【文章內(nèi)容簡介】 以有以下幾種方案選擇，方案一：用分立元件構成buck降壓電路方案。如用脈寬控制芯片TL49功率管IRF540等及一些外圍器件，組成buck降壓電路，此方案結構技術成熟，結構比較簡單，功率可以達到幾瓦到上百瓦，但調(diào)試有些繁瑣。方案二：直接帶buck電路的集成芯片方案。如LM2596，其內(nèi)部集成有脈寬控制電路和MOSFET，此方案，輸出功率不能太大，只有幾瓦到十幾瓦，但是其應用簡單，外圍只需要加幾個元器件，就可以達到要求，且輸出效果很好，價格低廉，體積小，適用于手持便攜設備。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設計的加熱裝置方案采用方案二，因為電源充電功率只需要幾瓦，方案二可以簡單有效地達到設計的要求。 移動電源充電及過充、過放保護電路方案選擇移動電源充電及過充、過放保護電路的方案有如下兩種：方案一：使用分立元件方案。此方案使用分立元件，電路很復雜，實際制作時，需要花大量時間進行調(diào)試，且體積大、成本高。方案二：使用集成芯片方案。如用TI公司的單節(jié)鋰電池充電管理芯片BQ24010，此芯片給鋰電池充電，電流可達1A，能夠?qū)崟r檢測鋰電池的電壓，為避免對鋰電池過充，則芯片會停止充電，且在外圍接三個發(fā)光LED燈，分別代表，充電中、充電完成和電池良好三種狀態(tài)，完全能夠滿足要求。且此方案，外圍元件少，電路簡單，易于硬件制作，體積小。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設計采用方案二?！∫驗镾TM32F103的Ａ/，～，所以，不能用Ａ/D模數(shù)轉換器對電池電壓直接進行采樣。電池電量檢測電路主要有以下兩種方案：方案一：電阻分壓方案。此方案原理簡單，易于達到測量電池電壓問題，但當控制器不需要測電池電壓時，電阻也有電流通過，這樣浪費了電池的能量。方案二：使用低開啟電壓MOSFET和電阻分壓電阻相串聯(lián)的方案。此方案中，在需要測量電源電池電壓時，控制器使MOSFET導通，因為MOSFET的導通電阻很小，基本不影響電阻分壓的結果，當控制器不需要測量電源電池電壓時，控制器使MOSFET關閉，電阻上沒有電流通過，這樣，就可以有效地避免電池能量的浪費。綜合以上兩種方法，選擇方案二。方案一：用液晶LCD1602作顯示。LCD1602液晶能顯示26個英文字母和一些簡單的圖標，在人機交互，可以有更多的選擇，靈活多變，且價格低廉，占用控制器的資源少，但在手持設備中，LCD1602耗電量大，價格貴，體積大，不適用于手持設備。方案二：用五個發(fā)光LED二極管顯示。當電量為95%以上時，5個LED全亮；當電量為80%～95%，其中有4個LED亮；當電量為60%～80%，其中3個LED亮；當電量為40%～60%，其中2個LED亮；當電量為20%～40%，其中1個LED亮；當電量為20%以下時，5個LED全滅。此方案簡單，價廉，且體積小，可視性好。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設計采用方案二。 系統(tǒng)供電管理電路選擇系統(tǒng)供電管理電路，只需要一個低壓差的電源管理芯片LDO即可，如TI公司的TPS79633，體積小，紋波小，完全能滿足要求。 移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路方案選擇方案一：使用分立元件方案。此方案使用分立元件，電路很復雜，實際制作時，需要花大量時間進行調(diào)試，且體積大、成本高。方案二：使用集成芯片方案。如用TI公司的脈寬控制器LM3478，只需要外加一個MOSFET、一個電感和一個二極管，就可以構成一個從電池電壓到5Ｖ輸出的boost電路，此方案外圍元件少，電路簡單，易于硬件制作，體積小。綜合以上兩種方案的優(yōu)缺點，本設計采用方案二。 輸出電壓檢測電路和輸出斷路保護電路方案選擇　輸出電壓檢測電路方法同電源電池電壓檢測方案原理一樣。 第三章 系統(tǒng)硬件電路設計如圖2為系統(tǒng)硬件框圖，其中，主要包括九個部分：市電到5V降壓電路、移動電源充電及過充、過放保護電路、移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路、系統(tǒng)供電管理電路、輸出斷路保護電路、電池電量檢測電路、控制器電路、輸出電壓檢測電路和電源電量顯示電路。圖2　系統(tǒng)硬件框圖如圖3所示為STM32F103控制器電路，按鍵K1為復位按鍵，為系統(tǒng)實時時鐘等提供脈沖，XT2為8M晶振，為系統(tǒng)主時鐘。此電路中，電容C開關K電阻R7和二極管D2組成復位電路，此控制器為低電平復位，單片機上電時，電容C1和R7組成的RC電路中電容緩慢充電，使RST端保持一個到幾個微秒的低電平，使單片機上電復位，當電容C1充滿電后RST腳變?yōu)楦唠娖?，單片機開始進入運行狀態(tài)，復位已經(jīng)完成；當平時控制器工作，按鍵K1未按下時，VCC經(jīng)過電容C1和電阻R7到地，故控制器STM32F103的RST端為高電平，控制器STM32F103能夠工作；當按鍵S3按下時，電阻兩端電壓從VCC變?yōu)?，則控制器STM32F103復位。電路中為了計時方便計算。配合兩個起振電容C9,C11和C12,C13。為了方便起振，起振電容選用22pF。圖3　控制器電路 市電到5V降壓電路 　　如圖4為市電到5V降壓電路圖，首先把市電220V經(jīng)過工頻變壓器T1，經(jīng)整流橋D11整流濾波后，變壓12V直流電。然后采用DCDC電路，將12V直流電變?yōu)?V，此處使用buck降壓電路。此處，buck降壓使用降壓芯片LM2596，其內(nèi)部集成脈寬反饋控制和MOSFET，只需要在外面加一個電感L2和一個二極管1N5824，即可構成buck電路。開關S2開關閉合時，開始充電，斷開時，停止充電。后面F2為1A保險管，防止后面發(fā)生短路，使電流過大，影響系統(tǒng)安全。圖4　市電220V到5V降壓電路　 移動電源充電及過充、過放保護電路 　如圖5所示為移動電源充電及過充、過放保護電路。此電路中，使用了 TI的高性能單節(jié)鋰電池充電管理芯片BQ24010，其原理簡單。當系統(tǒng)接入市電時，BQ24010有5V直流電輸入時，發(fā)光二極管D10發(fā)出紅光；當BQ24010檢測到有電池，且在對電池進行充電，發(fā)光二極管D8發(fā)出紅光，表明正在充電中；，發(fā)光二極管D8熄滅，發(fā)光二極管D9發(fā)出綠光，表明充電完成。圖5　移動電源充電及過充、過放保護電路 電池電量檢測電路　　如圖6所示為電池電量檢測電路。其中，MOSFET采用SPP2341，且導通電阻僅為65mΩ，封裝為SOT23，適用于低電壓手持設備中。當控制器端口BAT_VCON端輸出為低電平時，三極管J9截止，電阻R25兩端電壓為0，即P溝通MOSFET的VGS約為0，MOSFET不導通，控制器A/D模數(shù)轉換端口BAT_DET電壓幾乎為0；當控制器端口BAT_VCON端輸出為高電平時，三極管J9導通，電阻R25兩端電壓為2V左右，MOSFET開啟，控制器A/D模數(shù)轉換端口BAT_DET電壓為電池電壓一半。圖6 電池電量檢測電路　電源電量顯示電路 如圖7為電源電量LED顯示電路。當電量為95%以上時，5個LED全亮；當電量為80%～95%，其中有4個LED亮；當電量為60%～80%，其中3個LED亮；當電量為40%～60%，其中2個LED亮；當電量為20%～40%，其中1個LED亮；當電量為20%以下時，5個LED全滅。當控制器端口為高電平時，三極管導通，二極管發(fā)光，當控制器端口為低電平時，三極管截止，二極管熄滅。圖7　電源電量LED顯示電路 系統(tǒng)供電管理電路　　如圖8為系統(tǒng)供電管理電路。其使用了TI公司的高性能系統(tǒng)電源管理芯片TPS79633。當開關S1閉合，即用戶開機時，電池經(jīng)過TPS79633給控制器供電，整個系統(tǒng)開始工作；當開關S1斷開，即用戶關機時，電池不能經(jīng)過TPS79633給控制器供電。 圖8　系統(tǒng)供電管理電路 移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路如圖9為移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路。其中，LM3478為TI的高性能脈寬控制器芯片，LM347低開啟電壓的MOSFET（IRF7807）、10uH電感L1和快恢復二極管1N4148一起組成BOOST升壓電路。其中電阻R20和電容C7決定電路的開關頻率為100KHz；電阻R14和電阻R21構成分壓電路，把輸出5Ｖ反饋給脈寬控制器，從而使在負載變化時，輸出保持不變；電阻R22用于限制電流為2A，若負載電流大于2A，則LM3478輸出關閉，MOSFET不導通，輸出5V變?yōu)?，這樣，就可以保護電源電池和電路，避免輸出電流過大帶來的損傷。圖9　移動電源電池電壓到5V輸出升壓電路 輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路　　如圖10所示為輸出電壓檢測和輸出斷路保護電路，其工作原理同電源電池電壓檢測電路。其中，當控制器端口VOUT_CON端輸出為低電平時，三極管J2截止，電阻R3兩端電壓為0，即P溝通MOSFET的VGS約為0，MOSFET不導通，控制器A/D模數(shù)轉換端口VOUT_DET電壓幾乎為0；當控制器端口VOUT_VCON端輸出為高電平時，三極管J2導通