【導讀】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，可以設計。這個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 電流并可直接驅動 LED。當 P1 口引腳寫入“ 1”時可作輸入端，當引腳 ～ 用作輸入并被外部拉低時，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 個雙向 I/O 口。 沒有引出管腳，它作為一個通用 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 P3 口寫入“ 1”時，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，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 充放電路的設計 充放電電路由三部分構成：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 構成大電流充電電路； R1 R1V V6 構成放電電路； R1 R1 V7 構成涓流充電電路。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 兩個三極管構成復合管，放大倍數(shù)為兩管放大倍數(shù)之積。由于 AT89C2051 單片機是低電平有效，以充電電路為例，如R12 端接低電平則 V3 很容易導通并進入飽和狀態(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，因此只用了一個三極管 V7。 電路參數(shù)的確定如下：假設兩節(jié)電池電 壓為 3V，充電電路正常工作時， V4 飽和，飽和管壓降為 ，此時 R11 兩端電壓應為 =，本設計中快速充電電引腳 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（定時器 /計數(shù)器 0外部輸入） T1（定時器 /計數(shù)器 1外部輸入） 鎳氫電池智能充電器的設計 第 18頁 共 50頁 流為 ，通過計算得到 R11 為 ，考慮到應選用標準電阻，因此 R11 阻值最終選為 。設 V3 與 V4 構成的復合管放大倍數(shù)為 5000，可得 V3 基極電流為 ，V3 飽和時，其 BE 極間壓降為 ， R12 兩端電壓應為 =，計算得 R12為 。同樣道理，放電電路中， R13 兩端電壓為 =，本設計中放電電流為 1A，是快速充電 電流的兩倍，計算得 R13 為 ，選為 3Ω。和計算 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)設為 100，計算得到 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選通電路設計 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，為了充分利用定時器，提高 A/D 轉換精度，本設計采用了一個線性電壓變換電路，主要由一個差動比例運算放大器及電阻構成。其中差動比例運算放大器選用的是 LF353。 第 19頁 共 50頁 為 了使 A/D 轉換有一個基準電壓，同時為差動比例運算放大器反相端提供一個恒定電壓，本設計采用了一個恒壓源。考慮到應該盡量提高電壓的穩(wěn)定性，該恒壓源用高穩(wěn)定性的 TL431 構成。 為了對 A/D 轉換提供基準電壓，電路中還要對兩路不同輸入信號進行選擇，這就需要一個多路開關，本設計選用了模擬開關 CD4051 構成這個多路開關。 LF353 簡介 圖 34 LF353引腳圖 LF353 內(nèi)部有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，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。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： （ 1）內(nèi)部頻率補償。 （ 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計 第 20頁 共 50頁 TL431 簡介 德州儀器公司（ TI）生產(chǎn)的 TL431 是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內(nèi)的任何值（如圖 37）。該器件的典型動態(tài)阻抗為 ，在很多應用中可以用它代替齊納二極管，例如數(shù)字電壓表、運放電路、可調(diào)壓電源、 開關電源等。 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 是一個內(nèi)部的 基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當 REF 端（同相端）的電壓非常接近 VI（ ）時，三極管中才會有一個穩(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℃時典型值為 177。 %。 ③ 低動態(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 在整個額定工作溫度范圍內(nèi)可進行工作溫度補償。 ⑦ 低輸出噪聲電壓。 （ 2）恒壓電路的典型應用 TL431 的內(nèi)部含有一個 的基準電壓，所以當在 REF 端引入輸出反饋時，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R1 和 R2 的阻值確定時，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 ，從而又導致 Vout 下降。顯然這個深度的負反饋電路必然在Vref 等于基準電壓處穩(wěn)定，此時有： ?????? ??? 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 R1=R2 時， Vout=5V，而 R1 開路時， Vout=。需要注意的是，在選擇電阻時必須保證 TL431 工作的必要條件，就是通過陰極的電流要大于 1mA。當然，這個電路并不是很實用，但它清晰地展示了該器件的應用方法。 R1R2V+ Vout 圖 37 TL431構成的恒壓電路 （ 3） 恒流電路應用 RV+ I 鎳氫電池智能充電器的設計 第 22頁 共 50頁 圖 38 TL431構成的恒流電路 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是恒定的。利用這個特點，可以將 TL431 應用于很多恒流電路中。 圖 38 是一個實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，因而在應用中無需附加溫度補償電路。 CD4051 簡介 圖 39 CD4051引腳圖 CD4051 是一個多路模擬開關，又稱多路模擬轉換器。多路模擬開關由地址譯碼器和多路雙向開關組成，根據(jù)外部地址輸入信號經(jīng)內(nèi)部地址譯碼器譯碼，選通與地址碼相應的模擬開關單元，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 個輸出端中的某一端輸出。 CD4051 是 8 選 1 多路模擬開關，它由邏輯電平轉換電路、 8 選 1 譯碼電路和 8個 CMOS 開關單元 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，地址輸入無效。 CD4051 有 8 個輸入 /輸出端、 1個輸出 /輸入端，一個正電源 VDD 和兩個負電源 VSS、 VEE。邏輯電平轉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（通常來自計算機的接口電路）轉換為 CMOS 電平，使開關單元能用 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換電路的地址輸入信號轉換成相應的開地址 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 關單元選通信號，并把相應開關單元接通。 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 VDDVEE＝ 18V 時，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 VDDVEE＝ 18V 時，漏極電流典型值為177。 100pA。 （ 4）匹配轉換特性，當 VDDVEE＝ 15V 時， rON典型值為 5Ω。 （ 5）靜態(tài)功耗極低。 （ 6）芯片本身具有二進制地址譯碼功能。 本設計中，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，只用了一個地址輸入端 A，通過單片機一個 I/O 口控制。由于其它六路輸入信號閑置，因此本設計有很大的擴展空間。另外需要注意的是，由于本設計的電源只能提供 0V～ 5V 的工作電壓，因此設計中，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 邏輯電平轉換 帶禁止端的二進制地址譯碼 16 VDD 鎳氫電池智能充電器的設計 第 24頁 共 50頁 電路功能及參數(shù)的確定 圖