【正文】 制電源芯片 0N/0FF 引腳使電源停止工作， 進(jìn)而 實現(xiàn)停止充電；過溫保護(hù)由 NTC（負(fù)溫度系數(shù)） 溫度傳感器 執(zhí)行， 電池溫度超過 60 ℃ 時停止充 。 方案比較：方案一 LM2576ADJ 集成電源芯片，可直接構(gòu)成 BUCK 電路，電路設(shè)計簡單，輸出電流容易控制，工作穩(wěn)定，可實現(xiàn)普通 BUCK 電路參數(shù)。 電流控制 方案一：用 STC12C5A60S2 兩路 AD 轉(zhuǎn)換器采集采樣電阻兩端電壓值，最終得到采樣電阻兩端電壓，利用公式 I=U/R 計算得到電路中電流大小，通過計算測得的電流值與設(shè)定電流值大小比較，判斷比較結(jié)果由程序控制完成對電路電流 4 控制參數(shù)補償使 電流輸出 恒定為 2A。因此系 統(tǒng)中電流控制選擇方 案二。由該引腳和運算放大器構(gòu)成的反饋回路能 通過編程實現(xiàn)電路恒定電流 輸出。通過開關(guān)管的開通和 斷 開，在儲能元件的作用下 實現(xiàn)降壓。 ○ 1 輸入電容 C5 分析、計算與選擇 防止電壓瞬變在輸入中 影響轉(zhuǎn) 換器 穩(wěn)定 運行，鋁或鉭電解電容之間需要輸入引腳 + VIN 和接地引腳 GND， 該電容應(yīng)位于靠近 IC 且 使用短引線。 .二極管的反向電壓等級應(yīng)至少 倍的最大輸入電壓。 圖 23 Vin OUTGNDFBON/OFFLM2576U2+1000uFC5+1000uFC6D31N5822150uHL1GNDVinFBconstant current powerON/OFF470R13R14Q08050 8 下一步是確定區(qū)域分割的電感 E X T 值和對負(fù)載電流最大值。 電感電流額定值可 計算電感的峰值電流： （公式 3） Ip（ max） =ILode（ max） +(VinVout)ton/2L Ton 為電源開關(guān)時間 ： （公式 4） Ton= Vout/ Vin 1/fosc Inductor Code Inductor Value The 39 Shott Corp Pulse Eng Renco L47 47 uH 77 212 671 26980 PE53112 RL2442 L68 68 uH 77 262 671 26990 PE92114 RL2443 L100 100 uH 77 312 671 27000 PE92108 RL2444 L150 150 uH 77 360 671 27010 PE53113 RL1954 L220 220 uH 77 408 671 27020 PE52626 RL1953 最后分析計算電路中取 150 uH 的工字形電感。 圖 24 表 1 電感的電感值代碼 9 NTC 負(fù)溫度系數(shù)電阻 計 算 熱敏電阻的電阻－溫度特性可近似地用 公 式 5 表示。此處，若將 公 式 5 中的 B 值用 公 式 6 所示的作為溫度的函數(shù)計算時，則可降低與實測值之間的誤差，可認(rèn)為近似相等。 常數(shù) C、 D、 E的計算 ： （ 公 式 7） ToTnRoRnInBn 11 )/(?? （ 公 式 8） )31)(32)(21( )21)(32()32)(21( TTTTTT TTBBTTBBC ??? ?????? （ 公 式 9） 21 )21)(21(21 TT TTTTCBBD ? ????? （ 公 式 10） 1111 TCTDTDE ???? 常數(shù) C、 D、 E 可由 圖 25 的 (溫度、電阻值 )數(shù)據(jù) (T0, R0). (T1, R1). (T2, R2) and (T3, R3)，通過式 7～ 10 計算。C ～ 30176。 To=25+ T1=10+ T2=20+ T3=30+ ○ 2 代入 BT=CT2+DT+E+50，求 BT。電阻溫度系數(shù) (α)與 B 值的關(guān)系，可將式 11 微分得到。 表 4 熱敏電阻 典型值 另外應(yīng)注意，散熱系數(shù)、熱響應(yīng)時間常數(shù)隨環(huán)境溫度、組裝條件而變化。C 所需時間。 LM7805 是常用的三端穩(wěn)壓器，一般使用的是 TO220 封裝，能提供 5 V 的輸出電壓，內(nèi)含過流和過載保護(hù)電路。 開關(guān)導(dǎo)通時等效電路 如圖 32 所示， 開關(guān)關(guān)斷時等效電路 如圖 33所示 。 ○ 3 一個周期內(nèi)電容充電電荷高于放電電荷時，電容電壓升高，導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷減小、放電電荷增加，使電容電壓上升速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充 、 放電平衡，此時電壓維持不變；反之，如果一個周期內(nèi)放電電荷高于充電電荷，將導(dǎo)致后面周期內(nèi)充電電荷增加、放電電荷減小，使電容電壓下降速度減慢，這種過程的延續(xù)直至達(dá)到充 、 放電平衡，最終維持電壓不變。這種在穩(wěn)態(tài)狀況下一個周期內(nèi)電感電流平均增量（磁鏈平均增量）為零的現(xiàn)象稱為：電感伏秒平衡。使用 LM2576ADJ 集成芯片組成 BUCK 電路使 整個電路設(shè)計更加簡單，輸出電流電壓易于控制。運算放大器同相端電壓為采樣電阻上 的 分壓，反相端反饋電阻采用可編程數(shù) 字 電位器。 TPL0501 使用三線 SPI 兼容的串行數(shù)據(jù)接 口。把 CS 低在整個串行數(shù)據(jù)流，以避免數(shù)據(jù)損壞 。 INA168 將待檢測電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出。上電復(fù)位后 P1 口為弱上拉型 IO 口。用 D/A 轉(zhuǎn)換的模擬量與本次輸入的模擬量通過比較器進(jìn)行比較，將比較結(jié)果保存到逐次比較器，并通過逐次比較器輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 輸入共模和電源電壓是獨立的可以從 V 至 36 V 的 INA168 范圍 V— 60 V 的電流監(jiān)測。 最大差分輸入電壓的精確測量為 V，產(chǎn)生一個 100 μA 輸出電流多達(dá) 2 V 的差分輸入電壓不會造成損害。為了能 滿足輸入電壓要求取 RL=100 K， 采樣電壓達(dá)到 3 V 才 能滿足采樣要求。在比較器同相端電壓超過設(shè)定值時電路產(chǎn)生控制信號，并傳送到控制電路輸入端。漏極電流是獨立的電源電壓。C 。但是有一種二極管，它的正向特性與普通二極管相同，而反向特性卻比較特殊：當(dāng)反向電壓加到 一定程度時，雖然管子呈現(xiàn)擊穿狀態(tài)，通過較大電流卻不損毀，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好； 相反 ， 21 只要管子處在擊穿狀態(tài)，盡管流過管子的電 流 變化很大， 而管子兩端的電壓卻變化極小 ， 起到穩(wěn)壓作用。實際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓 管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管，然后串聯(lián)一 只 或幾只硅二極管 “ 枕墊 ” ，把穩(wěn)定電壓提高到所需數(shù)值。 所謂 NTC 溫度傳感器就是負(fù)溫度系數(shù)溫度傳感器 。 NTC 溫度傳感器 在室溫下的變化范圍在 100~1000000 Ω，溫度系數(shù) 2%~%。 B： B 值。 PI 控制原理 PI 設(shè) 計過程部分包括檢測比較、控制器、執(zhí)行器。當(dāng)期望值有一個變化時，系統(tǒng)過程值將產(chǎn)生一個穩(wěn)態(tài)誤差。 為了減小穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中加入積分項，積分項的誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加 積分項會增大。 響應(yīng)曲線圖如圖 63 圖 63 積分 (I)控制和比例積分 (PI)控制階躍相應(yīng) 比例 +積分 (PI)控制器 24 （ 公 式 1） ?????? ?? ?t0dt)t(11)()( eTteKptU 比較： PI 比 P 少了穩(wěn)態(tài)誤差， PID 比 PI 反應(yīng)速度更快并且沒有了過沖。 由 STC12C5A60S2 單片機組成的數(shù)字控制系統(tǒng)控制中， PI控制器是通過 PI控制算法實現(xiàn)的。 // 比例常數(shù) Proportional Const double Integral。 // Sums of Errors } PI。 // 積分 25 ppPrevError = ppLastError。 } 26 4 系統(tǒng)設(shè)計 供電電源設(shè)計 BUCK 電路輸入直流電源電壓為 10 V～ 25 V，系統(tǒng)中 STC12C5A60SLCD1602 液晶顯示 、 TPL0501 等供電由 LM7805 將 10 V～ 25 V 的輸入電壓穩(wěn)定后提供 。 LM7805 的內(nèi)部框圖為 圖41， 其電參數(shù)如 表 6。 28 Vin OUTGNDFBON/OFFLM2576U2+1000uFC5+1000uFC6D31N5822150uHL1GNDVinR1OUTGNDVin+VinV+INA168U45VR7GNDFBconstant current powerC10GNDAD1ON/OFF100KR11100KR12470R131 2PRL13284OPA2134AU71KR165VFBGNDHWR14VOUTAD2Q08050 圖 43 電路設(shè)計中輸入電容和輸出電容選擇 1000 uF/50V 電 解電容，電感選擇 150 uH 工字形電感，續(xù)流二極管選擇 1N5822。STC12C5A60S2 最小系統(tǒng)控制電路電路設(shè)計原理圖如圖 44。 GND5VW110KRSLCDENP00P01P02P03P04P05P06P07GNDLCD1602 Display12345678910111213141516P0LCD1602GND10R185V 圖 45 輸出電壓、電流檢測電路設(shè)計 輸出電壓檢測，在輸出端通過兩個串聯(lián) 100 K 的電阻分壓，獲得 的 分壓電壓直接送到單片機 口完成 ADC 轉(zhuǎn)換。 檢測電路原理圖設(shè)計如圖 44。系統(tǒng)中反饋電阻使用可編程數(shù)字電位器 TPL0501。過壓保護(hù)將輸出電壓分壓得到的分壓送到比較器同相端與穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓比較，當(dāng)輸出電壓超過門限時，比較器輸出由低電平變換高電平。 31 電路設(shè)計原理圖如圖 48 5VC19GNDTOP0TOP1GNDON/OFFprotective circuit123714CD4001AU6 圖 49 32 5 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計原理及設(shè)計所用工具 本設(shè)計所用工具為 C 編譯器 IAR Embedded Workbench，是 IAR Systems 公司的一款開發(fā)工具。 圖 51 否 否 是 是 開 始 系統(tǒng)初始化 初始化完成 液晶掃描 等待中斷觸發(fā) 系統(tǒng)中斷開 主函數(shù) 送數(shù)據(jù)到 LCD1602 液晶顯示 LED 顯示 AD1 輸出電流檢測 AD2 輸出電壓檢測 33 6 系統(tǒng)測試 主要 測試儀器、儀表 表 7 測試儀器、儀表 儀 器 型 號 精 度 廠 商 滑動變阻器 Bx714 % 上海愛鎮(zhèn)電器廠 示波器 UTD2102CEL 3% 可調(diào)式直流穩(wěn)壓恒流電源 DK08006384 +% 數(shù)字萬用表 VC890D 4 位半 粵 制 系統(tǒng)測試 測試方法 測試使用學(xué)生可調(diào)式直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字萬用表、滑動變阻器、示波器等。 測試參數(shù)記錄表及測試數(shù)據(jù) 表 8 參數(shù)記錄及測試數(shù)據(jù) 實際電壓 顯示電壓 實際電流 顯示電流 輸入電壓 總電流 效率 實際效率 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 34 % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % % 測試結(jié)果分析 通過測試數(shù)據(jù)可看出電元設(shè)計輸出電流比較穩(wěn)定， PI調(diào)節(jié)后電流在 附近 波動， 其充電 效率達(dá)到了設(shè)計要求