【正文】 摘 要 本充電器是基于 LTC4009 芯片設計的智能快速充電器 。 克服了一般充電器一些常見的缺點，采用了具有 電池浮動電壓過壓保護、充電電流反向保護、充電電流監(jiān)視、軟啟動、交流適配器存在指示以及限流指示 等綜合控制方法 。 本文中設計的電池快速充電器中所用的是 LTC4009 快速充電管理芯片。利用 LTC4009 芯片 設計的充電器外圍電路極其簡單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品緊湊設計的需要。 關鍵詞 ： 充電器， LTC4009，快速充電 2 Abstract The LTC4009 charger chip design is based on intelligent rapid charger. To overe the general shortings of some mon chargers used with battery float voltage overvoltage protection, reverse charge current protection, charge current monitoring, soft start, the existence of AC adapter current limiting instructions, as well as instructions for the integrated control methods. In this paper, the design of the nickelmetal hydride batteries used in the rapid charger is fast charging management chip LTC4009. Chip design using the LTC4009 charger external circuit is extremely simple and very suitable for pact portable electronics design needs. Key word: Flushes the electric appliance, LTC4009, rapid charge rate 3 引 言 進入上世紀 90 年代后，電子信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展。更多的消費性電子產(chǎn)品進入千 家萬戶。社會信息化進程的加快對電力、電子信息系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提出了更多，更高的要求。在人們的生產(chǎn)、生活中，各種電氣、電子設備的應用也越來越廣泛，與人們的工作、生活的關系日益密切，越來越多的工業(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)來處理和存儲。而各種用電設備都離不開可靠的電源，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)濟損失。 為了避免出現(xiàn)上述不利情況，對于由交流供電的用電設備和移動便攜式儀器的電源需要，必須設計一種電源系統(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 的備用電源和提供較長時間的直流電源。為此，以安全和操作為目的的備用電源設備上都使用充電電池。這樣，即使電力網(wǎng)停電，也可利用由充電電池構成的安全和操作備用電源，從容地采用其他應急手段，避免重大損失的發(fā)生。而對于采用充電電池供電的用電設備，從生產(chǎn)、信息、供電安全角度來說，充電電池在系統(tǒng)中處于及其重要的地位。本論文從電池的充電技術、充電器電路結構、充電器典型電路和電池保護等方面，多角度地闡述了充電技術發(fā)展和應用。 由于時間倉促以及本人水平有限 ,設計中難免存在疏漏之處，敬請老師批評指正。 一 電池的充電方法與充電控 制技術 電池的充電方法 上世紀 60 年代中期，美國科學家馬斯對開口蓄電池的充電過程作了大量的試驗研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖11所示。實驗表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，并且對電池的容量和壽命也沒有影響。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向。 4 圖 11 最佳充電曲線 由圖 11可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。主要原因是充電過程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電過程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當氧氣不能被及時吸收時，便堆積在正極板（正極板產(chǎn)生氧氣），使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升，同時縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。 很顯然，充電過程和放電過程互為逆反應?？赡孢^程就是熱力學的平衡過程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過電池的電流小一些。理想條件是 外加電壓等于電池本身的電動勢。但是，實踐表明，蓄電池充電時，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行 ,而這個數(shù)值又因為電極材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過了蓄電池的平衡電動勢值。在化學反應中，這種電動勢超過熱力學平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。 一般來說，產(chǎn)生極化現(xiàn)象有 3個方面的原因。 1）歐姆極化充電過程中，正負離子向兩極遷移。在離子遷移過程中不可避免地受到一定的阻力，稱為歐姆內(nèi)阻。為了克服這個內(nèi)阻，外加電壓就必須額外施加一定的電壓，以克服阻力推動離子遷移。該電壓以熱的方式轉化給環(huán)境，出現(xiàn)所謂的歐姆極化 。隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過程中的高溫。 2）濃度極化：電流流過蓄電池時，為維持正常的反應，最理想的情況是電極表面的反應物能及時得到補充，生成物能及時離去。實際上，生成物和反應物的擴散速度遠遠比不上化學反應速度，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)生變化。也就是說，從電極表面到中部溶液，電解液濃度分布不均勻。這種現(xiàn)象稱為濃度極化。 5 3）電化學極化：這種極化是由于電極上進行的電化學反應的速度，落后于電極上電子運動的速度造成的。例如：電池的負極放電前，電極表面帶有負電荷，其附近溶液帶有正電荷 ，兩者處于平衡狀態(tài)。放電時，立即有電子釋放給外電路。電極表面負電荷減少，而金屬溶解的氧化反應進行緩慢 Me－ e→ Me＋，不能及時補充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化。這種表面負電荷減少的狀態(tài)促進金屬中電子離開電極，金屬離子 Me＋轉入溶液，加速 Me－ e→ Me＋反應進行?？傆幸粋€時刻，達到新的動態(tài)平衡。但與放電前相比，電極表面所帶負電荷數(shù)目減少了，與此對應的電極電勢變正。也就是電化學極化電壓變高，從而嚴重阻礙了正常的充電電流。同理，電池正極放電時，電極表面所帶正電荷數(shù)目減少，電極電勢變負。 法的研究 （ 1）常規(guī)充電法 常規(guī)充電制度是依據(jù) 1940年前國際公認的經(jīng)驗法則設計的。其中最著名的就是“安培小時規(guī)則”：充電電流安培數(shù)，不應超過蓄電池待充電的安時數(shù)。實際上，常規(guī)充電的速度被蓄電池在充電過程中的溫升和氣體的產(chǎn)生所限制。這個現(xiàn)象對蓄電池充電所必須的最短時間具有重要意義。 一般來說，常規(guī)充電有以下 3種。 1）恒流充電法 恒流充電法是用調(diào)整充電裝置輸出電壓或改變與蓄電池串聯(lián)電阻的方法，保持充電電流強度不變的充電方法，如圖 2所示。控制方法簡單，但由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的 ，到充電后期，充電電流多用于電解水，產(chǎn)生氣體，使出氣過甚，因此，常選用階段充電法。 圖 12 恒流充電曲線 6 （ 2）階段充電法 AaIp46^ .!5dm PUs39。 g `xY1MEU8ksN`[ |(,@FKsJp6 u hcd此方法包括二階段充電法和三階段充電法。 1）二階段法采用恒電流和恒電壓相結合的快速充電方法，如 圖 13所示。首先，以恒電流充電至預定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉換電壓就是第二階段的恒電壓。 圖 13 二階段法曲線 2）三階段充電法在充電開始和結束時采用恒電流充電，中間用恒電壓充電。當電流衰減到預定值時，由第二階段轉換到第三階段。這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法 使用，受到一定的限制。 （ 3）恒壓充電法 充電電源的電壓在全部充電時間里保持恒定的數(shù)值，隨著蓄電池端電壓的逐漸升高，電流逐漸減少。與恒流充電法相比，其充電過程更接近于最佳充電曲線。用恒定電壓快速充電，如圖 14所示。由于充電初期蓄電池電動勢較低，充電電流很大，隨著充電的進行，電流將