【正文】 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。 本設(shè)計(jì)中，用 CD4051 來(lái)控制 Vref 和 VI 兩路地址輸入信號(hào)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(guò)單片機(jī)一個(gè) I/O 口控制。 （ 5）靜態(tài)功耗極低。 100pA。 （ 2）低工作阻抗，當(dāng) VDDVEE＝ 18V 時(shí)，對(duì)于超過(guò) 15VP－ P 的輸入信號(hào)，典型工作阻抗為 125Ω。 8 選 1地址 譯碼電路的主要作用是把來(lái)自邏輯電平轉(zhuǎn)換電路的地址輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的開(kāi)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(yè) 共 50頁(yè) 關(guān)單元選通信號(hào)，并把相應(yīng)開(kāi)關(guān)單元接通。 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。 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。多路模擬開(kāi)關(guān)由地址譯碼器和多路雙向開(kāi)關(guān)組成，根據(jù)外部地址輸入信號(hào)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(kāi)關(guān)單元，從 N 路模擬輸入信號(hào)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(hào)送到 N 個(gè)輸出端中的某一端輸出。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(wú)需附加溫度補(bǔ)償電路。 圖 38 是一個(gè)實(shí)用的精密恒流源電路。 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(yè) 共 50頁(yè) 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(guò)的電流就應(yīng)是恒定的。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(guò)陰極的電流要大于 1mA。如圖 所示的電路，當(dāng)R1 和 R2 的阻值確定時(shí)，兩者對(duì) 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。 ⑦ 低輸出噪聲電壓。 ⑤ 典型值為 50ppm/℃ 的等效全范圍溫度系數(shù)。 ③ 低動(dòng)態(tài)輸入阻抗，典型值為 。 ② 電壓參考端 （ REF）誤差： 25℃時(shí)典型值為 177。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(huì)有一個(gè)穩(wěn)定的非飽和電流通過(guò)，而且隨著 REF 端電壓的微小變化，通過(guò)三極管的電流可以在 1mA～ 100mA 的范圍內(nèi)變化。 3 個(gè)引腳分別為：陰極（ CATHODE）、陽(yáng)極（ ANODE）和參考端（ REF）。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(kāi)關(guān)電源等。 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(yè) 共 50頁(yè) TL431 簡(jiǎn)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。 （ 9）差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。 （ 7）低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流。 （ 5）低功耗電流，適合于電池供 電。 ～177。 （ 3）單位增益頻帶寬（約 1MHz）。 它具有如下的性能特點(diǎn)： （ 1）內(nèi)部頻率補(bǔ)償。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(chǎng)合。 為了對(duì) A/D 轉(zhuǎn)換提供基準(zhǔn)電壓，電路中還要對(duì)兩路不同輸入信號(hào)進(jìn)行選擇，這就需要一個(gè)多路開(kāi)關(guān)，本設(shè)計(jì)選用了模擬開(kāi)關(guān) CD4051 構(gòu)成這個(gè)多路開(kāi)關(guān)。 第 19頁(yè) 共 50頁(yè) 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。 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(kāi)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(huì)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。和計(jì)算 R12 方法一樣，得到 R14 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 。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。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。 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 。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）。 沒(méi)有引出管腳，它作為一個(gè)通用 I/O 口但不可訪問(wèn)，可作為片內(nèi)比較器的輸出信號(hào)，P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。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）。 P1 口： P1 口是一組 8 位雙向 I/0 口， ～ 提供內(nèi)部上拉電阻，由于 和 是內(nèi)部精密比較器的同相輸入端（ AIN0）和反相輸入端（ AIN1），所以內(nèi)部無(wú)上拉電阻，如果需要作為通用 I/O 口，應(yīng)在外部接上拉電阻?？紤]到在單片機(jī)的很多應(yīng)用中，需要使用發(fā)光二極管（ LED）進(jìn)行指示， AT89C2051 的輸出端口被設(shè)計(jì)成可直接驅(qū)動(dòng) LED，可以省去外加的驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)省資源。掉電方式下保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 AT89C2051 單片機(jī)的工作電壓范圍較寬，可在 ～ 6V 電壓范圍內(nèi)工作。 充放電電路 電池 恒壓源 電壓變換 模擬開(kāi)關(guān) 恒流源 電容 單 片 機(jī) 比較器 鎳氫電池智能充電器的設(shè)計(jì) 第 16頁(yè) 共 50頁(yè) 圖 32 AT89C2051 引腳圖 AT89C2051 單片機(jī)的基本特點(diǎn)如下： AT89C2051 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，內(nèi) 含2k 字節(jié)的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器和 128 字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM） ，其 擦寫周期約 1000 次。電壓數(shù)字量的運(yùn)算比較、電路工作狀態(tài)的判斷與指示、快速充電放電與涓流充電的選擇以及負(fù)壓的檢測(cè)等等都是在 單片機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)的。其主要組成部分如圖 31所示。 本設(shè)計(jì)的充電方式采用了脈沖法加去極化反應(yīng)結(jié)合的方式，充電終止控制方法用的是電壓負(fù)增量控制方法，相對(duì)來(lái)說(shuō)，這兩種都是比較先進(jìn)的，充分考慮了電池特性，充電效果是很好的。 ② 溫度變化率（Δ T/Δ t）控制：鎳氫鎳鎘電池在充滿電后，電池溫度迅速上升，而且上升速率Δ T/Δ t基本相同，當(dāng)電池溫度每分鐘上升 1℃時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即停止快速充電。 （ 3）溫度控制：為了避免損壞電池，電池溫度過(guò)低時(shí)不能開(kāi)始快速充電，電池溫度上升到規(guī)定數(shù)值后，必須立即停止快速充電。為此目前大多數(shù)鎳氫電池快速充電器都采用高靈敏 Δ V檢測(cè)，當(dāng)電池電壓略有降低時(shí)，立即停止快速充電。 ③ 電壓零增量（ 0Δ V）控制：鎳氫電池充電中，為了避免等待出現(xiàn)電壓負(fù)增量的時(shí)間過(guò)久而損壞電池，通常采用 0Δ V控制方法。當(dāng)充電器檢測(cè)到預(yù)設(shè)的精度大小的負(fù)電壓差后，判斷電路會(huì)認(rèn)為充滿而發(fā)出信號(hào)觸發(fā)充電器的控制電路，停止充電或轉(zhuǎn)入涓流充電。 ② 電壓負(fù)增量（ Δ V）控制：從鎳鎘鎳氫電池的電壓充電曲線中可以看 出，這兩種電池充滿電后，電壓均出現(xiàn)下降，即出現(xiàn)電壓負(fù)增量。本來(lái)從電池的充電過(guò)程來(lái)看，這可能被認(rèn)為是最準(zhǔn)確的充電方式，但實(shí)際上，因?yàn)槊總€(gè)電池的特性不盡相同，可能這個(gè)電壓高些，那個(gè)低些，而通常充電器設(shè)置的是一個(gè)固定的電壓，這個(gè)電壓值只是一般認(rèn)為應(yīng)該充滿或接近充滿的數(shù)值，所以使用這種限壓判斷方式的充電器，有些電池可能還沒(méi)有充滿就停了，而有些可能充滿時(shí)也達(dá)不到這個(gè)電壓，這時(shí)充電器就不會(huì)做出判斷而任由其繼續(xù)充電了。通過(guò)設(shè)置一定的充電時(shí)間來(lái)控制充電終點(diǎn)，一般按照充入 120%～ 150%電池標(biāo)稱容量所需的對(duì)應(yīng)時(shí)間來(lái)控制。 （ 1）定時(shí)控制：采用 ，電池 1小時(shí)可以充滿，采用 時(shí) ， 30min可以充滿，因此，根據(jù)電池容量和充電電流，很容易確定所需的充電時(shí)間。從鎳鎘鎳氫電池快速充電特性曲線可以看出，充滿電后，電池電壓開(kāi)始下降，這時(shí)電能將大部分轉(zhuǎn)化成熱能，使電池的溫度和內(nèi)部壓力迅速上升，對(duì)電池造成損害甚至產(chǎn)生危險(xiǎn)。 采用快速充電法時(shí)，充電電流為常規(guī)充電電流的幾十倍。 （ 3）補(bǔ)足充電：一般采用快速充電終止法時(shí)，快速充電終止后，電池并未充滿電，為了保證電池充入 100%的電量，還應(yīng)加入補(bǔ)足充電，補(bǔ)足充電速率一般不超過(guò) 。 （ 1）預(yù)充電：剛開(kāi)始充電時(shí)以小電流充電，使電池滿足一定的充電條件，然后轉(zhuǎn)入快速充電。 第 13頁(yè) 共 50頁(yè) 圖 26 脈沖去極化法充電電流波形 本設(shè)計(jì)所做的快速充電器，正是基于上面的考慮，快速充電時(shí)采用的也是這種脈沖法加去極化反應(yīng)結(jié)合的方式，即在大電流充電之中穿插短時(shí)間大電流 放電這種快速充電方式。但從時(shí)間就是金錢的角度來(lái)看，快速充電器節(jié)省下來(lái)的時(shí)間所帶來(lái)的效益，遠(yuǎn)比損傷電池壽命 10%左右的損失大得多。這種方法一般只有比較專業(yè)的充電器 才使用，這類充電器往往可以做到用 2C～ 3C的電流對(duì)電池進(jìn)行充電。這種充電方法的波形如圖 26所示，其中放電脈沖寬度一般要求是充電脈沖寬度的 2～ ，而充電時(shí)間長(zhǎng)度應(yīng)遠(yuǎn)大于放電時(shí)間長(zhǎng)度?，F(xiàn)在國(guó)際上采用的基本都是脈沖法加去極化反應(yīng)結(jié)合的方式。到了用較大電流快速充電的問(wèn)題上，再使用恒流方式，便無(wú)法避免電池過(guò)熱的問(wèn)題，因此恒流的方法就被摒棄，取而代之的是脈沖方式。在慢充時(shí)，基本上所有的充電器都采用了恒流的充電方法，這樣電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。所以大電流并不可怕，關(guān)鍵是怎樣來(lái)解決發(fā)熱的問(wèn)題。不過(guò)快充傷害電池的原因并不是很多人所想的“大電流充電傷害電池”。由此可見(jiàn)，快充還是慢充是個(gè)相對(duì)的概念，和電池本身的容量有極大的關(guān)系。如果設(shè)一節(jié)電池的標(biāo)稱容量為 1C，在 ～ 之間的充電電流為慢充， ， ，≤ 則是涓流充電。 從充電方式來(lái)分，有恒流充電和脈沖充電之分。高倍率放電會(huì)導(dǎo)致鎳氫電池產(chǎn)生過(guò)量的熱量和降低放電效率。由于過(guò)放電會(huì)損壞鎳氫電池的特性，所以在使用中應(yīng)避免鎳氫電池過(guò)放電，同時(shí)要避免鎳氫電池長(zhǎng)期與用電設(shè)備連接，在運(yùn)輸過(guò)程中不要將鎳氫電池放入用電設(shè) 備中一起運(yùn)輸。在溫度低于－ 10℃和高于 45℃時(shí)，鎳氫電池的放電容量將會(huì)下降，容量的下降會(huì)導(dǎo)致鎳氫電池性能降低。鎳氫電池的放電應(yīng)在－ 10℃～ 45℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行，放電電流的大小將影響鎳氫電池的放電效率。 涓流充電的單位“ CmA”是一個(gè)指明電流大小和表示鎳氫電池額定容量的值，“ C”是鎳氫電池的額定容量。 (5) 涓流充電 (連續(xù)充電 )。 (4) 快速充電。 (3) 過(guò)充電。 (2) 反向充電。在高于 40℃的條件下給鎳氫電池充電效率將下降。鎳氫電池應(yīng)在 0℃～ 40℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行充電，環(huán)境溫度的變化會(huì)影響鎳氫電池的充電效率，在 10℃～ 30℃下鎳氫 電池的充電效率最高。但是，考慮到在使用過(guò)程中充電、放電、溫度和其它因素可能出現(xiàn)異常情況，因此會(huì)出現(xiàn)鎳氫電池壽命縮短和性能衰減的現(xiàn)象。 長(zhǎng)期使用的壽命：由于鎳氫電池是利用內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的化學(xué) 電源，所以鎳氫電池性能的衰減不但與使用情況有關(guān)，而且與長(zhǎng)期儲(chǔ)存過(guò)程有關(guān)。在鎳氫電池壽命末期可能會(huì)出現(xiàn)內(nèi)阻升高或內(nèi)部短路現(xiàn)象。