【導(dǎo)讀】除文中已經(jīng)注明的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中。作了明確說(shuō)明并表示謝意。在人們對(duì)充電器的要求不僅僅滿足于它的安全，而且要有更短的充電時(shí)間。正是為某種產(chǎn)品的鋰電池組進(jìn)行精確和較為快速的充電。本文先介紹了鋰離子電池。本文重點(diǎn)介紹了其單體充電器和保護(hù)電路的實(shí)現(xiàn)以及電氣和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。最后對(duì)充電器的發(fā)展前景進(jìn)行了預(yù)測(cè)。2鋰離子電池組用充電器的概述………

　　

【正文】 r 5V 1． 21 η 效率 VIN = 12V, ILOAD = 5A 84 % 所有輸出電壓形式的電學(xué)特性 （表 5） LM267工作范圍是 ?40176。C ~ 125176。C. 正常類型的時(shí)候 TA=TJ=25176。 C除了另有規(guī)定的版本 ， 5V和可調(diào)版本中 ， VIN =12V在 ， 其他版本中 VIN = 24V。 表 5 所有輸出形式的電學(xué)特性 設(shè)備參數(shù) 符號(hào) 參數(shù) 條件 典型值 最小值 最大值 單位 IQ 靜態(tài)電流 ,，VFEEDBACK = 8V ； 12V類型， VFEEDBACK = 12V 6 mA 37 VADJ 電流限制 電壓調(diào)整 ICL 電流限制 RADJ= IL 輸出損耗電流 VIN = 40V, 軟啟動(dòng)引腳 = 0V VSWITCH = 0V VSWITCH = ?1V 6 mA RDS(ON) 導(dǎo)通電阻開(kāi)關(guān) ISWITCH=5A f0 振蕩器頻率 測(cè)量開(kāi)關(guān)引腳 260 225 280 kHz D 占空比 最大占空比 最小占空比 91 0 % % IBIAS 反饋偏置電流 VFEEDBACK = 12V 只適用可調(diào)整類型 85 nA VSFST 軟啟動(dòng)電壓界限 V ISFST 軟啟動(dòng)引腳電流 軟啟動(dòng)引腳 =0V μ A θ JA θ JA θ JC 熱電阻 65 45 2 176。C/W 176。C/W θ JA θ JA θ JA θ JC 56 35 26 2 θ JA θ JA 55 29 4． LM2679ADJ 在這個(gè)鋰離子電池組充電器中，選用一個(gè) 可調(diào)節(jié)的 LM2679ADJ主芯片（圖 36所示）。 38 圖 36 LM2679ADJ Unregulated DC input穩(wěn)壓直流輸入 Css軟啟動(dòng)電容 ( * ) / 2 .6 * O U T S C H O T T K YS S S S T S S S S T INVVC I t V V V? ? ????? ???????? 式中： SSTI 是軟啟動(dòng)電流，通常取 37μ A， SSt 是軟啟動(dòng)時(shí)間，從設(shè)計(jì)要求中取得， SSTV 是軟啟動(dòng)起始電壓 ，通常取 OUTV 輸出電壓，從設(shè)計(jì)中取得， SCHOTTKYV 肖特基二極管壓降，通常取 INV 最大輸入電壓，從設(shè)計(jì)中取得。 圖 36中 R1,R2的取值如下： 211OUT FBRVV R???????? 式中 FBV 是反饋電壓，取值為 。 R1取值通常為 1K合適，而 OUTV 的取值是 ，所以， 21 1 4 .81 1 11 .2 1OUTFBVVR R k? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 2 ?? 39 最接近標(biāo)準(zhǔn)的 1％公差值 ， 使用 恒流源的電路實(shí)現(xiàn) 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e vi s i onS i z eBD a t e : 7 M a y 20 10 S h e e t o f F i l e : C : \ D o c um e n t s a nd S e t t i ngs \ A d m i n i s t r a t o r \ 桌面 \ 20 10 畢業(yè)設(shè)計(jì) \ 20 09 10 20 A h 35 A h 鋰離子電池組用充電器 ( 20 09 年 8 月 22 日 )\ 線路板 1\ 20 A h 35 A h 鋰離子電池組用充電器 1. dd bD r a w n B y :+ C110 00u FC3 0. 01L122 uH / 10AD16T Q 4 5SW15KR 1 1 1K+C447 0uFC50. 1C20. 1B A T ++ 1 2VG N D B A T W2 2K R 1 3 3. 3KR 1 4 1KR 2 20. 05R 3 61KR 3 71KI N P U T2S O F T S T A R T7C U R R E N T A D J5GND4S W I T C H O U T P U T1C B O O S T3F E E D B A C K6U1L M 26 79R 1 2 1KD241 48R 3 515 K 改 68 KR 3 336 0R 3 11KR 3 22KW32K+ C 2 110 0uF+ 1 2VK1D3 40 04V i n1GND2+ 5 V3U2 L M 78 06V C CK121 20V O U T +B A T +V O U T +電流限制恒壓調(diào)節(jié)+ 1 2VR 1 51KA U T O _A D JR 2 1 1K L E D _ R恒流調(diào)節(jié)R 1 61KL E D 3Y E L321411U 3 AL M 32 4567U 3 BL M 32 41098U 3 CL M 32 4R 1 8 10 KR 1 9 10 KR 1 710 KR 2 010 K2V 4VB A T T _V 圖 35 LM2679恒流電路 LM2679 提供了完善的 DCDC轉(zhuǎn)換功能，具有比較高的電壓精度，然而其只具有最大電流限制功能，并不具有恒流功能，為了實(shí)現(xiàn)恒流功能，需要對(duì)其增加電流反饋回路。 具體設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖 35。 線路在電源輸出回路中增加了采樣電阻 R22，當(dāng)充電器對(duì)電池充 電時(shí)，采樣電阻把反映電流變化的電壓送入運(yùn)算放大器進(jìn)行放大，放大后的電壓輸入到另一組運(yùn)算放大器的正端，用于與基準(zhǔn)比較。電流基準(zhǔn)電壓又 R31\、 W、 R32 分壓取得。 當(dāng)電流值變大時(shí)輸出到比較器正端的電壓大于由電阻 分壓所得的基準(zhǔn)電壓時(shí)，運(yùn)算放大器輸出高電平，該電平通過(guò)電阻和二極管加到 LM2679 的調(diào)整端，使調(diào)整端點(diǎn)位升高， LM2679 停止輸出，此時(shí)輸出電流下降，導(dǎo)致加到運(yùn)算放大器輸入端的電流電壓下降，運(yùn)放輸出低電平，由于二極管的隔離作用，該電平不再對(duì) LM2679 的調(diào)整端產(chǎn)生影響， LM2679 恢復(fù)輸出。以此循環(huán)，使 電流值固定在相對(duì)恒定的狀態(tài)。 恒流源控制電路中，使用了運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓的放大和比較。具體計(jì)算如下： 40 1） 反相比例放大器 圖 36 反相比例放大器 電路如圖 36 所示。當(dāng)開(kāi)環(huán)增益為 ?（大于 104以上）時(shí)，反相放大器的閉環(huán)增益為： 1RRUUA fIOuf ??? 由上式可知，選用不同的電阻比值 Rf / R1， Auf 可以大于 1，也可以小于 1。 若 R1 = Rf ， 則放大器的輸出電壓等于輸入電壓的負(fù)值，因此也稱為反相器。放大器的輸入電阻為： Ri≈ R1， 直流平衡電阻為： RP = Rf // R1 。其中，反饋電阻 Rf 不能取得太大，否則會(huì) 產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，其值一般取幾十千歐到幾百千歐之間。 R1的值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源的內(nèi)阻。 2）比較器 圖 37 比較器 當(dāng)運(yùn)算放大器處于開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)時(shí)，器功能類似于比較器 （圖 ） 。當(dāng)正端輸入大于負(fù)端時(shí)，輸出高電壓，當(dāng)正端輸入小于于負(fù)端時(shí)，輸出低電平電壓。 本設(shè)計(jì)中使 LM324 的特點(diǎn)： ： 3V32V ：最大 100nA（ LM324A） 41 。 。 圖 46 LM324管腳連接圖 LM124/LM224/LM324 是四運(yùn)放集成電路，它采用 14 管腳雙列直插塑料（陶瓷 ）封裝，外形如圖 46 所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖 1 所示的符號(hào)來(lái)表示，它有 5個(gè)引出腳，其中“ +”、“ ”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“ V+”、“ V”為正、負(fù)電源端，“ Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中， Vi （ ）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相反； Vi+（ +）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端 Vo 的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 主要參數(shù)： 參數(shù)名稱 測(cè)試條件 最小 典型 最大 單位 42 輸入失調(diào)電壓 U0≈ RS=0 mV 輸入失調(diào)電流 50 nA 輸入偏置電流 45 250 nA 大信號(hào)電壓增益 U+=15V， RL=5kΩ 88k 100k 電源電流 U+=30V， Uo=0， RL=∞ mA 共模抑制比 LM339 電壓比較器 LM339 集成塊內(nèi)部裝有四個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，該電壓比較器的特點(diǎn)是： 1）失調(diào)電壓小，典型值為 2mV； 2）電源電壓范圍寬，單電源為 236V，雙電源電壓為177。1V177。 18V； 3）對(duì)比較信號(hào)源的內(nèi)阻限 制較寬； 4）共模范圍很大，為 0~（ ）Vo； 5）差動(dòng)輸入電壓范圍較大，大到可以等于電源電壓； 6）輸出端電位可靈活方便地選用。 LM339 集成塊采用 C14型封裝，圖 34 為外型及管腳排列圖。 圖 34 LM339外型及管腳排列 LM339 類似于增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。每個(gè)比較器有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。兩個(gè)輸入端一個(gè)稱為同相輸入端，用“ +”表示，另一個(gè)稱為反相輸入端，用“ ”表示。用作比較兩個(gè)電壓時(shí)，任意一個(gè)輸入端加一個(gè)固定電壓做參考電壓（也稱為門限電平，它可選擇 LM339 輸入共模范圍的 任何一點(diǎn)），另一端加一個(gè)待比較的信號(hào)電壓。當(dāng)“ +”端電壓高于“ ”端時(shí)，輸出管截止，相當(dāng)于輸出端開(kāi)路。當(dāng)“ ” 43 端電壓高于“ +”端時(shí)，輸出管飽和，相當(dāng)于輸出端接低電位。兩個(gè)輸入端電壓差別大于 10mV 就能確保輸出能從一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)，因此，把 LM339用在弱信號(hào)檢測(cè)等場(chǎng)合是比較理想的。 LM339 的輸出端相當(dāng)于一只不接集電極電阻的晶體三極管，在使用時(shí)輸出端到正電源一般須接一只電阻（稱為上拉電阻，選315K）。選不同阻值的上拉電阻會(huì)影響輸出端高電位的值。因?yàn)楫?dāng)輸出晶體三極管截止時(shí)，它的集電極電壓基本 上取決于上拉電阻與負(fù)載的值。另外，各比較器的輸出端允許連接在一起使用。 恒壓恒流轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn) 鋰離子電池充電器具有自動(dòng)的恒壓恒流充電轉(zhuǎn)換功能，在此功能中，使用比較器對(duì)其單體電池的充電電壓進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)大于一定值時(shí)，說(shuō)明電已基本充滿，此時(shí)由恒流充電狀態(tài)進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)。電路圖見(jiàn)圖 47 圖 47 恒壓恒流轉(zhuǎn)換電路 引腳 3 和 12接電源電壓，引腳 5 接鋰電池采樣電壓就是一個(gè)輸入電壓（用 V5表示），引腳 4 參考電壓（用 V4表示）接的是一個(gè)恒壓恒流切換的比較電壓。當(dāng)鋰 44 電池兩端電壓大于引腳 4 的比較電壓，即 V5V4時(shí)，比較器 LM339 輸出一個(gè)高電平，此時(shí)，三極管的基極 B和發(fā)射極 E 沒(méi)有電壓差，所以三極管中沒(méi)有電流產(chǎn)生，這時(shí)候通過(guò)繼電器中也沒(méi)有電流產(chǎn)生，所以這個(gè)時(shí)候是一個(gè)恒壓的充電狀態(tài)。而反之，當(dāng)鋰電池兩端的電壓大于引腳 4所設(shè)置的電壓，即 V5V4 時(shí)，比較器 LM339 則輸出的是一個(gè)低電平，此時(shí)，三極管的基極 B 和發(fā)射極 E存在一個(gè)電壓差，所以三極管中就產(chǎn)生了一個(gè)電流，電流經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管 LED2，使得發(fā)光二極管工作。而三極管的由于起放大作用，在三極管的集電極 C 產(chǎn)生一個(gè)放大電流，其大小為 IC=β IB，這個(gè)放大電流使得繼 電器閉合工作。這個(gè)時(shí)候充電狀態(tài)就轉(zhuǎn)變成了一個(gè)恒流的充電狀態(tài)。 由于考慮到引腳 引腳 5中，輸入電壓 V5 在參考電壓 V5 附近有微小的干擾，則輸出電壓就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的抖動(dòng)（起伏），導(dǎo)致充電過(guò)程一直在恒壓充電狀態(tài)和恒流充電狀態(tài)中不斷的切換，這樣會(huì)對(duì)鋰電池產(chǎn)生一定的危害，所以在電路中引入一個(gè)正反饋電阻 RX 來(lái)克服這一問(wèn)題。 保護(hù)電路實(shí)現(xiàn) 溫度保護(hù)電路實(shí)現(xiàn) 45 圖 48 溫度保護(hù)電路 溫度比較電路采用熱敏電阻作為溫度傳感器件，該傳感器與電阻 R2分壓后輸入到電壓比較器的正端。電壓比較器的負(fù)端采用電阻分 壓的方式獲得設(shè)定電壓。當(dāng)溫度升高時(shí)，熱敏電阻阻值變小，正端輸入電壓變高，當(dāng)該電壓大于設(shè)定電壓時(shí)，比較器輸出正電壓，驅(qū)動(dòng)后級(jí)保護(hù)電路工作。 溫度保護(hù)電路中，采用了電壓比較器 LM339 作為比較器件， LM339 幾個(gè)比較典