3V電池充電器的電路課程設(shè)計(jì)

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1、西京學(xué)院機(jī)電工程系畢業(yè)設(shè)計(jì) 序言 社會(huì)信息化進(jìn)程的加快對(duì)電力、信息系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了更高的要求。在人們的生產(chǎn)、生活中，各種電氣、電子設(shè)備的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切，越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)、控制、信息等重要數(shù)據(jù)都要由電子信息系統(tǒng)來(lái)處理和存儲(chǔ)。而各種用電設(shè)備都離不開(kāi)可靠的電源，如果在工作中間電源中斷，人們的生產(chǎn)和生活都將受到不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。 對(duì)于由交流供電的用電設(shè)備，為了避免出現(xiàn)上述不利情況，必須設(shè)計(jì)一種電源系統(tǒng)，它能不間斷地為人們的生產(chǎn)和生活提供以安全和操作為目的可靠的備用電源。為此，以安全和操作為目的的備用電源設(shè)備上都使用充電電池。這樣，即使電力網(wǎng)停電，也

2、可利用由充電電池構(gòu)成的安全和操作備用電源，從容地采用其他應(yīng)急手段，避免重大損失的發(fā)生。而對(duì)于采用充電電池供電的用電設(shè)備，從生產(chǎn)、信息、供電安全角度來(lái)說(shuō)，充電電池在系統(tǒng)中處于及其重要的地位。特別是鎳氫電池具有良好的充放電性能，可隨充隨放、快充深放，無(wú)記憶效應(yīng)，不含鎘、鉛、汞等有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，被稱為綠色電池?；谶@些特性，所以鎳氫電池得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。鎳氫電池充電器是為鎳氫充電電池補(bǔ)充能源的靜止變流裝置，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)用電系統(tǒng)的安全性和可靠性指標(biāo)。 本論文從充電器的結(jié)構(gòu)和要求，充電器的原理，充電器的電路設(shè)計(jì)，3v鎳鎘電池充電過(guò)程以及充電器保護(hù)等方面，多角度地闡述了

3、充電器技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用。 由于本人水平有限，論文中難免存在疏漏之處，敬請(qǐng)老師批評(píng)指正。 第一章 充電器的簡(jiǎn)介 充電器通常指的是一種將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電的設(shè)備。充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機(jī)、相機(jī)等等常見(jiàn)電器。充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。在以蓄電池為工作電源或備用電源的用電場(chǎng)合，充電器具有廣泛的應(yīng)用前景。 充電器有很多，如鉛酸蓄電池充電器、鎘鎳電池充電器、鎳氫電池電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護(hù)電路多功能充電器、、車(chē)充電器等。 1.1充電器的構(gòu)成及分

4、類 1.1.1充電器的構(gòu)成 1、外殼 　　2、輸入線、輸出線 3、線路板、散熱片、各種電子元器件（電容、電阻、單片機(jī)、光藕、MOS管、二級(jí)管、三級(jí)管、開(kāi)關(guān)管 圖1-1 1.1.1充電器的分類 1.充電器按能源使用方式分類 　　 普通充電器：用普通家庭用電等通過(guò)變壓器提供能源。 　 太陽(yáng)能充電器：利用太陽(yáng)能面板收集太陽(yáng)能。 線充電器：利用電磁耦合等原理 。 手搖充電器：利用人力。 2.充電器按使用產(chǎn)品的種類分類 　 手機(jī)充電器、 筆記本充電器、 電動(dòng)車(chē)充電器 、大型充電機(jī)等、 相機(jī)充電器、 電動(dòng)玩具充電器。 3.充電器按使用方式分類 高級(jí)商務(wù)充：

5、商務(wù)旅行充電器，充電速度快而且十分安全，價(jià)格較一般充電器稍高。 座式充電器：外型獨(dú)特、新穎美觀、攜帶方便，適充容量200-3000mAH的鋰離子(LI-ION)鎳氫(NI-Mh)手機(jī)電池充電，內(nèi)置智能識(shí)別電路，能自動(dòng)轉(zhuǎn)換充電器輸出極性以適用電池正負(fù)極，充電效果極佳，是家居/旅行時(shí)手機(jī)的理想伴侶。 　 USB充電器：帶USB輸出接口，保給MP3/4、數(shù)碼相機(jī)等充電。 　 線式充電器：一般手機(jī)的直充。 車(chē)載充電器：以車(chē)上通用電源為供電裝置的充電器。 1.3充電器的結(jié)構(gòu)框圖 早期的充電器是沒(méi)有處理器的,它主要由充電器集成電路及電源部分組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，引腳也較多。一般的功

6、能較完善的充電器結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2 AA線右邊所示。 圖1-2 充 電 器 結(jié) 構(gòu) 框 圖 第二章 充電器電路設(shè)計(jì) 2.1電池充電控制芯片的選擇 2.1.1 MAX846A芯片的簡(jiǎn)單介紹 1.MAX846A的引腳功能 Maxim公司生產(chǎn)的MAX846A是一種低成本、多功能的電池充電控制器，采用16引腳的QSOP封裝形式，可對(duì)鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池進(jìn)行充電。MAX846A的引腳排列如圖4-1所示，主要引腳功能如下： ① DCIN：外部直流電源輸出端，3.7～20V。 ② VL：3.3V、20mA 、1％線形調(diào)節(jié)器輸出端。 圖2-1 MAX846A

7、的引腳排列圖 ③ CC1：電流調(diào)節(jié)環(huán)補(bǔ)償端。 ④ CCV：電壓調(diào)節(jié)環(huán)補(bǔ)償端。 ⑤ VSET：懸浮電壓參考調(diào)整輸入端。 ⑥ ISET：電流設(shè)置輸入及監(jiān)控端。 ⑦ OFFV：電壓調(diào)節(jié)環(huán)禁止端。 ⑧ CELL2：編程充電電源數(shù)目端。 ⑨ BATT：電池輸入端。 ⑩ CS＋：電流源放大器高壓輸入端。 CS－：電流源放大器低壓輸入端。 DRV：外接三極管基準(zhǔn)門(mén)控輸入端。 2.MAX846A的內(nèi)部結(jié)構(gòu) MAX846A多功能電池充電控制器由3.3V高精度、低壓差線性穩(wěn)壓電源以及高精度電壓基準(zhǔn)源、電壓電流調(diào)節(jié)器三部分構(gòu)成。線性穩(wěn)壓電源輸出電壓VL為基準(zhǔn)電壓的兩倍，可為外部負(fù)載提

8、供20mA的電流。低壓差穩(wěn)壓電源有短路保護(hù)功能，PWROK(Power-OK)為微控制器提供復(fù)位信號(hào)并可控制鎳氫電池的充電電流。 高精度電壓基準(zhǔn)源為鎳氫電池提供精確的浮充電壓，它與一個(gè)精度為2%的20k電阻相連接，使浮充電壓可以通過(guò)一外部電阻進(jìn)行設(shè)置。外部電阻應(yīng)具有1%的精度，因?yàn)橥獠侩娮柚苯佑绊懜〕潆妷旱木?，而浮充電壓的精度直接?duì)鎳氫電池的壽命及容量產(chǎn)生影響。 電壓電流調(diào)節(jié)器由高精度衰減器、電壓環(huán)路、電流環(huán)路和電流檢測(cè)放大器組成。通過(guò)對(duì)衰減器的設(shè)置使輸出電壓穩(wěn)定在一節(jié)鎳氫電池電壓或兩節(jié)鎳氫電池電壓的水平。電流檢測(cè)放大器用于檢測(cè)鎳氫電池的高端電流，它實(shí)際上是一個(gè)跨導(dǎo)放大器，可將外部限流電

9、阻RCS兩端的電壓轉(zhuǎn)換成電流，并將此電流作用于外部負(fù)載電阻RISET的低端電壓增大或減小ISET端的電流調(diào)節(jié)充電電流。電壓和電流環(huán)路分別由連接在CCV和CCI端的外部電容進(jìn)行補(bǔ)償校正，兩個(gè)環(huán)路的輸出通過(guò)邏輯“或”后，驅(qū)動(dòng)一只漏極開(kāi)路的溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的有源負(fù)載。采用MAX846A芯片設(shè)計(jì)的充電器的外部電路，由P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管或PNP晶體管調(diào)整器件與零件構(gòu)成。 2.1.2 MAX712芯片的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與編程方法 MAX712系列是Maxim公司生產(chǎn)的快速充電管理芯片，MAX712在檢測(cè)到du/dt變?yōu)榱銜r(shí)終止快速充電模式，而MAX713是在檢測(cè)到du/dt變?yōu)樨?fù)值時(shí)終止快速充電模式。

10、MAX712和MAX713都通過(guò)適當(dāng)?shù)脑O(shè)置給1～16節(jié)鎳氫電池充電，具有線性或開(kāi)關(guān)模式功率控制功能。對(duì)于線性模式，在鎳氫電池充電時(shí)能同時(shí)給鎳氫電池的負(fù)載供電。MAX712能根據(jù)電壓剃度、溫度或時(shí)間截止快速充電，自動(dòng)從快速充電方式轉(zhuǎn)到涓流充電方式。不充電時(shí)，鎳氫電池上的最大漏電流僅為5mA。 1.器件封裝及型號(hào)選擇 圖2-2 MAX712/MAX713的引腳排列方式 表2-1 MAX712/MAX713的引腳符號(hào)和功能 引腳符號(hào) 引腳功能 VLIMIT 設(shè)置鎳氫電池的最大電壓VLIMIF，鎳氫電池組的最大電壓Em不能超過(guò)VLIMIFn(鎳氫電池?cái)?shù)量)，單位為V，且VLIMI

11、F接V+時(shí)，Em=1.65nV。通常將VLIMIF端與REF端接在一起 BATT+ 鎳氫電池組正極 PGM0 可編程引腳 PGM1 可編程引腳。通過(guò)對(duì)PGM0和PGM1端電壓的設(shè)定可設(shè)置充電鎳氫電池的數(shù)量(1～16) THI 溫度比較器的上限電壓控制端。當(dāng)TEMP端的電壓上升到該端電壓時(shí)，快速充電過(guò)程結(jié)束 TLO 溫度比較的下限電壓控制端。充電初始，當(dāng)TEMP端的電壓低于TLO端的過(guò)程電壓時(shí)，快速充電被禁止，直到TEMP端的電壓高于TLO端的電壓為止 TEMP 溫度傳感器輸入 漏極開(kāi)路的快速充電邏輯電平輸出端(負(fù)邏輯)，外接上拉電阻。在快速充電時(shí)此端為低電平，在快

12、速充電結(jié)束或轉(zhuǎn)入涓流充電狀態(tài)時(shí)此端變成高電平 PGM2 可編程引腳。通過(guò)對(duì)PGM2和PGM3端電壓的設(shè)定可設(shè)置快速充電的最大允許時(shí)間(33～264min) PGM3 可編程引腳。除設(shè)定快速充電的最大允許時(shí)間外，還可設(shè)定快速充電和涓流充電的速率 CC 電流環(huán)路的補(bǔ)償端 BATT- 鎳氫電池組負(fù)極 GND 系統(tǒng)地 DRV 驅(qū)動(dòng)外部PNP管的引出端 V﹢ 內(nèi)部+5V并聯(lián)穩(wěn)壓的引出端，該端電壓對(duì)于BATT-端為+5V，為芯片提供分路電流(5～20mA)，電源電流最小值為5mA REF 內(nèi)部2.0V基準(zhǔn)電壓源的輸出端,可提供1mA的輸出電流 2.MAX712的結(jié)構(gòu)

13、 圖2-3 MAX712的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 由圖2-3可知，MAX712的內(nèi)部電路主要包括：定時(shí)器、電壓斜率檢測(cè)器(內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換器)、+5V并聯(lián)穩(wěn)壓器、上電復(fù)位電路(R1、C0和反相器F)、控制邏輯、電流和電壓調(diào)節(jié)器(內(nèi)含電流比較器和電壓比較器)、鎳氫電池比較器、溫度比較器(過(guò)溫度比較器、欠溫度比較器)、2.0V基準(zhǔn)電壓源以及N勾道MOS場(chǎng)效應(yīng)管等。 3.MAX712的主要特點(diǎn) 1)采用零電壓斜率檢測(cè)技術(shù)。對(duì)1～16節(jié)串聯(lián)的鎳氫電池，能以C/3～C的速率進(jìn)行電流快速充電，也能以C/16的速率進(jìn)行涓流充電(鎳氫電池的額定電壓的額定容量Ah表示，如果某鎳氫電池的額定容量為1Ah，以1

14、A電流充電時(shí)的充電時(shí)間為1h，則稱1C速率)。 2)可編程?？梢跃幊淘O(shè)定待定充電鎳氫電池的數(shù)量(1～16節(jié))、充電時(shí)間(22～264min)以及涓流充電電流的大小。只需要改變相應(yīng)引腳的接法，即可實(shí)現(xiàn)編程。 3)利用外部電阻可設(shè)定快速充電電流IFAST。 4)內(nèi)部電壓斜率檢測(cè)器、溫度比較器和定時(shí)器。根據(jù)電壓斜率、鎳氫電池溫度或充電時(shí)間檢測(cè)結(jié)果，可判斷鎳氫電池是否已充好電。一旦充好，就立即從快速充電狀態(tài)自動(dòng)切換到涓流充電狀態(tài)，確保鎳氫電池不受損害。 5)靜態(tài)功耗低，充電效率高，不充電時(shí)最大靜態(tài)電流僅為5uA。 4.MAX712的編程方法 鎳氫電池?cái)?shù)的編程方法為：將PGM0、PGM1分別

15、接V+、REF、BATT-端或開(kāi)路時(shí)，即可對(duì)充電鎳氫電池?cái)?shù)(1～16節(jié))進(jìn)行編程。 快速充電時(shí)間及涓流充電電流的編程方法為：將PGM3、PGM4分別接V+、REF、BATT-端或開(kāi)路的時(shí)候，可以在22～264min之間內(nèi)設(shè)定一個(gè)充電時(shí)間TFAST，見(jiàn)表2-2。 PGM3端還設(shè)定了從快速充電切換到涓流充電時(shí)涓流充電電流ITR的大小， (1)鎳氫電池?cái)?shù)量的設(shè)定 在應(yīng)用中MAX712提供可編程引腳PGM0和PGM1，通過(guò)對(duì)PGM0和PGM1引腳采取不同的電壓連接方式即可設(shè)置待充電鎳氫電池的數(shù)量。1～16節(jié)鎳氫電池充電的設(shè)置參數(shù)如表2-2。 表2-2 待充電鎳氫電池?cái)?shù)量的設(shè)置 電池?cái)?shù) 1

16、 2 3 4 5 6 7 8 PGM0 V+ V+ V+ V+ 開(kāi)路 開(kāi)路 開(kāi)路 開(kāi)路 PGM1 V+ 開(kāi)路 VREF BATT– V+ 開(kāi)路 VREF BATT– 電池?cái)?shù) 9 10 11 12 13 14 15 16 PGM0 VREF VREF VREF VREF BATT– BATT– BATT– BATT– PGM1 V+ 開(kāi)路 VREF BATT– V+ 開(kāi)路 VREF BATT– 實(shí)際充電鎳氫電池的數(shù)量也必須與由PGM0和PGM1引腳編程確定的數(shù)量一致，否則利用電壓剃度檢測(cè)充電

17、功能將可能失去意義。 (2)充電速率及充電時(shí)間的設(shè)定 通過(guò)對(duì)PGM2和PGM3引腳的編程電壓設(shè)置，可以設(shè)定鎳氫電池的充電速率和充電時(shí)間。采取不同的電壓連接方式時(shí)最大充電時(shí)間的設(shè)定見(jiàn)下表2-3。 表2-3 最大充電時(shí)間的設(shè)定 最大充電時(shí)間(min) A/D采樣時(shí)間Ta(s) 電壓剃度檢測(cè)充電 PGM3連接方式 PGM2連接方式 22 21 不能 V+ 開(kāi)路 22 21 能 V+ REF 33 21 不能 V+ V+ 33 21 能 V+ BATT– 45 42 不能 開(kāi)路 開(kāi)路 45 42 能 開(kāi)路 REF 66

18、42 不能 開(kāi)路 V+ 66 42 能 開(kāi)路 BATT– 90 84 不能 REF 開(kāi)路 90 84 能 REF REF 132 84 不能 REF V+ 132 84 能 REF BATT– 180 168 不能 BATT– 開(kāi)路 180 168 能 BATT– REF 264 168 不能 BATT– V+ 264 168 能 BATT– BATT– 從上表中可以看出，對(duì)于MAX712芯片來(lái)說(shuō)，最大允許快速充電時(shí)間為264min，因此其最小充電速率將不能低于C/4?？焖俪潆婋娏鱅FAST可按以

19、下公式計(jì)算： (2-1) 式中：IFAST——快速充電電流 對(duì)于MAX712芯片來(lái)說(shuō)，涓流充電速率一般為C/16，IRT與IFAST的關(guān)系見(jiàn)下表2-4。 表2-4 涓流充電電流IRT與快速充電電流IFAST的關(guān)系 PGM3連接方式 快速充電速率 涓流充電電流(IRT) V+ 4C IFAST/64 開(kāi)路 2C IFAST/32 REF C IFAST/16 BATT– C/2 IFAST/8 此外，鑒于鎳氫電池的固有特性，充電速率通常在80%左右，即當(dāng)以C/2速率充

20、電時(shí)，理論上充電時(shí)間為2h，而實(shí)際充電時(shí)間通常為2.5h左右。 2.1.3 芯片的選擇與比較 從上述兩種芯片的介紹可以看出，MAX712可通過(guò)簡(jiǎn)單的引腳電壓配置進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電鎳氫電池?cái)?shù)量和最大充電時(shí)間的控制。MAX712內(nèi)部集成的電壓剃度檢測(cè)器、溫度比較器、定時(shí)器等控制電路，根據(jù)電壓剃度、鎳氫電池溫度或充電時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果，自動(dòng)控制充電狀態(tài)，從涓流充電轉(zhuǎn)到快速充電(低溫時(shí))，以確保鎳氫電池不受損害。充電狀態(tài)識(shí)別可由輸出的LED指示燈或接口實(shí)現(xiàn)，具有自動(dòng)從快速充電方式轉(zhuǎn)化為涓流充電方式，低功能睡眠等特性?？焖俪潆娝俾蕪腃/4到4C可設(shè)定，涓流充電速率為C/16。 通過(guò)這兩種芯片比較可知

21、，MAX846A最典型的應(yīng)用就是作為一個(gè)獨(dú)立的限壓電流源為電池充電，而它大都運(yùn)用在鋰電池中，且多數(shù)在浮充充電中用，要實(shí)現(xiàn)快速充電相對(duì)來(lái)說(shuō)較麻煩。而利用MAX712芯片所設(shè)計(jì)電路要求采用最簡(jiǎn)單的控制方式，使得該鎳氫電池充電器能進(jìn)行定時(shí)控制、電壓控制和溫度控制；具有過(guò)壓、過(guò)流、充電電池保護(hù)功能和充電時(shí)間短的特點(diǎn)。MAX712系列專用集成電路具有多種可編程功能，可實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程自動(dòng)化，充電時(shí)間短，效率高，使用靈活方便。 本論文中設(shè)計(jì)的鎳氫電池快速充電器中所用的芯片選用的是MAX712快速充電管理芯片。利用MAX712芯片設(shè)計(jì)的充電器外圍電路極其簡(jiǎn)單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品緊湊設(shè)計(jì)的需要。 2.2鎳

22、氫充電器的原理與原理圖 圖2-4 由MAX712構(gòu)成的鎳氫電池快速充電電路的原理圖 (注：圖中引腳指引腳) 2.2.1.充電器的原理 充電器依據(jù)的原理就是MAX712充電管理芯片的特性，PGM0和PGM1根據(jù)電池的不同數(shù)目有不同的接法，如果電池?cái)?shù)目和PGM0、PGM1的編程數(shù)目不符，將使決定快速充電的電壓坡度電路失效。根據(jù)BATT+、BATT-間的電壓和PGM0、PGM1編程的電池?cái)?shù)目，可以算出每節(jié)電池的電壓。如果每節(jié)電池的電壓低于0.4V，只能涓流充電，直到每節(jié)電池的端電壓大于0.4V，才開(kāi)始快速充電。溫度比較器根據(jù)設(shè)定的溫度上限(THI)、下限(TLO)及當(dāng)前溫度(TEMP

23、)，發(fā)出冷或熱的信號(hào)給控制邏輯，控制邏輯決定快速充電還是涓流充電。PGM2和PGM3根據(jù)電池的充電時(shí)間不同有不同的接法，從而決定了ΔV，并送給控制邏輯ΔV和充電時(shí)間。從V+端連接的POWER-ON-RESET電路可以檢測(cè)到外電源供電的開(kāi)始，并將該信號(hào)送到控制邏輯?？刂七壿嫺鶕?jù)接收的所有信息，決定是否快速充電，如果快速充電，它還會(huì)送出相應(yīng)信號(hào)到第8腳。 外圍電路：由于芯片本身就已經(jīng)具有根據(jù)電壓坡度、溫度或時(shí)間三種方式檢測(cè)并截止快速充電，并自動(dòng)從快速充電轉(zhuǎn)到涓流充電的功能，所以外圍電路只需要給芯片提供溫度檢測(cè)回路、直流電源供電回路、快速充電的指示回路和快速充電電流的控制回路，以及一些其它的簡(jiǎn)單

24、電路。由MAX712構(gòu)成的鎳氫電池快速充電電路的原理圖如圖4-4所示。 2.2.2充電器電路分析 根據(jù)上述鎳氫電池快速充電電路的原理圖2-4所示，要利用該電路對(duì)3節(jié)AA型1Ah鎳氫電池充電，選擇快速充電時(shí)間TFAST=90min。電源輸入有3V、4.5V、6V、9V、12V、15V和18V等規(guī)格，輸入電流分別為150mA、 200mA、300mA、450mA、500mA、750mA、800mA、和1000mA等規(guī)格。 在本電路中，圖2-4左邊加虛線的電路部分是整流電路，使之輸出鎳氫充電器所需的直流電壓。在該電路中，要求電源電壓UDC=9V，輸入電流為800mA。則輸入的交流電壓為：

25、 本電路中的C1為輸入端濾波電容，R1是限流電阻。設(shè)UDC的最小值為UDCmin，內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器的電壓為5V，用R1將V＋端的最小電源電流限定為5mA，則R1的計(jì)算公式為： AA型鎳氫電池的容量是1100mAh，由公式4-1得:, ,取IFAST=1000mA。當(dāng)IFAST=1A時(shí),UDCmin=6V，則R1=200，UDC經(jīng)R1對(duì)C2充電。當(dāng)C2兩端的電壓UC2=V＋=＋5V時(shí)，開(kāi)始快速充電。要求C2≥5uF，現(xiàn)取10uF。C3是補(bǔ)償電容，規(guī)定C3≥5000pF，現(xiàn)取0.01uF。VT為2N6109型PNP功率管，其主要參數(shù)為UCBO=80V， ICM=7A，PCM=40W，R2是基

26、極偏置電阻。VD是阻塞二極管，可防止DRV端的導(dǎo)通電流影響VT的正常偏置，它選用1A/50V的1N4001型塑封硅整流二極管。Rs是檢測(cè)電阻，用來(lái)設(shè)定快速充電電流IFAST的值。因?yàn)锽ATT–端與CND端之間的電壓差為0.25V/IFAST。當(dāng)IFAST=1A時(shí)，Rs=0.25。負(fù)溫度熱敏電阻RT1、RT2采用13A1002型熱敏電阻。該電路在快速充電、涓流充電時(shí)的充電電流分別為1A和1/16A(62.5mA)，充電速率分別為C和C/16。圖中LED1、LED2為充電狀態(tài)指示燈，LED1指示充電器已接入電源，即當(dāng)此燈亮?xí)r表示充電器已通電，可以開(kāi)始工作。而當(dāng)LED2燈亮?xí)r表示此充電器正在進(jìn)行快速

27、充電，熄滅時(shí)表示快速充電結(jié)束，處于涓流充電中。 第三章 充電器的充電曲線及控制分析 3.1.鎳氫充電器的充電曲線分析 圖3-1 充電電壓與充電電流變化曲線 圖3-1是實(shí)測(cè)的由MAX712構(gòu)成的鎳氫電池快速充電器的充電曲線，充電過(guò)程分5個(gè)階段進(jìn)行(如圖所示)。通電前，MAX712只從電池上吸取極少的電能，這對(duì)應(yīng)于階段1，充電電流為uA級(jí)。在MAX712接通VDC而它的上電復(fù)位信號(hào)到來(lái)之前，電池處于涓流充電狀態(tài)(階段2)，充電電流為mA級(jí)。當(dāng)復(fù)位信號(hào)到來(lái)時(shí)，只要EM/N＞0.4V(0.4V為欠壓鎖定電壓),就轉(zhuǎn)入了快速恒流充電,此時(shí)充電電壓迅速升高,而充電電流

28、很快就保持恒定(階段3),充電電流為A級(jí)。 3.2.鎳氫充電器的充電控制分析 (1)采用電壓斜率控制充電 圖3-2 利用電壓斜率控制充電 圖3-2反映了利用電壓斜率控制快速充電的全過(guò)程。在時(shí)間1內(nèi)，MAX712從鎳氫電池中吸取很小的電流(5mA左右)，當(dāng)接通充電電源后，開(kāi)始對(duì)鎳氫電池以C/16的速率進(jìn)行涓流充電(因?yàn)殒嚉潆姵仉妷旱陀?.4V)，鎳氫電池電壓開(kāi)始上升(時(shí)間2)。當(dāng)單節(jié)鎳氫電池電壓上升到0.4V以后，快速充電正式開(kāi)始(時(shí)間3)，鎳氫電池的電壓和溫度持續(xù)上升，充電電流保持在設(shè)定值不變。當(dāng)鎳氫電池充入電量達(dá)到額定值后，鎳氫電池組的電壓開(kāi)始下降，即du/dt為零時(shí)系統(tǒng)由快

29、速充電轉(zhuǎn)到涓流充電(時(shí)間4)。此時(shí)鎳氫電池的電壓繼續(xù)下降，下降到一定值后保持不變，鎳氫電池的溫度也隨之降低。當(dāng)充電電源從電路中移開(kāi)后，負(fù)載和MAX712從鎳氫電池中吸收電流(時(shí)間5)。為保證電路能準(zhǔn)確、可靠地工作，在選擇直流充電電源時(shí)，電源電壓必須大于6V，且在線性模式下要求直流充電電源必須比鎳氫電池組的最大電壓高出至少1.5V(開(kāi)關(guān)模式下2V)。 (2)采用鎳氫電池溫度控制充電 圖3-3 利用電池溫度控制充電 圖3-3顯示了典型的利用鎳氫電池溫度變化控制充電的過(guò)程。在鎳氫電池溫度比較低(如剛從寒冷的室外拿入室內(nèi))時(shí)，在時(shí)間1內(nèi)MAX712從鎳氫電池中很小的電流(5mA左右)。當(dāng)接

30、通充電電源后，開(kāi)始對(duì)鎳氫電池以C/16的速率進(jìn)行涓流充電，鎳氫電池的溫度對(duì)應(yīng)的電壓由TEMP點(diǎn)升高到TLO點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入快速充電，此時(shí)充電電流保持恒定，鎳氫電池的溫度繼續(xù)升高(時(shí)間3)。當(dāng)鎳氫電池的溫度對(duì)應(yīng)的電壓由TEMP點(diǎn)升到THI點(diǎn)時(shí)，停止快速充電，又轉(zhuǎn)為涓流充電，鎳氫電池的溫度也隨之降低(時(shí)間4)。 利用溫度控制的原理是：通過(guò)MAX712內(nèi)部溫度比較器對(duì)TEMP端的輸入電壓和TLO、THI端設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，即可控制其充電過(guò)程。當(dāng)TEMP電壓低于TLO電壓或高于THI電壓時(shí)只能進(jìn)行涓流充電，反之可進(jìn)行快速充電。在應(yīng)用中常用熱敏電阻作為溫度傳感器，并通過(guò)分壓電阻實(shí)現(xiàn)，如圖2-8所示

31、。分壓電阻值可根據(jù)要求進(jìn)行計(jì)算。 圖3-4 溫度控制典型電路 在本電路中監(jiān)測(cè)的是鎳氫電池的相對(duì)溫升，當(dāng)T1、T2、T3采用相同的熱敏電阻時(shí)，此溫升范圍將不受環(huán)境溫度的影響。如果只監(jiān)測(cè)鎳氫電池的絕對(duì)溫度，可去掉T2和T3，如允許鎳氫電池在低溫時(shí)可快速充電，則需將R5、T3和0.022uF電容去掉，并且將TLO端和BATT－端相連。 第四章 判斷快速充電結(jié)束的方法 4.1 根據(jù)電壓斜率判斷 MAX712內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器(量程1.65V，分辨率2.5mV)在經(jīng)過(guò)兩次連續(xù)采樣后得到V1、V2的值，可比較出電池電壓的變化斜率，只要V1=V2，說(shuō)明斜率為零，就從快速充電切換到涓流充電

32、(如圖3-1所示的階段4)。 4.2 根據(jù)溫度判斷 如圖4-1所示：使用兩只負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，其中RT1與被充電電池表面相接觸，以檢測(cè)電池是否超過(guò)溫度上限TN，RT2用于感知環(huán)境溫度。當(dāng)T﹥TH時(shí)溫度比較器翻轉(zhuǎn)，快速充電結(jié)束。關(guān)斷電源后進(jìn)入階段5(如圖2-5所示)，充電電流又降到零。 圖4-1 溫度檢測(cè)與比較電路 使用MAX712實(shí)際設(shè)計(jì)的鎳氫電池快速充電器充電時(shí)間短、充電效率高，克服了普通鎳氫電池充電器功能單一、充電電流無(wú)法調(diào)整、充電時(shí)間長(zhǎng)且效率低的缺點(diǎn)，取得了良好的使用效果。 第五章 充電器的使用及前景 用充電器給電池充電時(shí)，一定要按電池的充電說(shuō)明書(shū)選用合適規(guī)格

33、的充電器，并正確連接。否則會(huì)出現(xiàn)用電器損壞或安全事故，建議選用智能型充電器，因?yàn)槠浔Ｗo(hù)完善。一般不會(huì)出現(xiàn)事故。 現(xiàn)在市場(chǎng)上的大部分充電器，只是針對(duì)鋰電池或鎳氫電池充電的。但是隨著市場(chǎng)的發(fā)展，正在向兩個(gè)方向發(fā)展：一是在外觀方面要求美觀大方、統(tǒng)一，能給人以整體美；二是在電器性能上要求外圍元器件盡可能得少，使應(yīng)用簡(jiǎn)單，便于生產(chǎn)。因此我們希望不久的將來(lái)可以在市場(chǎng)上看到我們的最新產(chǎn)品。  總結(jié) 本論文描述了3V鎳氫電池電路的設(shè)計(jì)過(guò)程以及基本原理,設(shè)計(jì)了對(duì)三個(gè)3V鎳氫電池充電的充電器，它能夠在90分鐘內(nèi)完成鎳氫電池的充電過(guò)程。根據(jù)對(duì)鎳氫電池的充放電特性和充電控制方法的分析得出：鎳氫電

34、池充電時(shí)最明顯的特征是充滿電時(shí)電池溫度較高，因此在快充電過(guò)程中應(yīng)特別注意電池的溫度，尤其是過(guò)充電時(shí)，鎳氫電池溫度過(guò)高，就可能使電池冒氣。在鎳氫電池進(jìn)入過(guò)充電狀態(tài)前，必須適時(shí)停止快速充電。為此，設(shè)計(jì)了此種鎳氫電池快速充電器, 利用快速充電的方法，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行電壓、溫度的檢測(cè)和控制來(lái)保證該充電器能對(duì)鎳氫電池進(jìn)行安全可靠而又快速的充電。本電路具有溫度保護(hù)功能,當(dāng)電池溫度過(guò)高時(shí), 即刻停止快速充電,這樣就能避免過(guò)充電對(duì)鎳氫電池造成的損害. 根據(jù)鎳氫電池的充電特性可知，若長(zhǎng)期不分晝夜地把電池掛在浮充電路中，會(huì)造成電池內(nèi)部有大量的氫氣產(chǎn)生，內(nèi)壓升高、電池發(fā)熱的現(xiàn)象，必須采取與鉛酸電池不同的浮充方法

35、，不斷循環(huán)。但反復(fù)循環(huán)使用會(huì)出現(xiàn)內(nèi)阻增加，充放電率也要隨之作相應(yīng)的調(diào)整，即對(duì)于鎳氫電池的浮充電系統(tǒng)應(yīng)具備動(dòng)態(tài)的在線修復(fù)電池的功能，才能確保運(yùn)行的安全，應(yīng)加有安全排氣閥并且周?chē)蟹阑鸫胧?。這些方面有待今后去研究。 參考文獻(xiàn) [1]周志敏，周紀(jì)海，紀(jì)愛(ài)華.充電器電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用(第1版).北京：人民郵電出版社,2005.10 [2]王德志.蓄電池原理及應(yīng)用(第1版).北京:中國(guó)鐵道出版社,1991.5 [3]周志敏，周紀(jì)海.UPS實(shí)用技術(shù)——應(yīng)用與維護(hù)(第2版).北京:中國(guó)電力出版社,2003.6 [4]陳有卿,劉海平.新穎集成電路實(shí)用手冊(cè).北京:人民郵電出版社

36、,1997.5 [5]劉全盛.數(shù)字電子技術(shù)(第1版).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.10 [6]楊幫文.實(shí)用電池充電器與保護(hù)電路集錦.北京:電子工業(yè)出版社,2001.9 [7]王海麟,錢(qián)建立,周曉軍.快速充電器設(shè)計(jì)與制作.北京:科學(xué)出版社,1998.7 [8]余愛(ài)民.快速鎳鎘/鎳氫蓄電池充電電源研發(fā).華中科技大學(xué),2003.4.10 [9]丁杰.一種新型充電控制電路的研究.電子科技大學(xué),2006.4 [10]周文剛.快速充電器開(kāi)發(fā).電子產(chǎn)品世界,2000.4 [11]張旗.電池充電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì).中國(guó)民航院學(xué)報(bào)(綜合版),2001.1 [12]周志敏，周紀(jì)海.開(kāi)關(guān)電源

37、實(shí)用技術(shù)——設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 北京：人民郵電出版社,2003.6  致謝 我是在機(jī)械系許多老師的幫助下才完成這篇畢業(yè)論文的。 首先我要衷心地感謝我的導(dǎo)師陳紅波，因?yàn)樵谶@篇論文的完成過(guò)程中他始終給予了我無(wú)私的熱情和幫助。開(kāi)始他悉心指導(dǎo)我的選題工作，在做開(kāi)題報(bào)告的過(guò)程中，就反復(fù)而又耐心的給我指出問(wèn)題的所在，并幫助我糾正許多不妥之處。在做設(shè)計(jì)電路這一過(guò)程中，也給我提出了許多意見(jiàn)和建議，并交給了我許多理解問(wèn)題的技巧和方法。正是在老師的反復(fù)指導(dǎo)和耐心幫助之下，我才能順利的完成畢業(yè)論文。 在寫(xiě)這篇畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的過(guò)程中，我也遇到了許多的困難，之所以能堅(jiān)持至今，這都離不開(kāi)我的導(dǎo)師和同學(xué)的幫助。由

38、于我所學(xué)的專業(yè)是機(jī)電一體化技術(shù)，對(duì)于電子電工方面的知識(shí)也只是在高中的時(shí)候?qū)W過(guò)一些皮毛而已。甚至關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中用到的軟件以前也不是很了解，也未搞過(guò)硬件加工控制算法軟件編程的儀器設(shè)計(jì)，所以在做這一課題時(shí)難免有許多不懂的地方，陳老師卻總是鼓勵(lì)我大膽嘗試，并提供了許多資料以供我參考，還讓我遇到問(wèn)題及時(shí)去找他予以解決。正是在陳老師的不厭其煩地鼓勵(lì)和幫助之下，才使我今天能按時(shí)完成這篇畢業(yè)論文。可以說(shuō)我的論文凝結(jié)了老師的辛勤汗水，陳老師的淵博知識(shí)和對(duì)學(xué)生的負(fù)責(zé)的態(tài)度深深地影響了我，也將永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的楷模。 在寫(xiě)本次畢業(yè)論文期間，我還得到了舍友和同學(xué)的幫助，在此也對(duì)他們表示衷心的感謝，感謝他們能在自己繁忙的學(xué)習(xí)和工作中還給予了我這么多的幫助，并使我深切地感受到你們給我的溫暖，這也將留給了我許多美好的回憶。而且在寫(xiě)本論文的過(guò)程中，為了使該論文的資料更廣泛、全面，本人從有關(guān)書(shū)籍和網(wǎng)站上優(yōu)選了一部分電池充電器電路設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，在此，特向所引用資料的作者相關(guān)的網(wǎng)站表示衷心的感謝！ 最后，感謝我的母校；感謝在這三年來(lái)教給我知識(shí)的所有老師；也感謝所有在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給過(guò)我?guī)椭睦蠋煛⑼瑢W(xué)和舍友，是你們的鼓勵(lì)、支持和幫助，才使得我能堅(jiān)持將畢業(yè)論文寫(xiě)完。 第 26 頁(yè) 共 26 頁(yè)