電池充電器設(shè)計(jì)總結(jié)(資料很全的噢)匯總

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1、電池充電器設(shè)計(jì)總結(jié)(資料很全的噢)匯總 電池充電器設(shè)計(jì)總結(jié) 日常生活中，我們常常能見到各行各業(yè)的電子產(chǎn)品中都含有電池，如手機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，MP3，甚至衛(wèi)星等等。電池作為一種儲(chǔ)電設(shè)備，應(yīng)用已十分廣泛，電池的性能與壽命都關(guān)系到產(chǎn)品的性能與壽命，因此提高電池的性能與壽命就很關(guān)鍵，其中關(guān)系最直接的就是給電池充電的充電器。充電器的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，在設(shè)計(jì)充電器之前就有必要了解電池的相關(guān)知識(shí)。本文將介紹我們最常見，也最常用的電池相關(guān)的知識(shí)，主要包括電池相關(guān)的概念、電池的性能特點(diǎn)及參數(shù)，對(duì)充電器的要求、智能充電器的設(shè)計(jì)要求等等。 一、電池相關(guān)的概念 1、安全性能 影響最大的是爆炸和漏液，主要與電池的內(nèi)壓

2、、結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)有關(guān)（比如安全閥失效、鋰離子電池沒有保護(hù)電路等。 2、容量 按照IEC標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)標(biāo)規(guī)定，鎳氫和鎳鎘電池是指在255℃的條件下，以0.1C充電16小時(shí)，以0.2C放電至1.0V時(shí)放出的容量。 鋰離子電池是指在常溫的條件下，以恒流(1C)、恒壓（4.2V）充電3小時(shí)，以0.2C放電至2.75V時(shí)放出的容量。 容量單位：安時(shí)（Ah）或毫安時(shí)（mAh） 3、內(nèi)阻 是指電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。充電電池的內(nèi)阻很小，一般要用專門儀器測(cè)試。充電態(tài)內(nèi)阻和放電態(tài)內(nèi)阻有差異，放電態(tài)內(nèi)阻稍大，而且不太穩(wěn)定。內(nèi)阻越大，消耗的能量越大，充電發(fā)熱越大。隨著電池使用次數(shù)的增多，電解液消耗及活性

3、物質(zhì)減少，內(nèi)阻會(huì)增大，質(zhì)量越差，內(nèi)阻增大越快。 4、循環(huán)壽命 電池可重復(fù)充放電的次數(shù)。壽命與容量成反比，與充放電條件密切相關(guān)，一般充電電流越大，壽命越短。 5、荷電保持能力 指自放電率。與電池材料、生產(chǎn)工藝和儲(chǔ)存條件有關(guān)，一般溫度越高，自放電率越高。 6、大電流放電能力 主要與電池材料、生產(chǎn)工藝有關(guān)，一般用于動(dòng)力電池。 7、充電電池的可靠性測(cè)試項(xiàng)目 （1）循環(huán)壽命（2）不同倍率放電特性（3）不同溫度放電特性（4）充電特性（5）自放電特性（6）不同溫度自放電特性（7）儲(chǔ)存特性（8）過放電特性（9）不同溫度內(nèi)阻特性（10）高溫測(cè)試（11）溫度循環(huán)測(cè)試（12）跌落測(cè)試（13）振動(dòng)測(cè)試

4、（14）容量分布測(cè)試（15）內(nèi)阻分布測(cè)試（16）靜態(tài)放電測(cè)試ESD 。 二、鋰電池的性能特點(diǎn)及主要參數(shù) 鋰電池（LiLon） 1、特點(diǎn)： （1）優(yōu)點(diǎn)： 容量大，體積小，重量輕，無記憶效應(yīng)。比能量大約100～135Wh/kg，是鎳氫的1.5倍，鎳鎘2倍。安全，無公害，無污染。自放電低，室溫下滿電存儲(chǔ)1個(gè)月的自放電率約10％左右（鎳鎘25～30％，鎳氫30～35％）。溫度范圍廣：－20～+60℃。 （2）缺點(diǎn)： 成本高，對(duì)充電器要求也最高，充電不當(dāng)容易損壞甚至爆炸。不能大電流放電，內(nèi)阻相對(duì)較大，一般在0.5C以下放電。例如，一種容量為3Ah的鋰離子電池，在0.75A（0.25C）電流

5、放電時(shí)，工作時(shí)間為4小時(shí)；若以2A（0.67C）電流放電時(shí)，工作時(shí)間為1.25小時(shí)（相當(dāng)于2.5Ah了）；若以3A（1C）電流放電，工作時(shí)間僅為為0.6小時(shí)（相當(dāng)于1.8Ah了）。需要保護(hù)電路控制。如果鋰離子電池在使用過程中電壓已降到2.5V后還繼續(xù)使用，則稱為過放電（或過放），對(duì)電池有損害。 （3）充放電次數(shù)： 一般500次，甚至1000次。 2、工作原理及結(jié)構(gòu)： 鋰離子電池的正極活性材料是鈷酸鋰（LiCoO2--氧化鈷鋰），負(fù)極活性材料是碳材。電池通過正極的鋰離子在負(fù)極的鍵入與遷出實(shí)現(xiàn)電池的充放電過程。鋰離子電池有各種形狀（圓柱形、長(zhǎng)方形等）以適合不同產(chǎn)品的需要，其容量一般有幾百毫

6、安時(shí)到幾安時(shí)。另外，可以將幾個(gè)鋰離子電池串聯(lián)在一起，并與電池保護(hù)器封裝在一起組成電池組。 3、鋰離子電池充電的要求： （1）過充保護(hù)： 終止充電電壓精度在額定值的1%之內(nèi)（過壓充電可能對(duì)鋰離子電池造成永久性損壞）。 （2）充電率： 鋰離子電池的充電率（充電電流）應(yīng)根據(jù)電池生產(chǎn)廠的建議選用。雖然某些電池充電率可達(dá)2C（C 為電池的容量），但常用的充電率為（0.5～1.0）C。 （3）充電溫度： 如果充電電流過大會(huì)產(chǎn)生溫度過高，不僅會(huì)損壞電池并可能引起爆炸。因此在大電流充電時(shí)，需要對(duì)電池進(jìn)行溫度檢測(cè)，并且在超過設(shè)定充電溫度時(shí)能停止充電以保證安全。充電溫度不能超過50度。 （4）充電

7、電流： 充電器電路中有設(shè)定的限流電阻，保證充電電流不超過設(shè)定的限制電流。 （5）過放電處理： 過放電（鋰離子放電時(shí)不斷從負(fù)極移到正極，但不能完全使鋰離子移動(dòng)，必須保存一部分在負(fù)極，否則壽命大大縮短）。 （6）放電電流：一般在0.5C以下放電較好。 完善的充電器可對(duì)過放的電池進(jìn)行挽救修復(fù)，即在充電前進(jìn)行預(yù)處理。充電前檢測(cè)電池的電壓：若電池電壓大于2.5V，則按正常方式充電；若電池電壓低于2.5V，則用小電流（約1/10C的電流）充電，充到2.5V后再按正常方式充電。這種預(yù)充電的方式稱為預(yù)處理。通常停止放電電壓為3.0V，一般不能低于2.7V。 4、充電方式及標(biāo)準(zhǔn)充電曲線： 但目前的

8、充電器常采用三段充電法，即預(yù)處理、恒流充電（快充）、恒壓充電（充滿）。開始以設(shè)定的恒流充電，電池電壓以較高的斜率增長(zhǎng)，在充電過程中斜率逐步降低，充到接近4.2V時(shí)（即最高充電電壓為4.2V），恒流充電階段結(jié)束。接著以4.2V恒壓充電，在恒壓階段充電時(shí)，電壓幾乎不變（或稍有增加），充電電流不斷下降。當(dāng)充電電流下降到1/10C時(shí)，表示電池已充滿，終止充電。有的充電器在充電電流降到某一值時(shí)，啟動(dòng)定時(shí)器，經(jīng)一段定時(shí)后，結(jié)束充電。 鋰電池采用怛流怛壓充電方式，為防止過充電，其電壓控制精度要求為1%。對(duì)于過放電的電池還需使用涓流預(yù)充電。鋰電池的充電過程大約為以下幾步： （1）檢測(cè)電池的電壓，如果低于一

9、個(gè)閾值電壓（2.7V），就要進(jìn)行涓流充電（1/10C）。 （2）電池充到一定電壓（一般設(shè)置為2.9V或3.0V）時(shí)，進(jìn)行全電流充電（0.5-1.0C）。 （3）當(dāng)電池電壓達(dá)到預(yù)置電壓（鋰離子電池一般為4.2V）時(shí)，開始恒壓充電，同時(shí)充電電流降低（一般來說，恒壓充電結(jié)束時(shí)的小電流充電過程中，電流的大小一般為恒流充電時(shí)電流的1/10）。 （4）當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時(shí)（1/10C或0.03C），充電過程結(jié)束（對(duì)由于某種因素放電的 情況而專門設(shè)計(jì)了檢測(cè)電路，一旦檢測(cè)到電池電壓降低，就會(huì)重新啟動(dòng)充電過程）。 （5）如果在充電過程中，溫度達(dá)到上限，則進(jìn)入涓流充電，等待溫度降低，當(dāng)溫度降低后，

10、再按 回到（1）到第（4）部的順序。 充電曲線如下： 聚合物鋰離子電池簡(jiǎn)介 聚合物鋰離子電池是新一代鋰離子電池，不僅具有液態(tài)鋰離子電芯的高電壓、長(zhǎng)循環(huán)壽命、放電電壓平穩(wěn)以及清潔無污染等特點(diǎn)，而且消除了液態(tài)鋰離子電池存在的爆炸的安全隱患。同時(shí)外形更靈活、方便，重量更輕巧。產(chǎn)品性能均達(dá)到或超過液態(tài)鋰離子電池的技術(shù)指標(biāo)，更具安全性。TCL聚合物鋰電與液態(tài)鋰電池對(duì)比： （1）安全性能好：外包裝為鋁塑包裝，有別于液態(tài)鋰電的金屬外殼，由于采用軟包裝技術(shù)，內(nèi)部質(zhì)量隱患可立即通過外包裝變形而顯示出來，一旦發(fā)生安全隱患，不會(huì)爆炸，只會(huì)鼓脹。 （2）超薄設(shè)計(jì)：適合各種超薄電器，而液態(tài)鋰離子電池在厚

11、度做到3.6mm以下時(shí)存在技術(shù)瓶頸。 （3）重量輕：聚合物鋰電比同等規(guī)格的鋼殼液鋰輕40％。 （4）容量大：聚合物比同等規(guī)格的鋼殼液鋰容量高10～15％。 （5）內(nèi)阻小：能夠作到35mΩ以下，使電池容量能夠更大發(fā)揮。 （6）形狀可定制：可根據(jù)客戶的要求靈活定制電池的厚度、形狀，并可做出弧形等特殊形狀； （7）放電特性佳：聚合物鋰電采用膠態(tài)電解質(zhì)，具有更平穩(wěn)的放電特性和更高的放電平臺(tái)，世界首輛聚合物鋰離子電池電動(dòng)轎車在哈爾濱面世。 三、鎳鎘（NiCd）電池的性能特點(diǎn)及主要參數(shù) 1、特點(diǎn)： （1）優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜。 （2）缺點(diǎn)：自放電率高25～30％，有記憶效應(yīng)，且對(duì)環(huán)境有污染

12、，因其中含有鎘成分，逐漸被淡出市場(chǎng)。（3）充放電次數(shù)：1000次左右 2、原理與結(jié)構(gòu)： 3、充電要求： （1）影響壽命的主要因素： 過充電與充電時(shí)溫度過高。電沒放完就對(duì)電池充電（NiCd因具有記憶效應(yīng)導(dǎo)致）。 （2）充電： （3）最高充電電壓： （4）充電溫度：保持在45度左右。 （5）放電： （6）放電電流： 4、充電方式與曲線： 四、鎳氫（NiMh）電池的性能特點(diǎn)及主要參數(shù) 1、特點(diǎn)： （1）優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，無記憶效應(yīng)（實(shí)際為記憶效應(yīng)較輕），能量密度比NiCd容量高，不污染環(huán)境。（2）缺點(diǎn)：自放電率為20%左右，甚至30%—35%，高溫性能差，過充電/ 過放電時(shí)會(huì)

13、排出氣體。 （3）充放電次數(shù)：500次左右。 2、工作原理與結(jié)構(gòu)： 鎳氫電池的正極主要成分為氫氧化鎳Ni(OH)2，負(fù)極主要為無污染物質(zhì)貯氫合金粉（M），電解液是氫氧化鉀的水溶液。 鎳氫電池設(shè)計(jì)時(shí)，容量實(shí)際上是由正極限制的，負(fù)極容量設(shè)計(jì)過剩，以保證過充電時(shí)候，正極產(chǎn)生的氧氣可以到負(fù)極反應(yīng)，電池的內(nèi)壓不會(huì)有明顯升高。 3、鎳氫（NiMh）充電要求： （1）影響壽命的主要因素：過充電與充電時(shí)溫度過高。 （2）充電： 1）應(yīng)在環(huán)境溫度10～30℃下充電，此時(shí)充電效率最佳。環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，電池內(nèi)氣體吸收反應(yīng)不充分，造成電池內(nèi)壓升高，激活安全閥，使電池泄漏，性能惡化。而環(huán)境溫度高于4

14、0℃時(shí)，充電效率會(huì)下降。這會(huì)使電池性能惡化，發(fā)生泄漏。 2）長(zhǎng)期儲(chǔ)存會(huì)加速電池自放電和活性物質(zhì)鈍化，電池電壓和容量會(huì)下降重復(fù)幾次充放電循環(huán)后，電池可恢復(fù)原有性能，所以要定期充電。將電池儲(chǔ)存在干燥、無腐蝕性氣體、溫度在-20～35℃之間的地方。 3）不要將電池反極充電或大電流過充，否則會(huì)造成氣體快速產(chǎn)生，使電池內(nèi)壓增加，電池鼓脹或破裂。 （3）最高充電電壓： （4）充電溫度：保持在45度左右。 （5）放電： 1）鎳氫電池的放電終止電壓非常關(guān)鍵，必須在1.0～1.1V之間，超過了這個(gè)終止電壓可能有過放的危險(xiǎn)，過放會(huì)造成排氣，對(duì)電池?fù)p害很大。過放電會(huì)損害電池特性，放電時(shí)要有過放保護(hù)。

15、2）放電時(shí)環(huán)境溫度應(yīng)在-10～45℃度。超過此范圍，放電容量會(huì)嚴(yán)重下降，長(zhǎng)期在高低溫環(huán)境下工作，容量會(huì)衰減很快。 （6）放電電流：放電電流影響放電效率。在放電電流為0.1 C～2 C之間放電效率最佳。 4、充電方式及充電曲線： 充電是將充電電池恢復(fù)其原始容量的過程，為使電池達(dá)到長(zhǎng)期使用的目的，必須通過適當(dāng)?shù)某潆姺椒ǔ潆姡壳拜^好的方式是-△V值控制充電，此外還可以采用其它的控制方法。 NiMH一般采用怛流源充電，當(dāng)達(dá)到充滿狀態(tài)時(shí)，電池會(huì)發(fā)生放熱化學(xué)反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致溫度上升，電池端電壓下降，可檢測(cè)溫度上升速率或負(fù)向電壓，來終止充電，這種方法稱為dT/dt或-△V。 除了這兩種方法外，當(dāng)

16、前的充電器還整合了溫度門限測(cè)量與超時(shí)定時(shí)器等功能。無論哪個(gè)條件先滿足，都將結(jié)束快充。 充電方法如下：（如果為單節(jié)電池充電，最好考慮（1）—（3）步，不是單節(jié)電池，則不考慮。） （1）確定電池電壓在1.0V-1.65V之間，環(huán)境溫度在0-45度之間。 （2）預(yù)充：電池電壓低于1.0V時(shí)，將以0.1C電流預(yù)充。 （3）當(dāng)電池電壓大于1.0V時(shí)，進(jìn)入快充。 （4）快充方式：（將以0.5C—1.0C電流充電） 1）快充（-△V檢測(cè)方式）：約5-10分鐘后（防止-△V檢測(cè)線路在開始充電后一定時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)。因?yàn)椋嚉潆姵卦诜胖幂^長(zhǎng)時(shí)間或過放后充電電壓會(huì)有波動(dòng)（假-△V），此時(shí)延時(shí)的設(shè)定是為防止此

17、假-△V 誤觸發(fā)使充電終止），對(duì)電池電壓測(cè)量，保持每次測(cè)量（停充時(shí)測(cè)量）到的最大電池電壓，一旦檢測(cè)到-△V 門限（典型為2mV，通常有時(shí)用5-10mV），快充結(jié)束。轉(zhuǎn)入浮充電。如果快充時(shí)電壓持續(xù)15-20分鐘平坦，也將終止快充。 2）快充（dT/dt值檢測(cè)方式）：0.8～1℃/min，用熱敏電阻或溫度傳感器探測(cè)電池溫度，單位時(shí)間內(nèi)電池溫度上升達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，終止充電并轉(zhuǎn)為涓流。 3）兩種快充檢測(cè)方式都啟動(dòng)，只要任一種達(dá)到將轉(zhuǎn)到下一步。 （5）浮充：將以0.1C，持續(xù)20-30分鐘。如果浮充電流改其它值，時(shí)間相應(yīng)調(diào)整，時(shí)間一般為快充的一半。如果之前快充時(shí)溫度達(dá)到上限值，則不進(jìn)入浮充模式。

18、（6）涓充：涓流將以C/20或C/30充電，以維持電池充滿狀態(tài)，補(bǔ)嘗電池自放電的效應(yīng)。直到電池拿掉或總充電時(shí)間到后停止充電。 （7）充電總時(shí)間：10～20小時(shí)（視充電電流的大?。?，即使是涓流充電，長(zhǎng)時(shí)間過充也會(huì)造成電池性能惡化，為防止涓流或其他充電下過充，建議設(shè)立一個(gè)保護(hù)性的總充電時(shí)間控制。 恒流充電時(shí)間計(jì)算公式=電池容量除以充電電流乘以K，K為充電系數(shù)取值：慢充1.5（10—15小時(shí)）快充1.35（4.5—10小時(shí)）急充1.2（1.5—4.5小時(shí)）。 （8）當(dāng)?shù)谝唤M電池完成上述充電過程后，緊接著對(duì)第二組電池充電時(shí)，如果溫度還在上限，則必須待溫度下降后才可開始對(duì)進(jìn)行充電過程。 下圖是D

19、S2712對(duì)NIMH充電時(shí)電池電壓的曲線： 上面一條為充電時(shí)電池電壓曲線，下面為停充時(shí)的電壓曲線。 五、鉛酸電池（SLA）電池的性能特點(diǎn)及主要參數(shù) 1、特點(diǎn)： （1）優(yōu)點(diǎn)：免維護(hù)、可做任何方位的擺置而不使電解液漏出、安全排氣、可大電流放電、成本低、高低溫性能好。 （2）缺點(diǎn)：有污染、體積大、比容量低。 （3）充放電次數(shù)： 2、原理與結(jié)構(gòu)： 1）陽板及陰板：陽板及陰板是由鉛鈣合金所作成之格子體再加上活化物質(zhì)所構(gòu)成。 2）隔離板：是一種以玻璃纖維所組成之玻璃纖維布，具有高度之抗氧化性及耐熱性，而在電池內(nèi)更具有高度之電解液吸收力及保液能力，且能滿足離子之傳導(dǎo)性。 3）安全塞：在電

20、池因不當(dāng)?shù)氖褂没蜻^充電的結(jié)果，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部壓力不正常的提高，此時(shí)安全塞會(huì)打開，使過多的氣體釋出電池，內(nèi)部壓力回復(fù)正常。 4）電槽及中蓋：主要為ABS或PP塑膠材質(zhì)，具有足夠之強(qiáng)度及耐酸性，也是為免除電池電解液及氣體之漏出。 充放電反應(yīng)可以下面方程式來表示： 3、充電要求 （1）影響壽命的主要因素： （2）充電：避免過充，否則將使電池大量排氣，嚴(yán)重?fù)p害電池的壽命。長(zhǎng)期儲(chǔ)存要定期充電。 （3）最高充電電壓： （4）充電溫度： （5）放電：避免過放，經(jīng)常過放將會(huì)導(dǎo)致極板鈍化，容量衰減。 （6）放電電流： 4、充電方式與曲線： 六、智能充電器的設(shè)計(jì)要求及典型應(yīng)用電路 作為一個(gè)

21、電池使用者都希望充電器的充電速度越快越好。因此充電器的充電速率是充電器的一個(gè)重要標(biāo)志。但是在快速充電的過程為保證電池的性能，充電器就必須在充電中知道電池的狀態(tài)?？焖俪潆娖鞯囊粋€(gè)本質(zhì)特征就是在過充電之前能夠自動(dòng)降低充電速率。充電速率最好不要超過電池供應(yīng)商的建議值2C。 如果充電器做不到這一點(diǎn)的話，只能使用小電流或涓流充電方式。 一個(gè)性能可靠安全的充電器一般包括怛流怛壓控制環(huán)路，電池電壓檢測(cè)電路，電池溫度檢測(cè)電路等基本單元。有時(shí)在充電器中計(jì)算總的充電時(shí)間以防止電池過充。 一般充電器的基本硬件方框圖如下： 有時(shí)為了更直觀地了解充電電池的狀態(tài)，還需上位機(jī)顯示必要的信息，這就是智能充電器。 智

22、能充電器組成如圖1所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調(diào)制控制器和電池組等,形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。 下面介紹利用A TMEGA8做的一款智能充電器相關(guān)電路及原理。 1、智能充電器典型的PWM控制電路 （1）下圖是采用PWM方式控制的恒流/恒壓電路。由于圖中的開關(guān)管是工作在開關(guān)狀態(tài)，因此電路的工作效率較高。 工作原理： 當(dāng)開關(guān)管Q導(dǎo)通時(shí)，輸入電源通過電感L向電容C充電，同時(shí)電感L開始存儲(chǔ)能量。當(dāng)Q斷開后，電感要保持電流從而開始釋放能量，二極管D開始導(dǎo)通，電感繼續(xù)給電容充電。開關(guān)管周期性的導(dǎo)通，從而保證了電路輸出恒定的輸出電壓。如果開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間增加，則輸出電壓升高，充

23、電電流加大。反之則輸出電壓下降，充電電流下降。 因此，通過調(diào)整PWM的占空比，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)充電器的恒流和恒壓功能。占空比與輸出電壓的關(guān)系如下： ton/T = (Vo + VD) / (Vi –Vsat + VD) 其中： ton ：開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間 T ：PWM脈沖的周期 Vi ：輸入電壓 Vo ：輸出電壓 Vsat ：開關(guān)管的飽和壓降 VD ：二極管導(dǎo)通壓降 電感L的計(jì)算方法如下： L = (Vi –Vsat - Vo)ton / Ipk 其中： Ipk = 2IoMAX IoMAX = 最大輸出電流 下圖是本充電器的恒流/恒壓電路。 圖中開關(guān)管選用了東

24、芝的TPC8103 MOSFET管，為8腳貼片封裝。其外形和內(nèi)部原理圖如下。 （2）基準(zhǔn)電壓源 TL431 TL431有3個(gè)引腳，分別為：陰極C（CATHODE）、陽極A（ANODE）和參考端R（REF）。 其內(nèi)部工作原理圖如下圖所示： 充電器基準(zhǔn)電壓電路如下圖所示： TL431的內(nèi)部含有一個(gè)2.5V的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在REF端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。輸出電壓可以控制在Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)。當(dāng)R12和R16的阻值確定時(shí)，兩者對(duì)Vo的分壓引入反饋，若V o增大，反饋量增大，TL431的分流也就增加，從而又導(dǎo)致Vo下降。顯見，

25、這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在VI等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)Vo=(1+R12/R16)Vref。選擇 不同的R1和R2的值可以得到從2.5V到36V范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng)R1=R2時(shí)，Vo=5V。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證TL431工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于1 mA 。 本充電器選擇的基準(zhǔn)電壓值＝（1＋3/6）2.5＝3.75V。 2、MCU控制器部分 本充電器設(shè)計(jì)采用ATMEL公司2002年推出的一款A(yù)VR高檔單片機(jī)Atmega8。其內(nèi)部集成了大容量的存儲(chǔ)器，提供了PWM脈寬調(diào)制脈沖產(chǎn)生器、多路AD轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、串行接口等硬件接口。非常適合用作智能

26、型充電器的MCU控制單元。Atmega8有DIP28和TQFP/MLF32三種封裝類型。我們選擇了DIP28封裝，如下圖所示： MCU控制單元電路如下圖所示： MCU系統(tǒng)時(shí)鐘和實(shí)時(shí)時(shí)鐘的選擇： Atmega8具有5種類型的系統(tǒng)時(shí)鐘源，即外部晶振、外部低頻晶振、外部RC振蕩、內(nèi)部RC振蕩及外部時(shí)鐘。由于充電器在充電過程中需要計(jì)算充電時(shí)間，因此智能充電器的設(shè)計(jì)中必須包括實(shí)時(shí)時(shí)鐘源。根據(jù)Atmega8的時(shí)鐘源特點(diǎn)，本充電器的MCU系統(tǒng)時(shí)鐘選擇使用可校準(zhǔn)的內(nèi)部RC振蕩器產(chǎn)生8M時(shí)鐘，外接32.768KHz的晶振做為實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)鐘源。 PWM脈寬調(diào)制波產(chǎn)生器： Atmega8具有3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)

27、器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)/計(jì)數(shù)功能外，還具有任意小于16位相位和頻率可調(diào)的PWM脈寬調(diào)制輸出功能。本充電器使用T/C1產(chǎn)生PWM，為了獲得較高的PWM脈沖頻率，T/C1的工作模式選擇快速模式。PWM脈沖從PB1（15腳）輸出。 AD轉(zhuǎn)換器： DIP28封裝形式的Atmega8具有4個(gè)10位精度和2個(gè)8位精度的AD轉(zhuǎn)換通道。本充電器在充電過程中需要隨時(shí)采集電池的充電電流、放電電流、電池電壓和電池溫度，共需要4個(gè)AD轉(zhuǎn)換通道。我們采用ADC0（PC0）采集充電電流數(shù)據(jù)，ADC1（PC1）采集電池電壓，ADC2（PC2）采集電池溫度，ADC3（PC3）采集放電電流。 Atmega8的21腳AREF是A

28、D轉(zhuǎn)換器的電壓參考源。20腳Avcc是AD轉(zhuǎn)換器的電源引腳，為了減小電磁干擾提高測(cè)量精度，Avcc是通過L1和C6組成的LC網(wǎng)絡(luò)才連接至5V電源端。 3、電流電壓采樣部分電路 （1）本充電器需要實(shí)時(shí)監(jiān)控充電過程中的充電電流、電池電壓、電池溫度以及放電電流值。因此需要運(yùn)放電路來對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行放大。LM324是一款使用普遍且價(jià)格便宜的4運(yùn)放集成電路。其工作電壓為3－3 2V，封裝如下圖所示： 電流檢測(cè)電路如下圖所示。通過檢測(cè)與電池串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻R26上的電壓，即可計(jì)算出充電電流和放電電流。運(yùn)放2為充電電流檢測(cè)放大器，運(yùn)放3為放電電流檢測(cè)放大器。 兩路放大器的增益均為：R27/R30＝8

29、7/6.6＝13。即最大電流檢測(cè)值為：基準(zhǔn)電壓/電流放大器增益/R 26＝3.7/13/0.1＝2.8A。 （2）電池電壓檢測(cè)電路 為了監(jiān)控電池電壓，需要將電池電壓變換在單片機(jī)的AD測(cè)量范圍以內(nèi)，即0至Vref范圍內(nèi)。這里采用了一個(gè)普通的差分放大電路。如下圖所示： 其運(yùn)放輸出電壓TEST_V＝VbatteryR17/R14。即電池最大測(cè)量電壓為： Vbattery_max＝Vr efR14/ R17＝3.7512/3.08＝14.6V。 （3）溫度傳感電路 LM35是一款精密集成電路溫度傳感器，其輸出的電壓線性地與攝氏溫度成正比。LM35系列傳感器生產(chǎn)制作時(shí)就已經(jīng)過校準(zhǔn)過，其輸出電壓

30、與攝氏溫度一一對(duì)應(yīng)，使用極為方便。其靈敏度為10.0mV/℃，精度在0.4℃至0.8℃(-55℃至+150℃溫度范圍內(nèi))，低輸出阻抗，線性輸出和內(nèi)部精密校準(zhǔn)使其與讀出或控制電路接口簡(jiǎn)單和方便，可單電源和正負(fù)電源工作。 特性 在攝氏溫度下直接校準(zhǔn) +10.0mV/℃的線性刻度系數(shù) 確保0.5℃的精度(在25℃) 額定溫度范圍為-55℃至+150℃ 適合于遠(yuǎn)程應(yīng)用 工作電壓范圍寬,4V至30V 低功耗,小于60uA 在靜止空氣中,自熱效應(yīng)低,小于0.08℃的自熱 非線性僅為1/4℃ 10輸出阻抗，通過1mA電流時(shí)僅為0.1Ω 參數(shù)指標(biāo)及外形圖（三種封裝） 本充電器選用了L

31、M35DZ型號(hào)，封裝類型為TO-92塑封，如下圖所示。工作溫度范圍為0℃至+100℃。 封裝（底視圖） 1腳：+VS，2腳：Vout，3腳：GND 典型應(yīng)用 利用數(shù)字表可以直接測(cè)量溫度，如室溫25℃時(shí)，表上讀數(shù)為0.25V。如下圖所示： 本充電器溫度測(cè)量電路如下圖所示： 運(yùn)放電路增益為R34/R35＝12/2＝6。因?yàn)锳D轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓為3.7V，因此充電器的溫度測(cè)量最大值為（基準(zhǔn)電壓/溫度測(cè)量增益）/10mV＝3700/6/10＝62攝氏度。 4、上位機(jī)部分 這里采用下圖分立元件構(gòu)成的RS232接口電路，該電路工作穩(wěn)定可靠，而且無須調(diào)試。如果需要縮小體積的話，可以采用MAX232專用串口芯片。 本充電器除了使用LCD做為狀態(tài)顯示以外，還采用了一個(gè)雙色發(fā)光二極管做為充電器的狀態(tài)指示。這 樣的話，即使在黑夜里使用充電器，也能夠在遠(yuǎn)處一眼就看出充電器的狀態(tài)。雙色二極管的驅(qū)動(dòng)也是ATMEGA8串口的TX和RX腳。 如果想用USB接口作為上位機(jī)通信，可以用FT232作為通信芯片。 上位機(jī)的軟件可以用VB、VC或者是LabView制作。 5、鋰電池組充電的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù) 待解決。 6、結(jié)論