【導(dǎo)讀】種鎳鎘鎳氫電池的充電器也得到了很大發(fā)展。這兩種電池具有相似的特性，可以設(shè)計(jì)。這個(gè)快速充電器硬件電路比較簡單，成本較低，不過在軟件部分采用。了較為先進(jìn)的控制方法，其性能并未因此受到影響。型電池，也有紐扣式電池。鎳氫電池的正極板材料為NiOOH,負(fù)極板材料為吸氫合金，電解液通常用30%的KOH水溶液，并加入少量的NiOH。隔膜采用多孔維尼綸無紡布或。鎳氫電池具有較好的低放電特性，即使在-20攝氏度環(huán)境溫度

　　

【正文】 AL2 RST/VPP XTAL1 (INT0) (INT1) (T0) (T1) GND VCC (AIN1) (AIN0) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 第 17頁 共 50頁 入 20mA 電流并可直接驅(qū)動(dòng) LED。當(dāng) P1 口引腳寫入“ 1”時(shí)可作輸入端，當(dāng)引腳 ～ 用作輸入并被外部拉低時(shí)，它們因內(nèi)部 上拉電阻的作用而輸出電流（ IIL）。 P3 口： P3 口的 ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的 7 個(gè)雙向 I/O 口。 沒有引出管腳，它作為一個(gè)通用 I/O 口但不可訪問，可作為片內(nèi)比較器的輸出信號，P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口由于上拉電阻的存在而輸出電流（ IIL）。 P3 口還可以用于特殊的功能，如表 31 所示。 表 31 P3口引腳功能 充放電路的設(shè)計(jì) 充放電電路由三部分構(gòu)成：大電流充電（快速充電）電路、放電電路、涓流充電電路，如圖 33 所示 。其中 R1 R1 V V4 構(gòu)成大電流充電電路； R1 R1V V6 構(gòu)成放電電路； R1 R1 V7 構(gòu)成涓流充電電路。為了提高三極管放大倍數(shù)，以提供大電流，充電與放電電路均采用了 PNP、 NPN 兩個(gè)三極管構(gòu)成復(fù)合管，放大倍數(shù)為兩管放大倍數(shù)之積。由于 AT89C2051 單片機(jī)是低電平有效，以充電電路為例，如R12 端接低電平則 V3 很容易導(dǎo)通并進(jìn)入飽和狀態(tài)，調(diào)節(jié)電阻 R12 大小同樣使 V4 飽和，可以對電池提供較大的電流。而涓流充電部分由于電流較小，因此只用了一個(gè)三極管 V7。 電路參數(shù)的確定如下：假設(shè)兩節(jié)電池電 壓為 3V，充電電路正常工作時(shí)， V4 飽和，飽和管壓降為 ，此時(shí) R11 兩端電壓應(yīng)為 =，本設(shè)計(jì)中快速充電電引腳 功能特性 RXD（串行輸入口） TXD（ 串行輸出口） INT0＿＿＿＿ （外中斷 0） INT1＿＿＿＿ （外中斷 1） T0（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0外部輸入） T1（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1外部輸入） 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計(jì) 第 18頁 共 50頁 流為 ，通過計(jì)算得到 R11 為 ，考慮到應(yīng)選用標(biāo)準(zhǔn)電阻，因此 R11 阻值最終選為 。設(shè) V3 與 V4 構(gòu)成的復(fù)合管放大倍數(shù)為 5000，可得 V3 基極電流為 ，V3 飽和時(shí)，其 BE 極間壓降為 ， R12 兩端電壓應(yīng)為 =，計(jì)算得 R12為 。同樣道理，放電電路中， R13 兩端電壓為 =，本設(shè)計(jì)中放電電流為 1A，是快速充電 電流的兩倍，計(jì)算得 R13 為 ，選為 3Ω。和計(jì)算 R12 方法一樣，得到 R14 為 。涓流充電電路中電流為 50mA， V7 放大倍數(shù)設(shè)為 100，計(jì)算得到 R15 為 39Ω， R16 為 910Ω。 V C C12J2B A T TR 1 13 .9R 1 24 .3 kR 1 3 3R 1 42 .2 kR 1 5 39R 1 69 1 0V48 0 5 0V38 5 5 0V58 5 5 0V78 5 5 0V68 0 5 0單片機(jī)控制電壓變換V C CV i nD I S C S M A L C H A R 圖 33 充放電電路 電壓變換和模擬開關(guān)選通電路設(shè)計(jì) 一節(jié)鎳鎘鎳氫充電電池的電壓通常不會超出 1V～ 的范圍，兩節(jié)電池則在2V～ 的范圍，為了充分利用定時(shí)器，提高 A/D 轉(zhuǎn)換精度，本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)線性電壓變換電路，主要由一個(gè)差動(dòng)比例運(yùn)算放大器及電阻構(gòu)成。其中差動(dòng)比例運(yùn)算放大器選用的是 LF353。 第 19頁 共 50頁 為 了使 A/D 轉(zhuǎn)換有一個(gè)基準(zhǔn)電壓，同時(shí)為差動(dòng)比例運(yùn)算放大器反相端提供一個(gè)恒定電壓，本設(shè)計(jì)采用了一個(gè)恒壓源?？紤]到應(yīng)該盡量提高電壓的穩(wěn)定性，該恒壓源用高穩(wěn)定性的 TL431 構(gòu)成。 為了對 A/D 轉(zhuǎn)換提供基準(zhǔn)電壓，電路中還要對兩路不同輸入信號進(jìn)行選擇，這就需要一個(gè)多路開關(guān)，本設(shè)計(jì)選用了模擬開關(guān) CD4051 構(gòu)成這個(gè)多路開關(guān)。 LF353 簡介 圖 34 LF353引腳圖 LF353 內(nèi)部有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適用于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它可用于包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。它的引腳如圖 34 所示。 它具有如下的性能特點(diǎn)： （ 1）內(nèi)部頻率補(bǔ)償。 （ 2）直流電壓增益高 (約 100dB)。 （ 3）單位增益頻帶寬（約 1MHz）。 （ 4）電源電壓范圍寬：單電源（ 3V～ 30V），雙電源（177。 ～177。 15V）。 （ 5）低功耗電流，適合于電池供 電。 （ 6）低輸入偏流。 （ 7）低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。 （ 8）共模輸入電壓范圍寬，包括接地。 （ 9）差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。 （ 10）輸出電壓范圍大 (0 至 )。 VCC+ 輸出 (2) 反相輸入端 (2) 同相輸入端 (2) VCC－ 同相輸入端 (1) 反相輸入端 (1) 輸出 (1) 1 2 3 4 5 6 7 8 － + － + 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計(jì) 第 20頁 共 50頁 TL431 簡介 德州儀器公司（ TI）生產(chǎn)的 TL431 是一個(gè)有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓用兩個(gè)電阻就可以任意地設(shè)置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值（如圖 37）。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為 ，在很多應(yīng)用中可以用它代替齊納二極管，例如數(shù)字電壓表、運(yùn)放電路、可調(diào)壓電源、 開關(guān)電源等。 陰極(K)陽極(A)參考(R) 圖 35 TL431 符號圖 2 . 5 V re f參考(R)陽極(A)陰極(K) 圖 36 TL431 原理圖 圖 35 是該器件的符號。 3 個(gè)引腳分別為：陰極（ CATHODE）、陽極（ ANODE）和參考端（ REF）。由圖 36 可以看到， VI 是一個(gè)內(nèi)部的 基準(zhǔn)源，接在運(yùn)放的反相輸入端。由運(yùn)放的特性可知，只有當(dāng) REF 端（同相端）的電壓非常接近 VI（ ）時(shí)，三極管中才會有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著 REF 端電壓的微小變化，通過三極管的電流可以在 1mA～ 100mA 的范圍內(nèi)變化。 （ 1） TL431 的主要性能參數(shù)如下： ① 可編程輸出電壓，可從 Vref 到 36V。 ② 電壓參考端 （ REF）誤差： 25℃時(shí)典型值為 177。 %。 ③ 低動(dòng)態(tài)輸入阻抗，典型值為 。 第 21頁 共 50頁 ④ 1mA～ 100mA 的灌電流能力。 ⑤ 典型值為 50ppm/℃ 的等效全范圍溫度系數(shù)。 ⑥ 在整個(gè)額定工作溫度范圍內(nèi)可進(jìn)行工作溫度補(bǔ)償。 ⑦ 低輸出噪聲電壓。 （ 2）恒壓電路的典型應(yīng)用 TL431 的內(nèi)部含有一個(gè) 的基準(zhǔn)電壓，所以當(dāng)在 REF 端引入輸出反饋時(shí)，器件可以通過從陰極到陽極很寬范圍的分流，控制輸出電壓。如圖 所示的電路，當(dāng)R1 和 R2 的阻值確定時(shí)，兩者對 Vout 的分壓引入反饋，若 Vout 增大，反饋量增大，TL431 的分流也就增加 ，從而又導(dǎo)致 Vout 下降。顯然這個(gè)深度的負(fù)反饋電路必然在Vref 等于基準(zhǔn)電壓處穩(wěn)定，此時(shí)有： ?????? ??? R2R11V re fV out （ 31） 選擇不同的 R1 和 R2 的值可以得到從 36V 范圍內(nèi)的任意電壓輸出，特別地，當(dāng) R1=R2 時(shí)， Vout=5V，而 R1 開路時(shí)， Vout=。需要注意的是，在選擇電阻時(shí)必須保證 TL431 工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于 1mA。當(dāng)然，這個(gè)電路并不是很實(shí)用，但它清晰地展示了該器件的應(yīng)用方法。 R1R2V+ Vout 圖 37 TL431構(gòu)成的恒壓電路 （ 3） 恒流電路應(yīng)用 RV+ I 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計(jì) 第 22頁 共 50頁 圖 38 TL431構(gòu)成的恒流電路 從前面的例子我們可以看到，器件作為分流反饋后， REF 端的電壓始終穩(wěn)定在，那么接在 REF 端和地間的電阻中流過的電流就應(yīng)是恒定的。利用這個(gè)特點(diǎn)，可以將 TL431 應(yīng)用于很多恒流電路中。 圖 38 是一個(gè)實(shí)用的精密恒流源電路。原理很簡單，不再贅述。但值得注意的是，TL431 的溫度系數(shù)為 30ppm/℃，所以輸出恒流的溫度特性要比普通鏡像恒流源或恒流二極管好得多，因而在應(yīng)用中無需附加溫度補(bǔ)償電路。 CD4051 簡介 圖 39 CD4051引腳圖 CD4051 是一個(gè)多路模擬開關(guān)，又稱多路模擬轉(zhuǎn)換器。多路模擬開關(guān)由地址譯碼器和多路雙向開關(guān)組成，根據(jù)外部地址輸入信號經(jīng)內(nèi)部地址譯碼器譯碼，選通與地址碼相應(yīng)的模擬開關(guān)單元，從 N 路模擬輸入信號中選取特定某一路傳送到輸出端，或與之相反，把一路模擬輸入信號送到 N 個(gè)輸出端中的某一端輸出。 CD4051 是 8 選 1 多路模擬開關(guān)，它由邏輯電平轉(zhuǎn)換電路、 8 選 1 譯碼電路和 8個(gè) CMOS 開關(guān)單元 S1～ S8 三部分組成，其引腳如圖 39 所示，原理如圖 310 所示 。 圖 310 中 ， A、 B、 C 是 3 位二進(jìn)制地址輸入端，其輸入電平與 TTL 兼容。 INH是地址輸入禁止端，它為高電平時(shí)，地址輸入無效。 CD4051 有 8 個(gè)輸入 /輸出端、 1個(gè)輸出 /輸入端，一個(gè)正電源 VDD 和兩個(gè)負(fù)電源 VSS、 VEE。邏輯電平轉(zhuǎn)換電路的主要作用是把地址輸入端 A、 B、 C 和地址輸入禁止端 INH 輸入的 TTL 邏輯電平（通常來自計(jì)算機(jī)的接口電路）轉(zhuǎn)換為 CMOS 電平，使開關(guān)單元能用 TTL 電平控制。 8 選 1地址 譯碼電路的主要作用是把來自邏輯電平轉(zhuǎn)換電路的地址輸入信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的開地址 輸入輸出 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 地址輸入輸出 6 串行輸出輸入 地址輸入輸出 7 地址輸入輸出 5 INH VEE VSS 地址輸入輸出 2 VDD 地址輸入輸出 1 地址輸入輸出 0 地址輸入輸出 3 A B C 第 23頁 共 50頁 關(guān)單元選通信號，并把相應(yīng)開關(guān)單元接通。 圖 310 CD4051 原理圖 CD4051 主要性能參數(shù)： （ 1）寬范圍的工作電壓，數(shù)字信號： 3V～ 20V；模擬信號：≤ 20VP－ P。 （ 2）低工作阻抗，當(dāng) VDDVEE＝ 18V 時(shí)，對于超過 15VP－ P 的輸入信號，典型工作阻抗為 125Ω。 （ 3）高開路阻抗，當(dāng) VDDVEE＝ 18V 時(shí)，漏極電流典型值為177。 100pA。 （ 4）匹配轉(zhuǎn)換特性，當(dāng) VDDVEE＝ 15V 時(shí)， rON典型值為 5Ω。 （ 5）靜態(tài)功耗極低。 （ 6）芯片本身具有二進(jìn)制地址譯碼功能。 本設(shè)計(jì)中，用 CD4051 來控制 Vref 和 VI 兩路地址輸入信號的選通，除了禁止輸入端 INH 外，只用了一個(gè)地址輸入端 A，通過單片機(jī)一個(gè) I/O 口控制。由于其它六路輸入信號閑置，因此本設(shè)計(jì)有很大的擴(kuò)展空間。另外需要注意的是，由于本設(shè)計(jì)的電源只能提供 0V～ 5V 的工作電壓，因此設(shè)計(jì)中，將 VDD 直接連到 5V，而 VEE、 VSS直接接地。 8 7 VSS VEE 11 10 9 6 A B C INH TG TG TG TG TG TG TG TG 4 2 6 1 12 15 16 13 7 6 5 4 3 2 1 0 地址輸入輸出 3 串行輸 出輸入 邏輯電平轉(zhuǎn)換 帶禁止端的二進(jìn)制地址譯碼 16 VDD 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計(jì) 第 24頁 共 50頁 電路功能及參數(shù)的確定 圖