【正文】 n B y:C1 C2L1 L2U1R23KR310R65 00R45 00R11 00R73KT11234B R I D G E 1C30 .1 uM O S F E T PD1C40 .1 u蓄電池2 20 VR11 00+ 12GNDGND++ 12+ 12U 1 AL M 3 24V o +V o P W MV i n 2 V1V2I1I2I R F 9 54 0I N 4 0 012 50 0 u / 2 5V2 50 0 u / 2 5VVsT e x t 圖 35 充電電源電路 控制電路 控制電路用來產(chǎn)生 PWM 波，在這里采用了 TL494 來實(shí)現(xiàn)。 （ 1） TL494 管腳配置及其功能 TL494 的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。 本次設(shè)計(jì)只采用一組 PWM 輸出 ， 故 TL494 采用單端輸出方式 。反饋信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過 TL494 的誤 差放大器后進(jìn)行比較放大，進(jìn)而控制停止PWM 輸出，防止過充電。 （ 1） 電壓檢測(cè) 電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)主要考慮的問題是 :在正常充電的過程中，電池端電壓Ubat 的變 化范圍是 0V到 15V， 要使單片機(jī)檢測(cè) Ubat 的變化映射到 0V到 5V的范圍內(nèi)，在測(cè)量中，需要用低壓器件去測(cè)量高壓、強(qiáng)電流模擬量，如果模擬量與數(shù)字量之間沒有電氣隔離，那么，高電壓、強(qiáng)電流很容易串入低壓器件，并將其燒毀。即兩路光藕的輸入輸出電流之比 4645 IIII ? （ ） 因?yàn)?A/D 的輸入阻抗很高，所以 ? ?2 1 0426 6 2 5 2 21 2 1 2 1 2 9 1 0i b a tR W RV R WV I R W I R W R W V UR R R R R? ? ? ? ? ? （ ） 把 2RW 、 12R 、 10R 、 9R 的阻值代入得 ? ?26 0 05 6 .1RWV V V???? （ ） 調(diào)節(jié) 2RW ， 使得采樣電路輸出的電壓為 /3 13VOLTAGE AIN batVU? （ ） 即把輸入電壓從 015V 衰減到 05V。刻槽和改變金屬膜厚度可以控制阻值。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 9 J un 2 0 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 2 .D D B D r a w n B y:U 3 BO P T O I S O 1U 3 AO P T O I S O 1R W 11 0KR65 00R45 00R82 00R11 00R73KC30 .1 uC50 .0 1 8uC40 .1 uD24 00 7蓄電池++ 12+5+ 12+ 12U 1 AL M 3 24V o +V i n 2 V1V2I1 I2V o I3V5C U R R E N T / A I N 1VsT e x t 圖 310 電流檢測(cè)電路 這是最簡(jiǎn)單 的檢流方法，通過檢測(cè)電阻電壓間接測(cè)出流過電阻的被檢測(cè)電流的大小 。根據(jù)虛地原理，有 1V = 2V ， 所以有 21266VVI RR?? （ ） 由于光藕 3AU 和 3BU 的原邊電流相同，且 2 個(gè)光藕制造工藝相同，所以，可近似地認(rèn)為它們的電流放電倍數(shù)是相同的。電阻上的電流變化范圍為，如圖 310 所示： 輸入電壓： 20in sV V V ??? （ ） 因?yàn)檫\(yùn)放不吸收電流。金屬膜電阻器的制造工藝比較靈活，不僅可以調(diào)整它的材料成分和膜層厚度，也可通過刻槽調(diào)整阻值，因而可以制成性能 良好，阻值范圍較寬的電阻器。 金屬膜電阻器就是以特種金屬或合金 做 電阻材料，用真空蒸發(fā)或?yàn)R射的方法，在陶瓷或玻璃基 礎(chǔ) 上形成電阻膜層的電阻器。線性光藕可以較好的實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)和輸出側(cè)之間的隔離，且輸出側(cè)跟隨輸入變化，線性度達(dá) %。 TL494 的控制回路 電路 圖如圖 38 所示。 C 1E 1C 2E 2QCQES i n g l e E n d e dO u t p u t C o n t r o lQ1Q2 圖 37 單端 輸出連接圖 檢測(cè)到的電池電 流 轉(zhuǎn)換為 05V 的電信號(hào)，通過簡(jiǎn)單濾波電路進(jìn)行平滑、去除雜波干擾后的 CURRENT/AIN1 送給 TL494 的誤差放大器 Ⅰ 的 V1 +同相輸入端。 圖 36 TL494 的管腳圖和內(nèi)部結(jié) 構(gòu) (2) TL494 回路控制原理 TL494 內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波送到 PWM 比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓由 ADuc824 檢測(cè)到電池電壓、電流及溫度等參數(shù)經(jīng)處理做出判斷，確定當(dāng)前的充電階段，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號(hào)送到比較器的同相輸入端 DTC，TL494 內(nèi)部 PWM 比較器比較后輸出一定寬度的脈沖波。芯片內(nèi)還設(shè)有附加監(jiān)控保護(hù)功能，使得它可獲得更優(yōu)良的工作性能 ，提高了抗干擾能力和可靠性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔，縮小了空間。經(jīng)過 PWM 信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間后， PWM 信號(hào)的又一高電平 到來，再度使MOSFET 導(dǎo)通，上述過程重復(fù)發(fā)生。 當(dāng)電壓檢測(cè)量 VOLTAGE/AIN3 和電流檢測(cè)量 CURRENT/AIN1 送入到單片機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，單片機(jī)將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)分析，確定充電進(jìn)入 充電四個(gè)階段的 哪個(gè)階段，同時(shí)將轉(zhuǎn)化的數(shù)字量通過數(shù)模轉(zhuǎn)換送到 TL494 的放大器的同相輸入端 DTC， 單片機(jī)在確定充電進(jìn)入哪個(gè)階 段后，將通過 P0 口輸出給 8 段碼顯示，用來告訴用戶 當(dāng)前電池的 充電 的狀態(tài) ，并且當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)蜂 鳴器發(fā)聲，提醒用戶充電已結(jié)束 [6][13][17]。 ADuC824 的外設(shè)還包括片內(nèi)溫度傳感器、門狗定時(shí)器 (WDT)、電源供電監(jiān)視器 (PSM)、 SPI 串行接口和 I2C 串行接口等 [6]。 PLL 的控制寄存器是 PLLCON。片內(nèi) PLL 以倍速鎖存 (3216 倍 )方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 的時(shí)鐘信號(hào)。它有兩個(gè)輸出范圍： 0 到 VREF 和 0到 AVDD，能以 8 位或 12 位模式工作。若管腳 PSEN 通過一個(gè)下拉電阻被下拉，芯片則自動(dòng)進(jìn)入串 行下載模式。若 EA 被置 0，則從內(nèi)部 8KFlash/EE 開始執(zhí)行程序。 AD 通道的設(shè)置和控制是通過專用寄存器塊 (SFR)中的一組寄存器來實(shí)現(xiàn)的。40mV， 177。主通道用于測(cè)量主傳感器的輸入，這個(gè)通道具有緩沖器，可以接收來自輸入管腳Ain1/2 和 Ain3/4 的差分信號(hào)。 ●電源 可用于 3V或 5V操作； 一般情況下為 3mA/3V(核心時(shí)鐘頻率為 )； 掉電保持電流為 20μA(32kHz的晶振運(yùn)行頻率 )。它將 8051內(nèi)核、兩路 24位 +16位 ∑△ A/D、 12位 D/A、 FLASH、 WDT、 μP監(jiān)控電路、溫度傳感器、 SPI和 I2C總線接口等豐富資源集成于一體，體積小、功耗低、非常適合用于各類智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領(lǐng)域。 PWM電路是通過 TL494芯片通過數(shù)據(jù)的采集輸出一定寬度的脈沖波來控制電池的充電階段， 從而實(shí)現(xiàn)充電電池的智能型充電。直到充電結(jié)束蜂 鳴 器發(fā)聲，提醒用戶充電已完成。因此，充電電流與主充時(shí)相 比很小，但是，由于工作情況的復(fù)雜性，浮充時(shí)也有電流較高的可能（如電池 嚴(yán)重虧電，漏電，負(fù)荷過重等）。 （ 2） 主充階段 主充階段以恒流方式充電。為了保證在任何情況下，均能準(zhǔn)確可靠地控 制電池的充電狀態(tài)，目前快速充電器中通常采用包括時(shí)間控制，電壓控制和溫度控制的綜合控制法。電池的溫度可以通過與電池在一起的溫度傳感器件來檢測(cè)，當(dāng)電池溫度超過規(guī)定值時(shí)（一般為 50℃ ），充電器能自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電模式。這樣可以避免電池長時(shí)間大電流過充電。這種方法適用于恒流充電模式。此外，鎳氫電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過較長時(shí)間才出現(xiàn)負(fù)增量，過充電 較嚴(yán)重。另外，蓄電池組中各單體電池的最高充電電壓也會(huì)有差別，因此采用這種方法不可能非常準(zhǔn)確地判斷電池已充足電。 （ 1） 最高電壓控制 從充電特性曲線可以看出，電池電壓達(dá)到最大值時(shí)，電池即充足電。 現(xiàn)階段采用的控制方法很多，通常使用的有定時(shí)控制，電壓控制，溫度控制及最小終止電流等方法進(jìn)行充電終止控制。脈沖充電法充電電路的控制一般有兩種： 其一為 脈沖電流的幅值可變，而 PWM（驅(qū)動(dòng)充放電開關(guān)管）信號(hào)的頻率是固定的 ；其二為 脈沖電流幅值固定不變， PWM 信號(hào)的頻率可調(diào)。與變電流間歇充電方法不同之處在于第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。充電前期的各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。鉛酸蓄電池的充電方法和對(duì)充電狀態(tài)的檢測(cè)方法與鎳鎘電池有很大的不同，但它們之間可以相互借鑒。充電脈沖使蓄電池充滿電量，而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。 下面介紹目前比較流行的幾種快速充電方法。鑒于這種缺點(diǎn)，恒壓充電很少使用，只有在充電電源電壓低而電流大時(shí)采用。用恒 定電壓快速充電，如圖 24 所示。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段。 二階段法采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法，如圖 23 所示。 一般來說，常規(guī)充電有以下 3 種。 tii= I0et0 圖 21 最佳充電曲線 (1) 常規(guī)充電 技術(shù) 常規(guī)充電制度是依據(jù) 1940 年前國際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的。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。鉛酸蓄電池充電時(shí)，電解液中的硫酸不斷增多，水逐漸減少，溶液比重上升。 在負(fù)極板上，在外界電流的作用下，硫酸鉛被離解為二價(jià)鉛離子（ Pb2+）和硫酸根負(fù)離子（ SO42），由于負(fù)極不斷從外電源獲得電子，則負(fù)極板附近游離的 二價(jià)鉛離子（ Pb2+）被中和為鉛（ Pb），并以絨狀鉛附著在負(fù)極板上。 電解液中存在的 硫酸根離子和氫離子在電力場(chǎng)的作用下分別移向電池的正負(fù)極，在電池內(nèi)部形成電流，整個(gè)回路形成，蓄電池向外持續(xù)放電。同時(shí)在電池內(nèi)部進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。 鉛酸蓄電池的工作原理 鉛酸蓄電池電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生 鉛酸蓄電池充電后，正極板二氧化鉛（ PbO2），在硫酸溶液中水 分子的作用下，少量二氧化鉛與水生成可離解的不穩(wěn)定物質(zhì) 氫氧化鉛（ Pb(OH)4），氫氧根離子在溶液中，鉛離子留在正極板上，故正極板上缺少電子。自放電通常與環(huán)境溫度有密切聯(lián)系。充電時(shí)采用大電流充電，會(huì)造成蓄電池溫度高，損害蓄電池的壽命。當(dāng)電池的老化達(dá)到一定程度時(shí)，這個(gè)電池就報(bào)廢了。當(dāng)充電速率較低時(shí)，充電時(shí)所產(chǎn)生的氧氣可以被及時(shí)吸收，因此電池的極化現(xiàn)象很輕，一般不會(huì)對(duì)電池造成很大的傷害，當(dāng)高速率恒流充電時(shí)，這一現(xiàn)象則不容忽視。該值與蓄電池的工作狀態(tài)有關(guān)，它一般有三種狀態(tài)的值： ① 當(dāng)蓄電池為開路狀態(tài)時(shí)，所測(cè)得的電池兩極間的電壓稱為電池的開路電壓； ② 當(dāng)蓄電池充 電時(shí)所測(cè)得的電壓稱為電池的充電電壓； ③ 電池放電時(shí)測(cè)得的電壓稱為放電電壓。這是因?yàn)樵谶^充電階段電池內(nèi)部所進(jìn)行的反應(yīng)為消耗反應(yīng)，它會(huì)增大電池內(nèi)部的壓 力，同時(shí)，由于氧氣的產(chǎn)生和吸收都是放熱反應(yīng)，這就使電池溫度迅速上升。這極易對(duì)電池造成永久性損 害，影響蓄電池的使用壽命。 （ 3） 充電速率和放電速率 為了對(duì)不同容量的電池加以比較，蓄電池的充電電流 不用電流的絕對(duì)值來表示，而是用電池的額定容量 C 額 和放電時(shí)間 T 的比來表示，稱為電池的充電速率或放電速率。 （ 2） 蓄電池的內(nèi)阻（內(nèi)R） 內(nèi)阻（內(nèi)R）又稱全內(nèi)阻，是指電流通過蓄電池時(shí)所受到得阻力，包括歐姆電阻和電化學(xué)反應(yīng)中電極極化產(chǎn)生的電阻，即： 內(nèi)R = ?R + fR （ ） 歐姆電阻（ ?R ） ： 包括電極材料、電解液、隔板等組成的電阻， 還與電池的尺寸、裝配、結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。此外還受電解液密度、溫度、放電條件（即：充電程度、放電率等）、蓄電池新舊程度等影響。 理論容量（ Co）