新型的自匹配式智能型充电器的特点
4.1充电效率高
本充电器在充电电流确定上，采用了智能式电流逼近法，实现了充电电流的最佳匹配，使充电的效率得到了大大的提高，经测试充电时间相对于普通充电器节省了60%。同时由于充电压的良好匹配及温度补偿电路的作用也使电池容量的也得到了最大程度的恢复。
4.2充电安全性强
本充电器的通过MCU对电池的充电流、充电电压及电池的温度进行实时侦测，当某一指标发生非正常偏移，则会立即停止充电，并产生声光报警，若连接有上位计算机，则在计算机中也会产生相应的报警指示。如此则大大提高了电池充电的安全性。
4.3一机多用，性价比高
本充电器可自动匹配多种电池使用，从而可以大大减少了充电器的使用数量，但其生产成本只是比相同容量的普通充电器的2倍，但其使用寿命及性能方面是普通充电器所不能比拟的。所以说具有极高的性价比。
4.4使用便捷
本充电器为高智能机，在使用时只需几个简单的设置，即可进行使用。
对于电子产品不是很了解的用户来说，这是一款非常棒的充电器，也可以称为“傻瓜”型充电器。
4.5采用软件数字化控制，便于产品无损升级
本充电器的控制核心部件为DSC，各种功能大多数通过软件来实现，用软件来实现的优点是：降低硬件成本，调试方便，同时也方便产品的无损升级。
5、结束语
新型的自匹配式智能型充电器具体地说，涉及一种可用于不同种电池，且可以准确自动匹配的数字充电器。本充电器采用完全的智能方式，采用了一些新的电路及新的方法，从而减少了人为干预因素，大大提高了电池的充电安全。同时也会大提高电池的使用寿命。
6、参考文献
【1】杨帮文 编实用电池充电器与保护电路集锦【M】.北京：电子工业出版社 2001
【2】黄可龙 王兆翔 刘素琴 编著 锂离子电池原理与关键技术【M】. 北京：化学工业出版社.2008
【3】魏立峰 王宝兴 等编著 单片机原理与应用技术【M】. 北京：北京大学业出版社.2006
论文作者:刘海波
论文发表刊物:《科技中国》2016年4期
论文发表时间:2016/6/22
标签：电路论文; 充电器论文; 电压论文; 电池论文; 极性论文; 电流论文; 功率论文; 《科技中国》2016年4期论文;