【文章內(nèi)容簡介】 會在電池極板上產(chǎn)生些許的小氣泡，日積月累這些氣泡減少了電池極板的面積也間接影響了電池的容量。當(dāng)然，我們可以通過掌握合理的充放電方法來減輕“記憶效應(yīng)”。 而且放電時電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。與其它類型的電池比較，鎳鎘電池可耐過充電或過放電。鎳鎘電池的放電電壓根據(jù)其放電裝置有所差異，每個單元電池(Cell)大約是 ，鎳鎘電池的放電終止電壓為 。（3）鎳氫充電電池：鎳氫電池是有氫離子和金屬鎳合成，電量儲備比鎳鎘電池多 30%，比鎳鎘電池更輕，使用壽命也更長，并且對環(huán)境無污染。鎳氫電池的缺點(diǎn)是價格比鎳鎘電池要貴好多，性能比鋰電池要差。電池充電時，氫氧化鉀（KOH）電解液中的氫離子（H+ ）會被釋放出來，由這些化合物將它吸收，避免形成氫氣（H2 ） ，以保持電池內(nèi)部的壓力和體積。當(dāng)電池放電時，這些氫離子便會經(jīng)由相反的過程而回到原來的地方。以每一個單元電池的額定電壓來看，鎳氫與鎳鎘都是 。雖然鎳氫電池的記憶效應(yīng)小，仍然推薦大家盡量每次使用完后再充電，并且是一次性充滿，不要充一會用一會然后再充，對鎳氫進(jìn)行放電，盡量不要對鎳氫電池進(jìn)行過放電，過放會導(dǎo)致充電失敗，這樣做的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鎳氫電池本身的記憶效應(yīng)。2．模式選擇（1）在模式 1：針對鋰電池防過充與過放特性，研究鋰電池充電器的時候必須考慮充電截止電壓，而鋰電池的最理想的充電電壓上限為 ，所以在充電時，需要檢測電池兩端的電壓，并進(jìn)行實(shí)時控制，當(dāng)充電電壓達(dá)到 的時候就斷電，停止充電。鋰電池每次充電不需要都要充滿，充到 80%以上就已經(jīng)達(dá)到要求可用了。所以在充到 時即可停止充電了 [3]，此時可采用涓流充電，以極小的電流為電池充電，考慮到用戶可能忘記拔去充電電器，然后電池就長時間充電，因此，可利用電池反饋的電壓，在比較器的作用下，進(jìn)行控制充電的斷電。（2）模式 2：考慮到鎳鎘電池有極強(qiáng)的耐過充過放的特性，因此在充電時需要保證鎳鎘電池電量已經(jīng)放完。單節(jié)的鎳鎘/氫電池為 ，放電終止電壓為 ，在生活中，基本很少出現(xiàn)單節(jié)電池的使用，基本都是兩節(jié)或者多節(jié)以上的電池串聯(lián)使用。而鎳鎘/氫電池充電需要過充 10%—50%。雙節(jié)電池標(biāo)稱電壓為 ，因此方案設(shè)定鎳鎘 /氫充電方式充電終止電壓為 ，在充電電壓達(dá)到 的時候采用涓流充電。（3）模式 3：此模式為可調(diào)模式，可兼容 到 充電電壓，可根據(jù)自身需要進(jìn)行采用不同廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文4的電壓值進(jìn)行充電。所選電壓為充電截止電壓，在終止電壓前 1V 采用涓流充電。適用于其他幅值的充電電池。 系統(tǒng)研究框圖該系統(tǒng)總體框圖如圖 所示：中央處理器電源按鍵 運(yùn)放PWMPNP 調(diào)整管LED 指示 LCD 顯示電池ADC 取樣 誤差放大調(diào)節(jié)圖 智能充電器的總體框圖采用單片機(jī) STC12C5604AD 作為主控芯片，有主控芯片調(diào)制占空比產(chǎn)生一定脈寬 PWM 信號，所產(chǎn)生的脈寬信號進(jìn)行濾波轉(zhuǎn)為直流信號，同時利用 LM358 接成電壓跟隨器，負(fù)載能力提高，然后經(jīng)過比較器控制晶體管的導(dǎo)通與截止，供給電池充電 [4]。并對電池電壓取樣反饋到比較器及主控芯片，由主控芯片進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換處理，然后輸出 LCD1602 顯示。第 3 章 智能充電器的硬件電路研究 智能充電器的研究思想本系統(tǒng)硬件研究的基本思想是采用模塊化研究，把實(shí)現(xiàn)不同功能的部分電路做成獨(dú)立模塊，然后通過合理的連接組成一個具有特定功能的產(chǎn)品。本研究主要由單片機(jī)控制模塊、電源模塊、電荷泵升壓模塊、直流線性穩(wěn)壓控制模塊、鍵盤模塊、顯示模塊組成。 單片機(jī)控制模塊 單片機(jī)的主要功能STC12C5604AC 單片機(jī)是 STC 生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（ 1T）的單片機(jī)，是高速/ 低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路、PCA 、高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲器、定時/計數(shù)器、I/O 接口、SPI 接口、看門狗及片內(nèi)RC 振蕩器等模塊。幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)。如圖 31 為 STC12C5604AD 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖：廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文5圖 31 STC12C5604AD 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖主要性能： 1．增強(qiáng)型 8051CPU，1T ，單始終/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 80512．工作電壓： 3．工作頻率范圍：035MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0420MHz4．用戶應(yīng)用程序空間 4K 字節(jié)5．片上集成 768 字節(jié) RAM6．通用 I/O，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通傳統(tǒng) I/O 口） 可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，強(qiáng)推挽/ 強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達(dá)到 20mA，單整個芯片最大不要超過 55mA7．ISP （在系統(tǒng)可編程）/IAP （在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無需專用仿真器可通過串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片8．有 EEPROM 功能9．看門狗10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體 20M 一下時，可省外部復(fù)位電路）11．時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體/時鐘廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文6 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ~ 精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因?yàn)橛兄圃煺`差和溫漂，以實(shí)際測試為準(zhǔn)12．共 6 個 16 位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器/計數(shù)器，16 定時器 T0 和 T1，沒有定時器 2， PCA 模塊可再實(shí)現(xiàn) 4 個 16 位定時器13．2 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 輸出時鐘，可由 T1 的溢出在 輸出時鐘14．外部中斷 6 路，下降沿中斷或低電平出發(fā)中斷，PCA 模式可分別或同時支持上升沿中斷/下降沿中斷，Power Dowm 模式可由外部中斷喚醒，INT0/、INT1/、T0/ 、xD/、PCA0/、PCA1/15．PWM（4 路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列，4 路）也可用來當(dāng) 4 路 D/A 使用也可用來再實(shí)現(xiàn) 4 個定時器也可用來再實(shí)現(xiàn) 4 個外部中斷（上升沿中斷/ 下降沿中斷均可分別或同時支持）16．A/D 轉(zhuǎn)換，10 位精度 ADC，共 8 路17．通用全雙工異步串行口（UART ） ，由于 STC12 系列是高速的 8051，也可再用定時器軟件實(shí)現(xiàn)多串口18．SPI 同步通信口，主模式/從模式19．工作溫度范圍：0~75℃20．封裝：TSSOP20（超小封裝 ） 單片機(jī)控制電路如圖 32 所示為單片機(jī)控制電路。圖 32 單片機(jī)控制電路廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文7主要管腳用途：（1）XTAL1 腳和 XTAL2 腳為振蕩器輸入輸出端口，外接 12Mhz 晶振 [5]；（2）VCC、GND 接 5V 電源正負(fù)端；（3）、 分別接 LCD 顯示屏的 RS 與 EN 端。（4）、 接開關(guān)電路，用來獲取開關(guān)信號；（5）、 接兩發(fā)光二極管，用來指示充電狀態(tài)；（6）、 為 PWM 輸出端口，分別接直流穩(wěn)壓電路以及電荷泵升壓電路，電荷泵升壓電路產(chǎn)生+7V 電壓為 LM358 芯片提供工作電源，直流穩(wěn)壓電路控制一定的輸出電壓為電池充電；（7） 為數(shù)模轉(zhuǎn)換信號輸入端口，外接電池取樣電壓端；（8）、 、 、 接 LCD1602 數(shù)據(jù)輸入端；（9） 接 LCD1602 背光源正極；（10） 接 TL431 穩(wěn)壓管，為 提供 穩(wěn)壓源；（11）本研究沒用到復(fù)位電路，所以復(fù)位端 RST 直接接地。 供電電源 USB5V 供電電源USB 電源主要由 USB 數(shù)據(jù)線為主要連通工具，接電腦 USB 接口或其他+5V 電源如：移動電源、交換式電源供應(yīng)器，主要為芯片和外部顯示屏及其他外部電路提供工作電源。因?yàn)?USB 輸入電壓雖然是單一方向，但是仍會含有交流成分，因此，需要加電容濾波電路，輸出平滑的直流電壓。如圖 33為 USB 電源電路。 圖 33 USB 電源電路 電荷泵升壓（1）電荷泵定義：也稱為開關(guān)電容式電壓變換器，是一種利用所謂的“快速” （lying ） “泵送”廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文8電容（而非電感或變壓器）來儲能的 DCDC（變換器）它們能使輸入電壓升高或降低，也可以用于產(chǎn)生負(fù)電壓。其內(nèi)部的 FET 開關(guān)陣列以一定方式控制快速電容器的充電和放電，從而使輸入電壓以一定因數(shù)（,2 或 3）倍增或降低，從而得到所需要的輸出電壓。這種特別的調(diào)制過程可以保證高達(dá) 80%的效率，而且只需外接陶瓷電容。由于電路是開關(guān)工作的，電荷泵結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生一定的輸出紋波和EMI（電磁干擾） 。（2）電荷泵升壓電路主要利用電容存儲電荷或電能，并按預(yù)先確定的速度和時間放電的特性。電路中電容一旦被加電，由于電容的寄生效應(yīng)限制了峰值充電電流，并增加了電荷轉(zhuǎn)移時間，因此電容的電荷累積不能立即完成，也意味著電容兩端的初始電壓變化為零。使用這種方法可實(shí)現(xiàn)電壓的倍壓，開關(guān)信號的占空比設(shè)為 50%，能產(chǎn)生最佳的電荷轉(zhuǎn)移效率。（3）電荷泵的工作過程為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓，而電容式電荷泵采用電容器來貯存能量。（4）電荷泵的研究主要升壓驅(qū)動 LM358 芯片工作，但是如果沒有電荷泵，LM358 的比較輸出后，到達(dá)不了 5V，所以只能升壓驅(qū)動 LM358。電荷泵升壓電路圖如圖 34 所示，PWM 占空比為 50%的開關(guān)信號由單片機(jī) 提供。圖 34 電荷泵升壓電路圖 直流線性穩(wěn)壓控制電路研究單