【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，便于調(diào)試程序。 CPU內(nèi)核由一組經(jīng)過(guò)優(yōu)化的功能單元組成，包括指令讀取/處理流水線、16位算術(shù)邏輯單元（ALU）、40位乘累加單元（MAC）、地址和數(shù)據(jù)單元（ADU）、取指單元（IFU）、寄存器文件（RF），以及專用特殊功能寄存器（SFR）。XC164CM中的大多數(shù)指令為單周期指令，從而提高了CPU性能，同時(shí)與C166指令保持兼容。此外，XC164CM出色的DSP性能、對(duì)不同存儲(chǔ)器和外設(shè)的并行訪問(wèn)等特性提高了系統(tǒng)的整體性能。 XC164CM的內(nèi)核架構(gòu)將RISC和CISC處理器的優(yōu)點(diǎn)完美結(jié)合。其計(jì)算和控制功能由于MAC單元的DSP功能而變得更加完善。XC164CM將高性能CPU與一系列功能強(qiáng)大的外設(shè)單元集成起來(lái)，有效的聯(lián)接成一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。片上存儲(chǔ)器模塊帶有專用總線和控制單元，用于存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)。這些特性促成了XC164CM微控制器的高性能，使得XC164CM不僅可滿足當(dāng)前的應(yīng)用，還將適用于未來(lái)的工程應(yīng)用。XC164CM中還采用了一種LXBus總線，用來(lái)標(biāo)識(shí)外部總線接口。LXBus總線提供了一種標(biāo)準(zhǔn)化的方法，可方便的將附加的專用外設(shè)集成到標(biāo)準(zhǔn)XC164CM系列芯片中。 因此，在本電路中使用XC164CM充當(dāng)核心控制器。通過(guò)鍵盤設(shè)定對(duì)不同電池進(jìn)行充電，完成對(duì)整個(gè)充電過(guò)程的控制。通過(guò)計(jì)算，處理外圍幾個(gè)檢測(cè)電路檢測(cè)到的信息。根據(jù)這些數(shù)據(jù)判斷和不斷調(diào)整充電狀態(tài)。并通過(guò)指示電路顯示給用戶。對(duì)不穩(wěn)定的充電狀態(tài)以及錯(cuò)誤操作及時(shí)終止。 XC164CM開關(guān)電源電路的主要任務(wù)是將市電220VAC轉(zhuǎn)化成充電所需的25VDC的電壓。電源電路主要包括輸入濾波器，整流器，DC/DC轉(zhuǎn)換器，輸入整流濾波器等電源變換電路。220VAC的市電經(jīng)過(guò)輸入濾波器能夠抑制大部份共模干擾和差模干擾。整流器將交流電整流濾波成直流電，然后經(jīng)過(guò)DC/DC變換器得到充電所需的直流電壓。為了抑制電壓波動(dòng)得到持續(xù)穩(wěn)定的輸出電壓，在輸出端添加一電壓負(fù)反饋電路。該電路由光電耦合器將檢測(cè)到的電壓狀態(tài)參量反饋給控制電路，該控制電路由美國(guó)動(dòng)力（PI）公司的TOPSwitch－Ⅱ系列單片電源電路中的TOP224Y芯片對(duì)反饋參數(shù)進(jìn)行比較處理，通過(guò)PWM波調(diào)制輸出，對(duì)DC/DC變換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。 AC/DC轉(zhuǎn)換電路該部分電路主要包括：保險(xiǎn)絲；濾波電容C1組成的主要用來(lái)對(duì)輸入交流電濾波，消除共模干擾和差模干擾濾波網(wǎng)絡(luò)；橋式整流電容濾波電路。a. 保險(xiǎn)絲考慮到市電輸入的電流不穩(wěn)定性。為保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)因過(guò)大的沖擊電流燒毀，采用220V/3A的保險(xiǎn)絲。b. 輸入濾波器電壓電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)的干擾，干擾電壓和電流主要有二種形態(tài)：“共?！焙汀安钅！?。一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸；另一種是兩根導(dǎo)線做去路，地線做返回路傳輸。前者叫“差?！保笳呓小肮材！薄Ｒ话愀蓴_所經(jīng)由的不是共模路徑就是差模路徑，因此可對(duì)不同路徑的干擾采用不同的處理,以濾波、屏蔽等手段來(lái)消除。本設(shè)計(jì)電路中電容C1作為濾波器用于抑制共模噪聲，為濾波效果好，電容C1使用陶瓷電容活聚酯薄膜電容，應(yīng)具有足夠的耐壓性。c. 整流濾波電路整流采用單相橋式整流，電容C2作為濾波電路。 單相橋式整流電容濾波電路 DC/DC變換器電路的設(shè)計(jì)該電路主要是應(yīng)用PWM調(diào)制的反激式開關(guān)電路，并由芯片TOP224Y進(jìn)行輸出電壓反饋控制，保持變換后的輸出電壓穩(wěn)定。 DC/DC變換器電路a. 反激變換器的工作原理隔離性DC/DC變換電路是開關(guān)電源電路中最重要的組成部分。常用的幾種基本類型有：正激變換，反激變換，推挽式，半橋式和全橋式。比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)和考慮到功能要求。本系統(tǒng)選擇單端反激式變換器。：當(dāng)開關(guān)管M導(dǎo)通時(shí)，變壓器的初級(jí)電感線圈儲(chǔ)存能量，而由于次級(jí)線圈與初級(jí)線圈相反，此時(shí)二極管處于反向偏壓截止?fàn)顟B(tài)。則次級(jí)電路中沒(méi)有電流流向負(fù)載。而當(dāng)使開關(guān)管M截止時(shí)，由于磁通量變換的影響，次級(jí)線圈的電壓極性反轉(zhuǎn)。二極管D導(dǎo)通，對(duì)電容C充電。同時(shí)也有電流通過(guò)負(fù)載。 反激變換原理圖b. 變壓器的設(shè)計(jì)變壓器是開關(guān)電源的關(guān)鍵器件，在電路中兼有儲(chǔ)能、限流、隔離和阻抗轉(zhuǎn)換作用。(1) 技術(shù)要求輸入電壓：90V～270VAC；輸出功率：=150W；輸出電壓：直流25V；開關(guān)頻率：100kHz；功率電路：?jiǎn)味朔醇ぁ?2) 設(shè)計(jì)過(guò)程1) 確定工作頻率和最大導(dǎo)通時(shí)間根據(jù)電路原理，可選擇最大占空比，則最大導(dǎo)通時(shí)間： () （2) 變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)的計(jì)算變壓器初級(jí)繞組的匝數(shù)與最大磁感應(yīng)增量之間的關(guān)系為： ()式中，為磁芯的有效斷面積。根據(jù)對(duì)磁輻射的要求，本設(shè)計(jì)采用TOKIN優(yōu)質(zhì)FPQ系列磁材。選擇型號(hào)為FPQ3535T22型磁材可滿足要求。相應(yīng)的，骨架選擇該公司生產(chǎn)的PQB3535P1212F，材料型號(hào)為T375J94VO。根據(jù)磁材特性，若選，則在第一象限的最大磁感應(yīng)增量為： ()經(jīng)查FPQ磁芯工作磁滯回線，當(dāng)，且溫升達(dá)到100℃時(shí)，離飽和磁密仍保持一定距離，證明的設(shè)定是合理的。FPQ3535T22型磁芯的有效斷面積為196 ，則： (匝)。3) 變壓器次級(jí)繞組匝數(shù)計(jì)算由于輸出電壓為25V，則可求得次級(jí)最低輸出電壓： ()式中：為整流二極管壓降，選1V。所以為52V?？紤]到初、次級(jí)變比關(guān)系，以及輸入低電壓時(shí)保證輸出達(dá)到要求值，并考慮到雙正激兩個(gè)MOSFET的壓降為4V，則： ()所以： （匝）c. PWM反饋控制電路設(shè)計(jì)(1) 芯片TOP224Y的介紹TOPSwitch芯片是美國(guó)PI公司的產(chǎn)品，在儀器儀表、筆記本電腦、移動(dòng)電話、音像設(shè)備等系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。這個(gè)器件集成了功率開關(guān)管（MOSFET）、控制電路、振蕩器等于一體。它僅采用三端器件，以最簡(jiǎn)單的接線方式，構(gòu)成電源系統(tǒng)。從而極大地簡(jiǎn)化了150W以下電源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。TOPSwitchII則是在1997年推出的第二代產(chǎn)品。第二代產(chǎn)品在電路性能，特別是輸出功率上獲得大幅度的提高。這兩個(gè)系列的封裝是一致的，實(shí)際上它是一個(gè)三端器件。 TOP SwitchII封裝圖三個(gè)腳分別是D、S、C，即漏極、源極、控制極。TO－220封裝、DIP－8封裝和SMD－8封裝這三個(gè)腳的含義是：1) 源極S：連接內(nèi)部MOSFET的源極，同時(shí)也是TOP開關(guān)及開關(guān)電源初級(jí)電路的公共接地點(diǎn)及基準(zhǔn)點(diǎn)。2) 漏極D：是內(nèi)部MOSFET的漏極，也是內(nèi)部電流的檢測(cè)點(diǎn)。該點(diǎn)內(nèi)部有一電流源提供芯片偏置電流。3) 控制極C：誤差放大電路和反饋電流輸入端。其作用是：提供自動(dòng)重啟電容連接點(diǎn)并決定重啟頻率；通過(guò)調(diào)節(jié)其輸入電流，可以調(diào)整占空比；為芯片提供正常工作的偏置電流；提供旁路和補(bǔ)償功能的電容連接點(diǎn)。(2) 性能特點(diǎn)：1) 將脈寬調(diào)制（PWM）控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中。內(nèi)含脈寬調(diào)制器、功率開關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、自動(dòng)偏置電路、保護(hù)電路、高壓?jiǎn)?dòng)電路和環(huán)路補(bǔ)償電路，通過(guò)高頻變壓器使輸出端與電網(wǎng)完全隔離，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)工頻變壓器、隔離式開關(guān)電源的單片集成化，使用安全可靠。2) 輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。作固定電壓輸入時(shí)可選110V／115V／230V交流電，允許變化177。15％；在寬電壓范圍輸入時(shí)，適配85V～265V交流電，但PO值要比前者降低40％。3) 開關(guān)頻率。其典型值為100kHz，允許范圍是90kHz～110kHz，％～67％。4)TOPSwitch－Ⅱ只有3個(gè)引出端。可以同三端線性集成穩(wěn)壓器相媲美，能以最簡(jiǎn)方式構(gòu)成無(wú)工頻變壓器的普通型或精密型開關(guān)電源。5)外圍電路簡(jiǎn)單，成本低廉。芯片本身功耗很低，溫度范圍070攝氏度，最高結(jié)溫135攝氏度。電源效率可達(dá)80％左右,比線性集成穩(wěn)壓電源提高了近一倍。(3) 本系統(tǒng)所采用的TOP224Y的工作原理：TOP224Y的工作原理是利用反饋電流Ic來(lái)調(diào)節(jié)占空比D，達(dá)到穩(wěn)壓目的。如：當(dāng)輸出電壓Uo↑時(shí)，經(jīng)過(guò)光耦反饋電路使得Ic↑→D↓→Uo↓,最終使Uo不變。電源啟動(dòng)時(shí)，連接在漏極和源極之間的內(nèi)部高壓電流源向控制極充電，在RE兩端產(chǎn)生壓降，經(jīng)RC濾波后，輸入到PWM比較器的同相端，與振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波電壓相比較，產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)并驅(qū)動(dòng)MOSFET管，因而可通過(guò)控制極外接的電容充電過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的軟啟動(dòng)。，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此時(shí)由反饋控制電流向Uc供電。在正常工作階段，由外界電路構(gòu)成電壓負(fù)反饋控制環(huán)，調(diào)節(jié)輸出級(jí)MOSFET的占空比以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。當(dāng)輸出電壓升高時(shí)，Uc升高，采樣電阻RE上的誤差電壓亦升高。而在與鋸齒波比較后，將使輸出電壓的占空比減小，從而使開關(guān)電源的電壓減小。，MOSFET管關(guān)閉，控制電路處于小電流等待狀態(tài)，內(nèi)部高壓電流源重新接通并向Uc充電，其關(guān)斷/～。其中，a圖為正常運(yùn)行波形，b圖為自動(dòng)重啟波形。自動(dòng)重啟電路具有一個(gè)八分頻計(jì)數(shù)器，可以阻止輸出級(jí)MOSFET再次導(dǎo)通，直到八個(gè)放電充電周期完成為止。因此，在自動(dòng)重啟期間，占空比控制在5%左右可有效地限制芯片的功耗。自動(dòng)重啟動(dòng)電路一直工作到Uc進(jìn)入受控狀態(tài)為止。 TOP224Y輸出端波形圖充電電路由25V電壓輸入，通過(guò)一個(gè)由控制器控制的PWM調(diào)制的BUCK開關(guān)電路得到對(duì)電池充電所需的直流電壓，對(duì)電池充電。，再送到BUCK變換器，進(jìn)行PWM調(diào)制得到充電電壓。，BUCK變換器電路由功率場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET開關(guān)管和兩個(gè)晶體三級(jí)管組成。下面的一個(gè)晶體三級(jí)管通過(guò)控制MOSFET管的開關(guān)而產(chǎn)生PWM波以及控制充電電路的開關(guān)。另一個(gè)晶體三級(jí)管可以加速開關(guān)管的開關(guān)速度。降壓后的電壓通過(guò)濾波整流就可以用于對(duì)電池充電了。電池正確接入時(shí)，電池的端電壓通過(guò)電阻分壓使MOS管導(dǎo)通，形成充電回路。當(dāng)電池不慎被接反時(shí)，MOS管將截至，充電回路斷開。能起到保護(hù)電池和充電器的目的。 充電控制電路是智能充電器最主要的組成部分。該電路保證整個(gè)充電過(guò)程的順利進(jìn)行，該電路通過(guò)充電電池接口和檢測(cè)單元得到電池工作狀態(tài)，同時(shí)，該電路還實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路各部分工作是否正常，并提供保護(hù)功能。另外，接收由鍵盤輸入單元設(shè)定不同電池輸出電流和電壓等參數(shù)，同時(shí)將參數(shù)輸入給顯示單元顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和故障類型等信息。因此，經(jīng)過(guò)充分分析、論證，設(shè)計(jì)時(shí)選用英飛凌公司的XC164CM單片機(jī)作為控制核心構(gòu)成數(shù)字式控制器組成控制電路的核心部分。通過(guò)核心器件XC164CM單片機(jī)及其周圍各功能電路對(duì)電池組進(jìn)行快速充電并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電電流，充電電壓，充電持續(xù)時(shí)間等狀態(tài)參數(shù)，對(duì)充電電路及時(shí)調(diào)整，保證充電過(guò)程的穩(wěn)定，高效，以及起到保護(hù)電池的目的。充電控制電路核心控制器XC164CM單片機(jī)控制充電電路對(duì)電池充電。并通過(guò)電流檢測(cè)，電壓檢測(cè)，時(shí)間定時(shí)等電路獲得當(dāng)前充電狀態(tài)參數(shù)。并與設(shè)定各狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)充電電流，最大允許電池電壓，最長(zhǎng)充電時(shí)間等比較。智能地控制和選擇合適地充電模式，保證快速有效充電，并在電池組充滿電時(shí)要及時(shí)結(jié)束充電。這時(shí)就要通過(guò)對(duì)被充電電池地電量，電壓，電流變化，充電時(shí)間等參數(shù)來(lái)判斷電池電量地飽和程度，并決定是否進(jìn)入緩流維護(hù)狀態(tài)或者停止充電。由于各個(gè)電池特性有所差異，因此各自的充電狀態(tài)都不會(huì)相同所需充電時(shí)間也不會(huì)一樣，所以要對(duì)每個(gè)電池的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，比較處理后決定每個(gè)電池的充電狀態(tài)轉(zhuǎn)換及充電終止。整個(gè)充電過(guò)程的數(shù)據(jù)處理和控制調(diào)整都由單片機(jī)XC164CM來(lái)完成。 XC164CM單片機(jī)控制電路 控制電路中給單片機(jī)XC164CM及其外圍電路的Vcc供電都是由芯片LT1767通過(guò)對(duì)輸出電壓降壓得到的5V輸出電壓提供。，因此要使用AMS1117－。下面分別對(duì)其簡(jiǎn)述： 5V供電電路該電路從充電電路得到25V電壓后，通過(guò)核心芯片LT1767將25V電壓降至5V給單片機(jī)及其外圍電路供電。 5V供電電路 －。5V電壓輸入。 為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)充電過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，這時(shí)單片機(jī)就要根據(jù)被充電電池地電量，電壓，電流變化，充電時(shí)間等參數(shù)來(lái)判斷電池電量地飽和程度，并決定是否進(jìn)入緩流維護(hù)狀態(tài)或者停止充電。因此，就需要設(shè)計(jì)電壓和電流檢測(cè)電路，以便將檢測(cè)的參數(shù)提供給單片機(jī)。下面分別介紹電壓和電流檢測(cè)電路：電壓檢測(cè)電路檢測(cè)電池的端電壓，分壓后送入單片機(jī)，計(jì)算出當(dāng)前電池電壓值。除反饋給充電電路，穩(wěn)定充電電壓外，還用來(lái)判斷充電狀態(tài)。在對(duì)鎳鎘，鎳氫電池充電時(shí)，不斷檢測(cè)電壓增量。當(dāng)電壓出現(xiàn)零增量或者負(fù)增量時(shí)，表示充滿，停止充電。在對(duì)鋰電池恒流充電時(shí)，檢測(cè)到電壓最大值，使充電狀態(tài)轉(zhuǎn)入恒壓充電，并起到反饋穩(wěn)壓作用。 ()其中（, ）通過(guò)與電池串聯(lián)接入，檢測(cè)電池的充電電流。通過(guò)放大電路得到放大的電壓信號(hào)，送到控制器中通過(guò)計(jì)算得出當(dāng)前充電電流。當(dāng)恒流充電時(shí)，檢測(cè)到的當(dāng)前電流與預(yù)設(shè)的充電電流比較后，調(diào)整充電電路的輸入PWM波的占空比。保持充電電流穩(wěn)定。 () ()其中：（)得到：（即電路的放大倍數(shù)倍）a. 顯示電路顯示電路共由八個(gè)指示燈組成，依次編號(hào)為DDDDDDDD8。其工作狀態(tài)如下：(1) D1作為充電狀態(tài)指示燈；(2) D2作為供電狀態(tài)指示燈；(3) DDD5作為電池類型指示燈，依次為D