新型智能充电器设计

关键词:

新型智能充电器设计(精选六篇)

新型智能充电器设计 篇1

1 电路工作原理

这里介绍的新型智能大功率充电器实验原理图如图1所示, 电路由变压器、全桥整流器、单稳触发器以及其他电阻电容元件组成。图中市电通过变压器TR的变压和由二极管VD1-VD4、电容C1组成的全桥整流的滤波过程而变成直流电。三极管VT1是是控制充电的, 它工作于开关状态。三极管VT2、VT3和电容C2构成单稳触发器[1]。普通电阻R6和电位器RP构成了限制电压取样电路, R7是限流取样电阻。

按照电路图正确的连接好实验装置, 下面对电路的工作原理进行详细介绍。

首先, 在充电器处于待机状态时, 如果接通电源, 但不接通电池, 三极管VT2就会因为没有了基极电压而断开, 然后三极管VT1也断开, 这样就不会有电压的输出。这时, 指示灯HR红色LED发光管就会发亮。

其次, 当正确地接通电源和电池后, 电池处于充电状态, 电池中的残余电量可以使三极管VT2形成轻微导通状态, 接着, 三极管VT2的集电极电位下降, 从而使三极管VT1也迅速导通, 致使输出电压升高;由于电容C2的正反馈作用, 电路状态迅速达到稳定。这时, 三极管VT1、VT2都处于导通状态、而另一个三极管VT3则是断开的。于是电池开始充电, 指示灯HG绿色LED发光管发亮。

在普通充电器的正常使用过程中, 会遇到充电的电流高于其本身的额定值, 但却因为不易被发现而认为的及时停止充电, 从而导致了充电器以及电池的损坏, 造成损失。鉴于此, 这里所设计的这种新型的智能充电器采用单稳触发器的单稳态触发的功能可以实现自动的、及时的断开电源可以保护电路元件。

在限流充电时, 即在充电电流大于限定值的情况下, 电流取样电阻R7两端的电压会升高, 三极管VT3的b、e极间电压就呈现高电位, 单稳触发器状态被触发。三极管VT3导通, 而三极管VT1、VT2便断开, 此时充电器就停止充电;当充电器处于断电状态后, 单稳触发器再次自动复位, 从而再次进入充电状态。充电器就这样周而复始地对电池进行脉动充电[2], 同时充电指示灯HG也随之不断变亮变暗, 由于充断电的间歇时间比较短暂, 指示灯HG就呈现闪烁的现象。

随着充电的进行, 电池两端的电压逐步上升, 脉宽不断变窄, 充电电流逐渐变小, 充电指示灯HG的闪烁也逐渐变快变暗。等到电池接近充满的时候, 二极管VD5导通三极管VT3也导通, 同时, 三极管VT1、VT3断开。这样, 充电通电路断开, 充电过程就结束了 (但是在实际充电过程中, 当电池静置时, 电池电压稍微下降, 又会激发充电器对电池进行充电, 即会出现间歇充电现象, 但是看不到指示灯HG的闪烁现象, 这种涓流充电[3]方法有利于延长电池的寿命) 。

2 元器件选择

上述大功率智能充电器采用的元器件大致如下:TR为电源为220V/6V、容量为3V?A的市售变压器。构成全桥整流的二极管VD1-VD4的规格都是IN4001型号的。但是作为开关的二极管VD5采用1N4148型号的。指示灯HR和HG分别是红、绿发光二极管, 用于指示电源状态和充电状态。控制充电是否进行的三极管VT1是采用3AD56C型号的。而组成单稳触发器的三极管VT2、VT3则分别采用的是9013和9014型号的。

其他的电路元件则依据实验原理图进行选择。

3 调试过程

在调试装置安装无误后, 按照以下步骤调试:首先, 把电容C2、C3断开, 并在输出端并联一个220μF左右的电解电容, 则现在的电路就相当于一个可调稳压电源。然后, 在不接电池的情况下, 仅仅把电源接通, 此时, 指示灯HR红色发光管变亮;接着, 将三极管VT3的b、e两极进行短接, 那么, 此时的充电指示灯HG绿灯发光管就发亮, 在绿灯亮后用万用电表测出输出端电压, 并记录下数据;下一步就是调试电位器RP, 逐步细心调试, 以便让输出电压等于充电电池的电压, 最后, 接回电容C2、C3就可以了。

4 结语

本文设计的这种新型智能大功率充电器, 在调试后证明了它是一种便捷、安全、耐用的智能充电器, 解决了电池在充电式时由于欠压或者过度充电造成的损害的问题, 较为有效的保护了电池以及电路, 同时节约了电力资源。另一方面, 这种充电器的构造并不复杂, 成本也并不高, 所以这种新型智能大功率充电器是一种较为理想的充电器, 值得推广使用的。

参考文献

[1]方志鸣.关于一个单稳态触发器的讨论[J].安徽师大学报 (自然科学版) , 1994, 3, 34 (1064) :111~113.

[2]王坚.慢脉冲快速充电加速铅酸电池寿命测试的研究[J].电池, 2010, 8, 35 (4) :288~289.

新型高性能锂电池充电器的设计方案 篇2

整个充电器在工作模式下消耗不足100μA的典型电流,而处于静止状态(即锂电池不处于充电状)时典型消耗电流不到20μA。

1.2 对DS2770芯片功能与特点作一介绍

DS277是一款集成了电池电量计量和锂离子或镍基电池充电控制器的新型芯片, 其框图见图2所示。它还包含一个可选择的25mΩ检测电组,用来实现充电电流测量。内置的测量电路能检测电压和温度值,作为充电终止的判据和安全充电环境的判据。所有测量结果保存在16字节的SRAM存储器中,它的40字节的EEPROM留给用户使用。与主系统所有信息交换都通过它的标准的l-Wire通信接口实现。该芯片为低功耗,工作状态耗电仅为80μA,静态消耗电流为0.5μA,

其引脚功能说明:

UV: 当电池电压检测为低值时的输出端,其低电平有效.

CC: 充电控制输出,其低电平有效.

Vch: 充电电压输入.

SnS: 电流捡测电阻连接端.

Vdd与Vss:芯片电源端

Vss: 地端

DATA:数据输入/输出端

LS1与LS2: 电流检测输入端.

Vin: 电池电压检测输入

2 关于充电组合电路的保护特性

见图1中部.应用外接的二只N沟道MOSFET保护管(IRF840)VP3与VP4和DS2720芯片来实现对单体Li+或锂聚合物电池安全保护. 即可以达到保护电池免受过量充电、过量消耗、过高放电电流以及过高温度损害等安全特性。DS2720具有细小电流充电功能,可恢复已深度放电的电池。用主系统软件还能够通过DS2720与DS2770芯片的DQ引脚检测到电池产生故障的原因并由主系统向用户汇报。

需要指出的是MOSFET 管被接在了充电组合电路的高端,位于充电电源和Li+电池正端之间,见图1所示. 为确保其数据在发生保护性故障或当充电组合电路处于休眠模式时不丢失,最好由Li+或锂聚合物电池直接给DS2770和DS2415供电。否则的话,当MOSFET被关掉时数据将丢失。该DS2720芯片为低功耗,工作状态耗电仅为12.5μA,静态消耗电流为1.5μA.

其DS2720其引脚功能:

PLS电池组的正端输入

PS: 系统(功率)开关捡测输入,低电平有效。

DQ: 数据输入/输出.

CP: 电量储存容量.

CC: 充电控制输入

DC: 放电控制输出.

3 关于充电与控制

DS2770的功能之一是利用简单的限流型电源给电池充电,.通过控制外部PNP晶体管(VP1(FMMT718型)和VP2(4403型),DS2770能以恒定电流给Li+或锂聚合物基的电池组进行充电,直到电压上升到工厂没定的4.1V或4.2V限值。然后,它以脉冲充电方式注满电池。

DS2770还提供了一 ・个辅助的充电终止控制,即当电池温度超过+50℃或超过用户设定的最大充电时间均能终止充电。要启动充电,只需接・个限流型电源(最高15V)到chargesource端即可。

(本网网收集整理)

4 关于充电电量计数

DS2770也可用作一个高精度电量计。电流测量通过一个内部的25mΩ检测电阻实现(见图2所示),其最低分辨率为62.5μA,动态范围高达±2A的平均电流。

在GSM/CDMA应用中,DS2770可十分容易地跟踪放电电流,它内部的自动补偿功能可在芯片整个工作范围之内保持测量的精确度,并能对所累加的电流、电压和温度进行实时测量,再加上保存于DS2770内EEPROM的电池特性数据,使得主系统处理器能够精确计算出电量,同时仅消耗很少的系统资源。而且由于DS2770直接由电池驱动,电量计数信息在电池组被拿开或由于保护性故障电源失效时不会被丢失。

5 实时时钟RTC

DS2415为主系统提供了一个精度达2分钟/月的RTC。它需要一个32.768kHz/6pF的外部晶体连接到DS2415的Xl和X2引脚。由于DS2415直接由电池供电,这是种结构是其它充电器电路所没有的优势。而将DS2415时钟置于MOSFET管的内侧,可以为主系统提供 一个高精度保障的时钟,甚至当主系统电源失去时也可以保持正确的时间信息,免去了在主系统中增加超级电容或纽扣电池作为备用电源的麻烦。

DS2415引脚功能:

Vbat充电电压输入脚2.5v.-5.5v.

其它类似上述也标明.

6 电池组信息的保存

DS2770含有40字节的EEPROM留给用户访问,而DS2720又额外增加了8个字节。电池组制造商可以利用这些空间保存相关的电池组信息,例如电池化学类型,组装日期,用于电量计数的电池特有信息等,一旦写入EEPROM将永久锁定,甚至于当主系统电源丢失和ESD事件发生时仍能保证数据的完整性.此外,每个芯片具有一 个唯一 ・的64位序列码,以便于让主系统或充电器识别。

结束语

按此方案实施的高性能锂电池充电组合路

新型多功能充电宝的设计 篇3

【关键词】多功能充电宝 U盘pc板 蓝牙模块 充电电池 主控芯片 USB

随着社会信息化的普及,越来越多的电子产品受到人们的青睐如大屏智能手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机等,已成为人们生活工作不可分割的一部分。而怎样能保持各种电子设备的有电正常使用,成为了消费者们新的问题。而本文介绍的多功能充电宝就是根据消费者所担心的问题进行设计的一款即能为各种电子产品进行充电,又能使数据进行无线蓝牙传输和保存的集多功能于一身的商务学习伴侣,即携带方便又安全可靠适用于实际生活。

一、多功能充电宝的工作原理

在本次设计中利用多功能充电宝的充电电池能够方便为电子设备供电和储存数据而方便服务消费者的目的。整个装置由充电电池、蓝牙模块、U盘pc板、开关按键、LED装置构成。该系统是利用充电电池能够充电并储存电能的原理,在使用前通过数据线对电池进行充电,当商务外出或者旅游时需要给电子设备充电时就可以把相应的电子设备连接到充电宝上,随时随地方便可靠的为各种电子设备充电。该系统还具有优盘功能,可以进行数据蓝牙无线传输和有线传输并且储存。通过更改U盘的驱动程序添加蓝牙模块的驱动程序,使其兼容USB和蓝牙。当进行大数据传输时可以按照一般的传输形式即数据线连接相关设备到多功能充电宝上进行传输,还可以在进行小数据传输或者没有数据线时运用蓝牙无线传输。本系统中蓝牙优盘驱动模块是低成本、低功耗、高效率方便灵活,可以通过本设备自身的充电电池进行充电。

二、系统各部分组成及工作原理

(一) U盘pc板

U盘的储存原理是把二进制数字信号转化为复合二进制数字信号(加入分配、核对、堆栈等指令)读写到USB芯片适配接口,通过芯片处理信号分配给EPROM2储存芯片的相应地址储存二进制数据,实现数据的储存。EPROM2数据储存器,其控制原理是电压控制栅晶体管的电压高低电位,栅晶体管的结电容可长时间保存电压值。它主要由USB插头、主控芯片、稳压IC(LDO)、晶振(时钟电路)、闪存(FLASH)、PCB板、帖片电阻、电容、发光二极管(LED)等构成。从组成结构上看主控是和flash储存芯片沟通的桥梁,并且他们都需要晶振,主控在一定频率下工作,主控工作需要时钟电路。

(二)蓝牙模块

蓝牙,是一种支持设备短距离通信的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM频段,其数据速率为1Mbps。采用时分双工传输方案实现全双工传输。Bluetooth技术在2.4GHz波段运行,该波段是一种无需申请许可证的工业、科技、医学无线电波。所以本设备除了设备费用外,不需要为使用蓝牙技术的而付出额外费用,一般采用最新版本蓝牙4.0。

U盘和蓝牙技术都已经比较成熟,而电源即用自身的充电电池提供,两者结合的蓝牙优盘是完美的,蓝牙速率最高可达1Mbps。利用手机、电脑、相机等蓝牙功能和本设备蓝牙相配合可以对优盘内容进行管理。如图 U盘主控芯片和蓝牙模块的连接。

(三)充电电池

本设备所用充电电池是人们常说的充电宝。“充电宝”(Charger Baby)是指可以直接给移动设备充电且自身具有储电单元的装置。目前市场主要品类基本都配置标准的USB输出,基本能满足市场常见的移动设备。充电宝自身的充电插头直接通过交流电源可以对移动设备充电,相比备用电源而言可以简化一个充电插头的装置,而相比于充电器它又自身具有存电装置,可以在没有直电源或外出时给电子产品提供备用电源。出于效率、安全、可靠和科技进步的考虑,本设备的充电装置使用性能高的脉冲充电。脉冲充电宝:采用CMOS电子开关,通过控制开关的时间和频率进行降压、恒流充电。中间控制过程需要通过CPU端口检测所要控制处的数据进行计算反馈调节PWM的宽度或频率完成充电过程。所有手机充电器其实都是由一个稳定电源加上必要的恒流、限压、限时、过冲等控制电路组成。原装充电器(指线充)上所标注的输出参数:比如输出4。4V/1A、输出5.9V/400mA就是指内部稳压电源的相关参数。

(四)USB

通用串行总线(英语:Universal Serial Bus,缩写USB)是连接计算机系统与外部设备的一个串口总线标准,也是一种输入输出接口的技术规范,被广泛应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品,并扩展至摄影器材、数字电视(机顶盒)、游戏机等其它相关领域。USB采用四线电缆,其中两根是用来传送数据的串行通道,另兩根为下游(Downstream)设备提供电源。USB总线接口处理电气层与协议层的互连,USB系统用主控制器管理主机与USB设备间的数据传输。

三、结束语

多功能充电宝的设计基于蓝牙、优盘和充电宝技术,进行巧妙结合,使各部分器件得以充分发挥作用。各器件经过电路的合理设计后进行有效的组合,使设备可安全可靠使用。

参考文献:

[1]《USB应用开发技术大全》 薛圆圆 主编 华清远见出版

[2]《嵌入式系统开发技术与应用》 路莹 彭健钧 主编 清华大学出版社

镍氢电池智能充电器的设计 篇4

作为一个好的充电器设计, 必须能够实时地对充电电路的电压, 电流这些关系到充电过程好坏的参数进行检测, 同时针对这些参数的变化调整充电的电流, 电压。只有这样才能保证延长充电电池的使用寿命, 同时又能快速地充满电池。

本系统的主要控制部分由ATmega16来承担, 单片机产生PWM输出, 控制MOS管的导通从而通过BUCK电路为充电电路产生脉冲电压, 再对电压, 电流进行采样, 通过单片机内部进行A/D转换, 得到所需的数据, 再根据这些数据调整PWM的占空比, 控制BUCK电路的输出电压, 从而完成了对充电电路的控制。

本系统的硬件核心部分是对BUCK电路的控制 (如图2) , 由单片机以固定的频率输出的PWM信号经过三极管Q1的放大后, 控制MOS管Q2的开关切换, 并利用调整PWM的占空比来调整Vo的大小, 有如下公式

Vo/VDC=D

(D为PWM的占空比)

当MOS管导通时, 电容通过电感被充电 (电感也吸收了能量) 。当MOS管断开时, 电感试图保持电流, 从而导致电流流过二极管、电感和电容。这就是一个工作周期。如果减少占空比开通时间减少, 断开时间增加, 输出电压也将下降。反之输出电压将增加。在占空比为50%时buck变换器的效率最高。

利用二极管D2的反向截至特性防止充电电池对单片机进行供电。

系统的检测电路的硬件构成如 (图3) , 由单片机的控制信号“Dis Charger”控制三极管Q3的导通截至, 当截至时对充电电池充电, 信号“Voltage”送单片机ADC通道0, 求出充电电压, 通过电阻R7两端的电压信号经运算放大器放大后送ADC通道1, 得到电压后除以R7的阻值后求出充电电流。

由于镍氢电池仍然存在一定的记忆效应, 对于电量尚未使用完的电池, 充电前应该先按键“KEY_2”, 由单片机的控制信号“Dis Charger”控制三极管Q3导通, 对电池放电, 以免使电池产生记忆效应。

充电池的温度信号由装在电池盒中的18B20采集后送单片机端口PA2。

二、智能充电器的软件设计

本系统电池充电过程分为预充电、快速充电、涓流充电三个阶段。预充电阶段电池应先用小电流充电, 电池的温度有所提高后, 转入快速充电阶段, 快速充电是用大电流充电, 电池的大部分电能在这一阶段恢复。当ΔV/Δt=0时, 转入涓流充电阶段, 如果没有发生温度和电压超出极限值, 则一直保持该状态, 直至最大充电时间为90分钟, 指示灯闪烁表示电池已充好。

预充电阶段大约4分钟, 第一分钟以0.1C的电流充电, 第二分钟以0.3C的电流充电, 第三分钟以0.5C的电流充电, 第四分钟以0.7C的电流充电。

快速充电阶段从第5分钟开始, 充电的电流为1C。在这一过程中充电器会每隔一分钟检测一次温度, 每隔一秒钟检测一次电压。这些数据将与上一次数据进行比较。一旦电池电池的电压不再变化, 进入涓流充电阶段。

涓流充电阶段。充电的电流为0.025C。并开始最大充电时间计时, 90分钟后自动切断充电电路。

一种多功能智能充电器设计 篇5

充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域用途广泛,特别是在生活领域被广泛用于手机、相机、玩具、便携设备等常用电器。普通充电器功能单一、针对性强。充电电池种类较多,每一种电池需要配一种充电器,因此用户经常购置较多的充电器,导致资源浪费,而且普通充电器因为功能不完善或使用不当导致充电电池寿命降低,甚至出现安全事故,废旧电池对环境会造成很大污染。本文介绍的充电器是基于AVR MEGA16单片机为核心智能控制,利用该单片机内部的A/D采样电池电压判断电池类别,然后通过I/O口控制芯片LM2576实现充电功能。本充电器具有智能判别、智能充电、智能控制的优势,还加入了反接保护和过充保护功能,充电状态液晶显示,充电过程清晰明了,人机交互性能优良。

1 系统硬件结构

如图1所示,本系统由供电电路、微处理器、显示电路、充电电路、电池判断电路、反接保护电路等6部分构成。以下重点介绍微处理器电路和充电电路。

1.1 微处理器

微处理器采用爱特梅尔半导体公司的AVR MEGA16型单片机,这是一款高性能的8位RISC微控制器。芯片内部有8位和16位的计数器定时器(C/T),可作比较器、计数器、外部中断和PWM(也可作A/D)用于控制输出。运用Harvard结构概念,具有预取指令的特性,即对程序存储和数据存取使用不同的存储器和总线。采用CMOS工艺技术,高速度(50ns)、低功耗、具有SLEEP(休眠)功能。AVR的指令执行速度可达50ns(20MHz)。采用该芯片的A/D,加一些高精密采样电阻和旁路电容组成电池判断电路。

1.2 充电电路

充电功能电路如图2所示。图中由LM358的两个运算放大器构成的比较电路加上外围器件构成了充电功能电路。比较器2、RP3、RP4构成电压控制电路,直接作用于LM2576的反馈端。当电池判断为NI-MH电池时,RP4构成的基准电路控制输出电压为2.86V,当电池判断为L电池时单片机控制打开Li口控制,RP3构成的基准电路控制输出电压为8.4V。由于LM2576芯片内置了反馈,所以直接改变反馈端口电压即可改变输出电压大小。恒流充电时的恒流是通过限流的方法实现的,电路由比较器1、RP1、RP2构成。比较器1与比较器2基本原理相同,只是在输出端口通过功率电阻将电流转换为电压进行控制,通过对电压的控制实现对电流的限制,从而达到恒流的目的。脉冲式恒流充电电流实现是通过单片机每隔一定时间打开MCU--1C端口,当MCU--1C端口为高低电平时,输出电流变0.3C,MCU--1C端口为低电平时,输出电流为0.1C,从而实现电流交替变化达到脉冲式恒流的目标。如图3所示。

由图3可以看出,脉冲式恒流充电电流不是单一的0.3C或者单一的0.1C,而是以脉冲的交替方式进行充电。这样可以对电池起到最大的保护作用,延长电池的使用寿命。

1.3 电池判断与极性检测

(1)电池判断原理

如表1所示,我们日常生活实际使用的电池为NI-MH/Ni-Cd、LI电池三种,其中NI-MH/Ni-Cd电池充电方式相同,所以归为一类。单节NI-MH/Ni-Cd电池电压为1.2V,欠压点为1V,当使用时电压低于1V时电池已经不能正常使用。当电池电压下降为0.8~1V时电池已经接近损坏需要启动修复充电;单节LI电池电压为3.7V,欠压点为2.5V,当使用中电压低于2.5V时电池已经不能正常使用。当电池电压下降为2~2.5V时电池已经接近损坏,需要启动修复充电。所以根据两种电池特性我们设计当电池电压为0.6~4V时为NI-MH/Ni-Cd电池,当电池电压为4~9V时为LI电池。

(2)反接保护原理

在输出口正负端各接有一个光耦,电池没有接入时光耦传回的信号为两个低电平,当有电池接入时其中一个光耦传回的信号为高电平。当电池正接时输出端口正端的光耦传回的信号为高电平,负端口传回的信号为低电平。当电池反接时,输出端口负端的光耦传回的信号为高电平,输出端口正端传回信号为高电平。MCU通过判断光耦传回的电平高低就可以判断电池接入与否以及电池是否反接。

2 系统软件介绍

图4软件程序流程图(参见右栏)

图4清晰地展现了主程序的流程,首先开机后对所有使用到的I/O口进行初始化,包括内置ADC电路的初始化和其他寄存器的初始化。然后显示开机画面,开机默认关闭反接保护电路和充电电路,然后进入等待电池状态。电池接入,如果电池反接,蜂鸣器报警,不打开反接保护,电池正接,打开反接保护电路和充电电路,然后进入电池状态判断程序,根据状态选取相应的充电方式,控制充电电路进行充电,由电压电流采集电路实时对电池状态进行采集。在收集到的信息反映出电池快充满时,用涓流充电一段时间后,关闭充电电路防止过充。整个主程序脉络清晰,配合硬件电路完全实现了充电器的所有功能。

3 结束语

智能通用型液晶显示充电器功能完善、设计新颖,解决了传统充电器功能单一使用不方便的问题,能延长充电电池使用寿命,具有广阔的市场前景。

参考文献

[1]周志敏.充电器电路设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[2]王鸿麟.智能快速充电器设计与制作[M].北京:科学出版社,2003.

基于AVR的智能充电器系统设计 篇6

随着科技的发展, 越来越多的电子产品走进我们的日常生活, 专供家庭使用的小容量蓄电池也越来越受到人们的认可。然而, 由于电池在充电时经常发生过充、充电不足等问题, 严重影响了蓄电池的寿命, 这不仅浪费资源, 而且污染环境。针对此问题, 我们基于AVR设计了智能充电器系统, 此系统实时监测电压、电流及温度, 不仅保护电池, 并且延长了蓄电池的使用寿命。

2系统设计方案

本系统控制芯片选用高性能、低功耗的8位AVR微处理器, 具体型号为Atmega32。本芯片自带8路10位ADC, 电流、电压检测电路可以通过ADC直接反馈给AVR单片机, 无需附加其他AD芯片, 方便应用同时转换精度较高。由AVR单片机产生PWM控制BUCK电路, 进而调整充电电池在不同时期的电流大小, 使整个系统更加安全、稳定、高效。针对镍镉电池常用的控制技术有:电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术、-∆V检测技术等。本系统采用温度控制与-∆V检测技术相结合的方法, 更加高效的给电池进行充电。系统解构框图如下。为了防止镍镉电池的记忆效应, 我们在智能充电的第一阶段进行放电, 放电截止电压选做0.9V;第二阶段, 我们采用120C电流预充电, 充电十分钟;第三阶段, 我们采用12C电流快速充电, 充电约2.5小时, 终止判断为检测到电压负增长或温度正增长较快速度达到1-2°Cmin;第四阶段, 我们采用0.1C涓流充电, 充电时间十分钟。在充电过程中, 我们同时采用过压保护和过热保护, 当充电电池端电压高于1.45V, 或者电池温度高于60℃时, 充电自动终止。

3硬件电路

3.1电源

电源部分, 我们采用开关稳压器进行稳压, 与线性稳压芯片相比, 开关稳压芯片具有转换效率高, 发热低等优点。LM2576系列开关稳压集成电路是线性三段稳压器件的替代品, 它具有可靠地工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力, 从而为系统稳定、可靠地工作提供了强有力的保证。同时我们利用2A熔断丝对电路进行保护, 防止线路短路产生大电流, 烧坏器件。

3.2 AVR主控电路与JTAG下载 (如图3)

ATmega32是具有32kb系统内可编程Flash的8位AVR微控制器, 它具有高性能、低功耗等特点, 同时具有8路十位ADC, 方便我们进行电压, 电流, 温度测量值的读取, 无需单独外扩AD转换电路, 节省资源。

我们采用JTAG在线编程方式, 简化操作流程, 加快工程进展。

3.3充放电电路

降压斩波电路使用一个全控型器件Q3, 为在Q3关断时给负载中的电感电流提供通道, 设置了续流二极管D 3, AVR通过输出PWM波, 控制Q3的导通时间为Ton与关断时间Toff, 进而控制输出电压U, 且有如下关系

上式中E为电源提供电压VDD。由此可知, 输出到电池的电压平均值U最大为VDD, 若减小PWM导通时间可以减小输出电压。电池电流平均值为

其中E0为电池端电压, R为电池内阻。

放电电路由ATmega32的DisCharge1控.制, 在放电阶段, 充电电路关闭;同样, 在充电阶段, 放电电路关闭。

3.4检测电路

检测电路分两部分, 一部分为由TL062运算放大器组成的放大检测电路, 另一部分是由DS18B20组成的温度检测电路。我们用TL062组成同相放大器, 基本模型如下(如图5)。

根据理想运放的输入电压为零的特性并应用KVL得

再根据理想运放输入电流为零特性得到

由公式2.3, 2.4与2.5得同相放大器的输出电压与输入电压关系为

由公式2.6我们可以得知电压检测放大倍数为两倍, 但是由于R3与R1的分压效果, 检测电压值为实际充电电池端电压。电流检测电路放大倍数为10倍。

温度检测我们采用单线接口方式工作的DS18B20进行采集, 它具有测温范围广, 硬件结构简单, 控制方便等优点。

3.5显示电路

显示模块, 我们采用LCD1602实时显示充电电流, 用LED灯显示工作状态, 其中绿灯为正常充电状态, 红灯为充电已完成。

4控制思想

在智能充电的过程中, 我们通过调整PWM占空比可以保持充电电流稳定, 因此对于充电时间我们可以进行如下预估, 方便控制系统的建立。

镍镉电池的充电时间计算公式为:

其中Q为电池容量, I为充电电流, T为所需充电时间, 为经验常数, 此处我们选为1.3。

因此当我们采用0.5C恒流充电时, 可以计算出充电时间T为2.6小时。

在时间调整的过程中, 我们采用电压、电流实时监测技术, 进而实现了智能充电系统电压、电流的双闭环控制, 保证了充电系统的安全运行, 并且使镍镉电池的使用寿命延长, 同时有效的减弱了镍镉电池的记忆效应。

5结语

本系统根据镍镉电池特性曲线, 通过对充电电流的精确控制, 实时监测温度, 电压, 对充电电池进行全方位保护, 防止了线路短路, 器件损坏, 误操作等可能对充电系统及充电电池带来的损害, 同时有效的提升了电池的使用寿命, 消弱了记忆效应对电池的影响。实验证明, 本系统结构简单, 功能齐全, 成本低, 可靠性高, 具有一定的实用价值。

参考文献

[1]王兆安, 刘进军.电力电子技术:机械工业出版社, 2009.

[2]陈希有.电路理论基础.高等教育出版社, 2008.

[3]戴晟晖.从零开始学C语言.电子工业出版社, 2011.

[4]铃木雅臣.晶体管电路设计.科学出版社, 2012.

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