基于SPCE061A的智能型充电器

2011-03-24 23:27:46来源: 互联网

随着现代科学技术的发展,绿色环保能源——充电电池越来越广泛应用在人们的生活中,但是同时也提出了一个问题,就是如何才能高效、便捷地给电池进行充电。基于此,设计了一种能根据充电状态自动选择充电模式、具有过热保护和自动恢复功能的智能电器

1 充电电源方案论证与选择

充电电源的主要部分是恒流源和恒压源,因此实现恒流输出和恒压输出是设计的主要任务。

方案一,采用充电芯片U2402B作为充电电源的核心部件。U2402B能够实现对充电过程、充电电流、温度的控制;再加上单片机控制,能够很好地实现对电路的控制。通过外围电路的设置可以实现输出达到800 mA的电流,完全满足题目的要求。它的集成度高,稳定性好。但所用芯片对电流与电压的切换存在一定局限性,而且不能保证负载对电流的变化满足题目的要求。

方案二,采用恒流源与恒压源切换的方式实现。恒压源采用由LM7805和高精度运OP07构成的恒压源,具有输出稳定,纹波小的特点。脉冲调宽式(开关式)恒流源通过改变调整器的工作脉冲宽度达到恒流的目的。这种恒流源调整器工作在开关状态,功率损耗小,效率高达70%~95%,但纹波电流大,辐射干扰强,恒流精度低。

方案三,以SPCE061A单片机作为中枢控制系统,采用恒流源与恒压源切换的方式实现。恒压采用由LM7805和高精度运OP07构成的恒压源,具有输出稳定,波纹小的特点。恒流源由IRF640大功率场效应管和OP07组成,输出恒流精度高,纹波小,负载对输出电流的影响小。综合考虑后决定采用此方案。

2 硬件电路设计

2.1 总体设计

系统框图如图1所示。

系统在SPCE061A控制下,完成对恒流充电、恒压充电和温度的检测与控制,并用LCD显示结果。

2.2 恒流源和恒压源

2.2.1 压控恒流源充电电路设计

电路原理图如图2所示。该恒流源电路运算放大器、大功率场效应管Q1、采样电阻R3、负载电阻RL等组成。

电路中调整管采用大功率场效应管IRF640。采用场效应管易于实现电压线性控制电流,既能满足输出电流100 mA和200 mA的要求,也能较好地实现电压近似线性地控制电流。因为当场效应管工作于饱和区时,漏极电流Id近似为电压Ugs控制的电流,即当Ud为常数时,满足Id=f(Ugs),只要Ugs不变,Id就不变。在此电路中,R3为取样电阻,采用康铜丝绕制(阻值随温度的变化较小),阻值为1 Ω。运放采用OP-07作为电压跟随器,Ui=UP=UN,场效应管Id=Is(极电流相对很小,可忽略不计),所以Io=Is=UN/R2=Ui/R2。正因为Io=Ui/R2,电路输入电压Ui控制电流Io,即Io不随RL的变化而变化,从而实现压控恒流。

2.2.2 恒压源充电电路设计

恒压源充电电路的设计电路如图3所示。稳压电路选用LM7805CT正输出三端稳压器,稳压值的容差为±5%,电压调整率其数值约为0.01%,满足题目的要求。此电路通过调节R1来改变OP-07的输出,从而动态控制输出电压,达到稳压的效果。

2.3 数据采集电路

为保证精度,A/D需要10位,SPCE061A有8个10位模/数转换通道,其中7个通道用于将模拟量信号转换为数字量信号,可直接通过端口(IOA[0~6])输入。模拟输入量取自恒流电路负载RL两端的电压值,当电压值大于等于10 V时,单片机控制充电电路切换充电方式,由恒流充电方式转变成恒压充电方式。

2.4 显示单元

选用OCMJ4×8C中文液晶显示器,能够显示充电模式(快充、慢充)、充电电流(单位为mA)、负载温度(单位为℃)。增加了开机检测模块,检测是否接入负载。当未接入负载时,显示“请插入充电电池”;当接入负载时,显示工作时的相关参数。

2.5 过热保护

DS18B20可以程序设定9~12位的分辨率,精度为±0.5℃。它能够与单片机直接通信,方便了控制。在与单片机连接时,仅需要一条线即可实现单片机与DS18B20的双向通信。当负载温度大于等于60℃时,单片机使充电电路停止工作;当负载温度降到一定程度时,重新启动充电电路。

3 控制软件设计

软件设计流程图如图4所示。

4 测试数据及测试结果分析

4.1 测试仪器

测试使用TDS1001型示波器、HP34401A型数字万用表、WY2174型低频电子电压表。

4.2 输出电流测试

电源工作在恒流状态时,通过测量采样电阻上的电压得到测量电流,采样电阻为1 Ω。波纹电压用电子电压表测量。

4.2.1 100 mA恒流充电

在100 mA恒流状态时,输出电流与波纹电流如表1所示。

4.2.2 200 mA恒流充电

在200 mA恒流状态时,输出电流与波纹电流如表2所示。

从表1,表2测量数据可知改变负载电阻时,输出电流变化绝对值小于等于2 mA,纹波电流小于等于1 mA。

4.3 输出电压测试

电源工作在恒压状态时,用电压表直接测量输出端的输出电压(如表3所示)。从表3的测量数据可知,改变负载电阻时,输出电压波动小于0.2 V,输出纹波电压小于10 mV。

5 结 语

系统利用SPCE061A 16位单片机实现了充电过程的实时控制,根据充电状态自动选择快、慢和恒流、恒压充电模式,内部测量系统实时监测当前温度并自动控制充电过程,以保护电池性能,延长寿命。

关键字:智能

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0324/article_6103.html
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