基于UCC3895与PIC单片机的智能充电器的设计

　　0 引言

　　现代通讯设备、电子产品、电动车辆、UPS等普遍采用蓄电池作为电源，然而多数充电设备功能单一，通用性差，维护质量低，导致产品的使用效率大大降低。本文采用UCC3895和PIC单片机，针对常用的铅酸蓄电池，设计开发了一种智能充电器。

　　UCC3895是TI公司生产的专用于PWM移相全桥DC／DC变换的新型控制芯片，可工作于电压模式，也可工作于电流模式，并且可实现输出脉冲占空比从0到100％相移控制，软启动和软停止可按要求进行调节；内置7MHz带宽的误差比较放大器；具有完善的限流及过流保护、电源欠压保护，基准欠压保护、软启动和软停止等功能。

　　PICl6F917型单片机与UCC3895共同组成控制器部分，相对于仅使用单片机作为控制器的方式，具有响应速度快，控制精度高，软件设计简单，运行稳定等优点。

　　l 总体结构

　　如图l，充电器的供电部分采用开关电源，其输入为220V交流市电，整流滤波后，一部分为控制电路的数字器件提供辅助工作电源和参考电压，另一部分经全桥逆变转换为高频交流电，再进行高频整流滤波，为蓄电池提供0～60V脉冲直流电。PIC与UCC3895配合构成闭环控制电路，通过比较用户设定值和采样得到的反馈值，在充电过程中的不同阶段对逆变器进行PWM控制，同时PIC完成显示和报警等功能。

　　2 硬件设计

　　1)主电路设计

　　如图2，充电主电路采用移相控制全桥ZVT-PWM变换技术，利用功率MOS管的输出电容和输出变压器的漏电感作为谐振元件，使FB-PWM变换器四个开关管依次在零电压下导通，实现恒频软开关，减少了开关损耗，可保证变压器效率达80-90％，并且不会发生开关应力过大的问题。

　　2)控制电路设计

　　控制电路分为两部分。第一部分为前级控制器，由UCC3895及其外围电路组成，用来生成PWM脉冲，实现对开关管的控制。第二部分为后级控制器，由PIC和TLV5618及其外围电路组成，实现用户设定、采样、显示、计时、报警、主电路通断等充电过程的管理功能。

　　(1)前级控制电路

　　引脚电路功能分析

如图3，脚1和脚20是误差放大器的反相输入端和同相输入端，其中脚20外接Uc，Uc是后级控制器送来的输出电压控制信号，经隔离后，在这里作为误差放大器的基准电压。脚2为误差放大器的输出端，内接PWM比较器的非反相端，外接EA与l脚。当充电开始时，充电电流较大，取样电流与设定电流比较后接在PWM的非反相端，从而调节PWM输出脉冲宽度；当充电末了，充电电流较小，充电电压变大，2脚依靠误差放大器反馈控制调节PWM输出脉冲宽度。

　　脚3为PWM比较器的反相输入端，外接7脚和取样电流电路。充电初始阶段，充电电流较大，电路工作在峰值电流模式下，反馈信号主要由取样电流提供，它与同相端比较后，调节PWM输出脉冲宽度。充电中后期，充电电流变小，充电电压稳定，电路工作在电压模式下，该端接CT(引脚7)上的锯齿波信号。

　　工作过程原理分析

　　充电器电压信号由传感器取出，加到UCC3895的1脚。充电初期，电池两端电压很低，充电电流很大，电路工作在峰值电流模式下，电压反馈对控制电路影响比较小，这时电路主要靠电流反馈工作，采样电流VI经过比较后加到PWM比较器的非反相端，IA、IB经过整流后加到PWM比较器的反相输入端，由两者的大小调节PWM比较器输出脉冲的宽度(如图4)；充电中后期，电压变大，充电电流变小，电路工作在电压模式下，电压信号加到误差放大器的反相端与设定的基准值比较后送至PWM比较器的非反相端，7脚输出的锯齿波信号接在PWM比较器的反相端，由两者的大小调节PWM比较器输出脉冲的宽度(如图5)。由芯片外围电路可以看出，它具有两个闭环控制调整电路，其一是电压控制闭环电路，电压取样信号加在误差放大器反相端，与后级控制器送来的同相端基准电压比较，产生误差信号，加在PWM比较器反相端。其二是电流控制闭环电路，输出电流取样信号与后级控制器送来的电流信号比较后加在PWM比较器非反相端，它与反相端信号比较后产生控制信号，从而决定输出脉冲的宽度。

　　(2)后级控制电路

　　参数设定与显示部分

　　如图6，PIC的RD0～RD5设为输入，外接6个按键，分别为4个方向键、确定键、取消键，用于接收用户的参数设定值，如电池标定电压、充电电流、充电时间，单片机将这些设定值存储于EEPROM中。RC0～RC7设为输出，外接显示屏的数据端，用于显示当前的工作状态和用户设定确认。

　　采样部分

　　由于PIC的RA0～RA2可同时作A／D通道，用来接收采样的电池电压、充电电流、电池温度，将其转换为十位二进制数存储。其中充电电流通过一个外接检测电阻，转换为电压值线性计算得到，电池温度通过温度传感器TC1047得到。