【正文】 保護(hù)電路實(shí)現(xiàn) 溫度保護(hù)電路實(shí)現(xiàn) 45 圖 48 溫度保護(hù)電路 溫度比較電路采用熱敏電阻作為溫度傳感器件，該傳感器與電阻 R2分壓后輸入到電壓比較器的正端。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“ +”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“ ”表示。每一組運(yùn)算放大器可用圖 1 所示的符號(hào)來表示，它有 5個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。其中，反饋電阻 Rf 不能取得太大，否則會(huì) 產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，其值一般取幾十千歐到幾百千歐之間。電流基準(zhǔn)電壓又 R31\、 W、 R32 分壓取得。 表 5 所有輸出形式的電學(xué)特性 設(shè)備參數(shù) 符號(hào) 參數(shù) 條件 典型值 最小值 最大值 單位 IQ 靜態(tài)電流 ,，VFEEDBACK = 8V ； 12V類型， VFEEDBACK = 12V 6 mA 37 VADJ 電流限制 電壓調(diào)整 ICL 電流限制 RADJ= IL 輸出損耗電流 VIN = 40V, 軟啟動(dòng)引腳 = 0V VSWITCH = 0V VSWITCH = ?1V 6 mA RDS(ON) 導(dǎo)通電阻開關(guān) ISWITCH=5A f0 振蕩器頻率 測(cè)量開關(guān)引腳 260 225 280 kHz D 占空比 最大占空比 最小占空比 91 0 % % IBIAS 反饋偏置電流 VFEEDBACK = 12V 只適用可調(diào)整類型 85 nA VSFST 軟啟動(dòng)電壓界限 V ISFST 軟啟動(dòng)引腳電流 軟啟動(dòng)引腳 =0V μ A θ JA θ JA θ JC 熱電阻 65 45 2 176。要連接到了 引腳6的電源實(shí)際輸出設(shè)置直流電壓。 這最大限度地減小在電源開關(guān)傳導(dǎo)損耗 。開關(guān)給一個(gè)電感器，一個(gè)輸出電容和負(fù)載電路根據(jù)內(nèi)部脈沖寬度調(diào)制（ PWM）控制提供能量。時(shí)鐘頻率為控制在 1 177。該系列由 ， 5V和 12V的 固定輸出電壓和可調(diào)輸出 電壓 4種 。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 外形設(shè)計(jì) 1）面板設(shè)計(jì) 圖 34面板定位圖 設(shè)備使用 4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，外形尺寸為 480mm*400mm*198mm，面板設(shè)計(jì)為鋁制襯板上貼 PVC 薄膜。 4個(gè)導(dǎo)線都是從開關(guān)電源模塊接到鋰電池的兩端。有點(diǎn)墨跡了，他的變壓器就是一個(gè)字小。這電流流過負(fù)載，從地線返回，流到續(xù)流二極管 D 的正極，經(jīng)過二極管 D，返回電感 L 的左端，從而形成了一個(gè)回路。 開關(guān)電源是一種比較新型的電源。 圖 32 線性電源 線性電源功率器件工作在線性狀態(tài)，也就是說他一用起來功率器件就是一直在工作，所以也就導(dǎo)致他的工作效率低，一般在 50%~60%，還得說他是很好的線性電源。 開關(guān)電源的電壓選擇必須綜合考慮兩個(gè)問題： （ 1） 補(bǔ)償充電電纜造成的壓降 開關(guān)電源的電壓至少必須大于電池恒壓電壓和電纜壓降之和，還必須加上后級(jí)開關(guān)器件的壓降。由于該 故障對(duì)電池?fù)p害嚴(yán)重，一般由其它故障伴生，因此該保護(hù)功能也被設(shè)計(jì)為手動(dòng)恢復(fù)的形式，即發(fā)生過壓后，即使電壓恢復(fù)正常，充電器也不會(huì)自動(dòng)恢復(fù)工作，必須人為檢查，排除故障后重新開機(jī)啟動(dòng)。 充電器中， 7 個(gè) 獨(dú)立的 單體 充電器 組成一個(gè)整體， 整體的供電由電池組保護(hù)電路控制。 22 d）絕緣電阻 本設(shè)計(jì)的充電器使用場(chǎng)合為室內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境 ，如停機(jī)棚、大型工棚等場(chǎng)合，因此對(duì)絕緣電阻有一定要求。如 42Ah 容量的電池組在 4A 的充電狀態(tài)下需要充電42Ah/4A=，在 6A 的充電狀態(tài)下需要充電 42Ah/6A=7h ,因此直接影響到充電完成時(shí)間。 1%，該設(shè)備主要工作與市電供應(yīng)的場(chǎng)合。單體電池實(shí)際容量約21Ah，電池組實(shí)際容量約 42Ah。充電過程中的自然、爆炸等諸多的問題的產(chǎn)生，使得鋰電池充電器在設(shè)計(jì)和制造過程中 的要求越來越高。和間隙采樣比起來還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是保證了充電過程的連續(xù)。 圖 27 AB兩點(diǎn)間采樣 2） 充電間隙采樣 充電間隙采樣就是指在充電的過程中停止一會(huì)兒的充電去采樣，然后恢復(fù)充電這樣一個(gè)循環(huán)的過程 （圖 28） 。 充電器先以 I1的電流給鋰電池充電，過了 t1時(shí)間，等到鋰電池的電壓達(dá)到某一需要的值時(shí)，充電器的工作狀態(tài)變成了恒壓充電?？芍苯訕?gòu)成電池電壓，電流，溫度檢測(cè)電路。% 的輸出電壓精確度和 177。充電電流 (mA 充電電流大于電池容量的 15％，小于等于 20％時(shí)： 充電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量（ mAH） 247。 圖 22 快速自動(dòng)充電器 充電器在生活應(yīng)用可被分為民用、 工業(yè)用 、軍用等。因此為了解決過充問題，快速充電器一般都采用了比如電壓斜率判斷法等方法來判斷電池是否接近充滿，這些充電器都使用了控制電路或者 IC芯片來完成這一任務(wù)。例如：充電器的電流為 160mA，對(duì) 1400mAH 的電池充電，則時(shí)間為2100mAH/160mA 約為 13小時(shí)，而不用計(jì)算到分。 充電器有很多，如 鉛酸蓄電池 充電器、閥控密封鉛酸蓄電池的測(cè)試與監(jiān)測(cè)、 鎘涅電池 充電器、鎳氫電池充電器、鋰離子電池充電器、便攜式電子設(shè)備鋰離子電池充電器、鋰離子電池保護(hù)電路多功能充電器、電動(dòng)車蓄電池充電器等。但現(xiàn)在使用鎳鈷錳酸鋰和磷鐵做正極的電 池，用于電動(dòng)工具和電動(dòng)車等，已經(jīng)可以 1020C放電。 無記憶效應(yīng) 記憶效應(yīng)是指鎳鎘電池在充放電循環(huán)過程中，電池的容量減少的現(xiàn)象。 鋰離子電池充電要求很高，要保證終止電壓精度在 177。 鋰離子電池的 種類 不可充電的鋰電池有多種，目前常用的有鋰－二氧化錳電池、鋰 — 亞硫酰氯電池及鋰和其它化合物電池。 Liion Batteries 就像一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩極，而鋰離子就象運(yùn)動(dòng)員一樣在搖 椅來回奔跑。 在充放電循環(huán)過程中容易形成鋰枝晶 ，造成電池內(nèi)部短路 ， 所以一般情況下這種電池是禁止充電的。充電器在各個(gè)領(lǐng)域用途廣泛，特別是在生活領(lǐng)域被廣泛用于手機(jī)、相機(jī)等等常見電器。 Protection IC。 作者簽名： 日期： 2 鋰離子電池組用充電器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種各樣的電池和充電器也相繼被發(fā)明和生產(chǎn)， 現(xiàn)在 人們對(duì)充電器的要求不僅僅滿足于 它的 安全， 而且要有更短的充電時(shí)間 。本設(shè)計(jì)正是為某種產(chǎn)品的 鋰電池組進(jìn)行精確和較為快速的充電。 Electrical design 。充電器是采用電力電子半導(dǎo)體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置。后來，日本索尼公司發(fā)明了以炭材料為負(fù)極，以含鋰的化合物作正極的鋰電池，在充放電過程中，沒有金屬鋰存在，只有鋰離子，這就是鋰離子電池。所以 Liion Batteries 又叫搖椅式電池。 鋰－二氧化錳電池 (LiMnO2) 鋰－二氧化錳電池是一種以鋰為陽(yáng)極（負(fù)極）、以二氧化錳為陰極（正極），并采用有機(jī)電解液的一次性電池。1% 之內(nèi)，目前各大半導(dǎo)體器件廠已開發(fā)出多種鋰離子電池充電的 IC，以保證安全、可靠、快速地充電。鋰離子電池不存在這種效應(yīng)。 需要保護(hù)線路控制。 目前市場(chǎng)上的充電器主要分為恒流充電器和自動(dòng)充電器兩種。 恒 流充電器的構(gòu)造簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，是一種不錯(cuò)的充電方式，對(duì)電池壽命的影響小。當(dāng)電池接近充滿時(shí)，控制電路會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入涓流充電模式，對(duì)電池進(jìn)行涓流充電。民用的通常有手機(jī)充電器、電腦充電器、電瓶車充電器等。充電電流 (mA) 充電電流大于電池容量的 20％時(shí)： 充電時(shí)間（小時(shí)）＝電池容量（ mAH） 247。5% 的充電電流精確度。 充電控制芯片通過電壓反饋和電流反饋信號(hào)，直接利用 PWM 輸出將數(shù)字電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號(hào)，能夠保證控制精度。 而圖 26表示的是恒壓恒流切換過程中電壓 V和時(shí)間 t 的關(guān)系。 充電間隙采樣的結(jié)構(gòu)跟圖 27 相似，就是在里加一個(gè)開關(guān)，自動(dòng)控制電路的通斷。但是既保證了采樣的精度，還保證了充電過程的連續(xù)， 當(dāng)然也會(huì)存在著自身的不足，而這個(gè)唯一的不足就是增加了兩個(gè)采樣的，導(dǎo)致整個(gè)充電器成本的上升。然而，隨著人們生活水平的提高，對(duì)鋰電池充電器的設(shè)計(jì)要求也不僅僅只是在安全方面的，還在于諸多其他的方面，比如說充電速度的快慢 、電量的計(jì)算 等。其中將兩個(gè)并聯(lián)的單體電池定義為一節(jié)電池。 b）充電精度 充電精度要求包含恒壓精度要求和恒流精度要求兩個(gè)方面。在考慮基本充電時(shí)間的同時(shí)還要考慮電池的化學(xué)轉(zhuǎn)換速度，電池的發(fā)熱情況，以及導(dǎo)線在大電流下所消耗的額外能量等。具體要求為絕緣電阻正常環(huán)境條件下應(yīng)大于 50MΩ ，濕態(tài)環(huán)境條件下不小于 2MΩ e）工作溫度 如前所述，本設(shè)計(jì)的充電器使用場(chǎng)合為室內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，因此必須考慮工作溫度所可能的大范圍變化。電池組保護(hù)電路由溫度檢測(cè)電路、過壓檢測(cè)電路 和保護(hù)開關(guān) 組成 。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求， 鋰離子電池組用充電器 的總體設(shè)計(jì)框圖如下 （圖 31）： 圖 31 充電器總體連接框圖 1） 采樣方式選取 充電器 17為單體充電 模塊 ， 分別為鋰電池組中的鋰電池 17充電 。一般可估計(jì)為： U 恒壓 +U 導(dǎo)線 +UCE=+2V+= （ 2）單體充電器的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源的電壓選取還必須考慮到單體充電器所使用的芯片的耐壓和所承受的功率。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，也有別的像 KX 電源，再經(jīng)過整流輸出直流電壓。它具有效率高，重量輕，可升、降壓，輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。通過控制開關(guān)閉合跟斷開的時(shí)間（即PWM—— 脈沖寬度調(diào)制），就可以控制輸出電壓。效率為 80％～ 90％。 采樣線連接到保護(hù)電路模塊和恒壓恒流切換電路模塊。 PVC 薄膜印刷和開孔尺寸見圖 34。 簡(jiǎn)單的切換提供了一個(gè)完整的設(shè)計(jì)使用的外部元件數(shù)量最少的概念。 11％容限。他 PWM 控制器是一個(gè)固定的內(nèi)部 260KHz 振蕩器。 4． GROUND接地 這是在電源的所有部件連接接地參考。對(duì)于固定輸出設(shè)備（ ， 5V和 12V的輸出）， 一個(gè)導(dǎo)線 直接連接到輸出是所有所需的內(nèi)部增益設(shè)置電阻內(nèi)部的 LM2679提供。C/W 176。 當(dāng)電流值變大時(shí)輸出到比較器正端的電壓大于由電阻 分壓所得的基準(zhǔn)電壓時(shí)，運(yùn)算放大器輸出高電平，該電平通過電阻和二極管加到 LM2679 的調(diào)整端，使調(diào)整端點(diǎn)位升高， LM2679 停止輸出，此時(shí)輸出電流下降，導(dǎo)致加到運(yùn)算放大器輸入端的電流電壓下降，運(yùn)放輸出低電平，由于二極管的隔離作用，該電平不再對(duì) LM2679 的調(diào)整端產(chǎn)生影響， LM2679 恢復(fù)輸出。 R1的值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源的內(nèi)阻。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi （ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的 任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。 恒壓恒流轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn) 鋰離子電池充電器具有自動(dòng)的恒壓恒流充電轉(zhuǎn)換功能，在此功能中，使用比較器對(duì)其單體電池的充電電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)大于一定值時(shí)，說明電已基本充滿，此時(shí)由恒流充電狀態(tài)進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)。電壓比較器的負(fù)端采用電阻分 壓的方式獲得設(shè)定電壓。 由于考慮到引腳 引腳 5中，輸入電壓 V5 在參考電壓 V5 附近有微小的干擾，則輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)（起伏），導(dǎo)致充電過程一直在恒壓充電狀態(tài)和恒流充電狀態(tài)中不斷的切換，這樣會(huì)對(duì)鋰電池產(chǎn)生一定的危害，所以在電路中引入一個(gè)正反饋電阻 RX 來克服這一問題。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本 上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。放大器的輸入電阻為： Ri≈ R1， 直流平衡電阻為： RP = Rf // R1 。 線路在電源輸出回路中增加了采樣電阻 R22，當(dāng)充電器對(duì)電池充 電時(shí)，采樣電阻把反映電流變化的電壓送入運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，放大后的電壓輸入到另一組運(yùn)算放大器的正端，用于與基準(zhǔn)比較。 C除了另有規(guī)定的版本 ， 5V和可調(diào)版本中 ， VIN =12V在 ， 其他版本中 VIN = 24V。 6． FEEDBACK—— 反饋 這是一個(gè)兩階段的高增益放大器，驅(qū)動(dòng)器的 PWM控制器的輸入。 該電容增強(qiáng)對(duì)上述內(nèi)部 MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)輸入電壓，充分打開它。 33 圖 33 TO263封裝 1． SWITCH OUTPUT輸出開關(guān) 這是一個(gè) MOSFET 功率輸出開關(guān)直接連接到輸入電壓。 2％。高效率（ 90％）獲得通過一個(gè)低阻抗的 DMOS功率開關(guān)使用。 恒壓充電過程的恒壓值是通過