【正文】 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 9 J un 2 0 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 2 .D D B D r a w n B y:U 3 BO P T O I S O 1U 3 AO P T O I S O 1R W 11 0KR65 00R45 00R82 00R11 00R73KC30 .1 uC50 .0 1 8uC40 .1 uD24 00 7蓄電池++ 12+5+ 12+ 12U 1 AL M 3 24V o +V i n 2 V1V2I1 I2V o I3V5C U R R E N T / A I N 1VsT e x t 圖 310 電流檢測(cè)電路 這。金屬膜電阻器的制造工藝比較靈活，不僅可以調(diào)整它的材料成分和膜層厚度，也可通過(guò)刻槽調(diào)整阻值，因而可以制成性能 良好，阻值范圍較寬的電阻器。刻槽和改變金屬膜厚度可以控制阻值。 金屬膜電阻器就是以特種金屬或合金 做 電阻材料，用真空蒸發(fā)或?yàn)R射的方法，在陶瓷或玻璃基 礎(chǔ) 上形成電阻膜層的電阻器。即兩路光藕的輸入輸出電流之比 4645 IIII ? （ ） 因?yàn)?A/D 的輸入阻抗很高，所以 ? ?2 1 0426 6 2 5 2 21 2 1 2 1 2 9 1 0i b a tR W RV R WV I R W I R W R W V UR R R R R? ? ? ? ? ? （ ） 把 2RW 、 12R 、 10R 、 9R 的阻值代入得 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 27 ? ?26 0 05 6 .1RWV V V???? （ ） 調(diào)節(jié) 2RW ， 使得采樣電路輸出的電壓為 /3 13VOLTAGE AIN batVU? （ ） 即把輸入電壓從 015V 衰減到 05V。線性光藕可以較好的實(shí)現(xiàn)輸入側(cè)和輸出側(cè)之間的隔離，且輸出側(cè)跟隨輸入變化，線性度達(dá) %。 （ 1） 電壓檢測(cè) 電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)主要考慮的問(wèn)題是 :在正常充電的過(guò)程中，電池端電壓 Ubat的變 化范圍是 0V 到 15V， 要使單片機(jī)檢測(cè) Ubat 的變化映射到 0V到 5V 的范圍內(nèi)，在測(cè)量中，需要用低壓器件去測(cè)量高壓、強(qiáng)電流模擬量，如果模擬量與數(shù)字量之間沒有電氣隔離，那么，高電壓、強(qiáng)電流很容易串入低壓器件，并將其燒毀。 TL494 的控制回路 電路 圖如圖 38 所示。反饋信號(hào)和設(shè)定信號(hào)通過(guò) TL494 的誤 差放大器后進(jìn)行比較放大，進(jìn)而控制停止 PWM 輸出，防止過(guò)充電。 C 1E 1C 2E 2QCQES i n g l e E n d e dO u t p u t C o n t r o lQ1Q2 圖 37 單端 輸出連接圖 檢測(cè)到的電池電 流 轉(zhuǎn)換為 05V 的電信號(hào)，通過(guò)簡(jiǎn)單濾波電路進(jìn)行平滑、去除雜波干擾后的 CURRENT/AIN1 送給 TL494 的誤差放大器 Ⅰ 的 V1 +同相輸入端。 本次設(shè)計(jì)只采用一組 PWM輸出 ， 故 TL494采用單端輸出方式 。 圖 36 TL494 的管腳圖和內(nèi)部結(jié) 構(gòu) (2) TL494 回路控制原理 TL494 內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波送到 PWM 比較器的反相輸入端，脈沖調(diào)寬電壓由 ADuc824 檢測(cè)到電池電壓、電流及溫度等參數(shù)經(jīng)處理做出判斷，確定當(dāng)前的充電基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 24 階段，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器輸出電壓信號(hào)送到比較器的同相輸入端 DTC， TL494 內(nèi)部 PWM比較器比較后輸出一定寬度的脈沖波。 （ 1） TL494 管腳配置及其功能 TL494 的內(nèi)部電路由基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路、振蕩電路、間歇期調(diào)整電路、兩個(gè)誤差放大器、脈寬調(diào)制比較器以及輸出電路等組成。芯片內(nèi)還設(shè)有附加監(jiān)控保護(hù)功能，使得它可獲得更優(yōu)良的工作性能 ，提高了抗干擾能力和可靠性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)潔，縮小了空間。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 9 J un 2 0 0 9 S he e t o f F i l e : H : \ 圖 \ B A C K U P ~ 2 .D D B D r a w n B y:C1 C2L1 L2U1R23KR310R65 00R45 00R11 00R73KT11234B R I D G E 1C30 .1 uM O S F E T PD1C40 .1 u蓄電池2 20 VR11 00+ 12GNDGND++ 12+ 12U 1 AL M 3 24V o +V o P W MV i n 2 V1V2I1I2I R F 9 54 0I N 4 0 012 50 0 u / 2 5V2 50 0 u / 2 5VVsT e x t 圖 35 充電電源電路 控制電路 控制電路用來(lái)產(chǎn)生 PWM 波，在這里采用了 TL494 來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò) PWM 信號(hào)的低電平持續(xù)時(shí)間后， PWM 信號(hào)的又一高電平 到來(lái)，再度使 MOSFET 導(dǎo)通，上述過(guò)程重復(fù)發(fā)生。 PWM 控制信號(hào)的高電平脈沖出現(xiàn)，使 MOSFET 導(dǎo)通之后，電感 L1 的電流不斷增大，電容 C2充電，該電路不斷存儲(chǔ)能量，同時(shí)通過(guò)電感 L2對(duì)電池充電，此時(shí)，續(xù)流二極管因反向偏置而截止。 當(dāng)電壓檢測(cè)量 VOLTAGE/AIN3 和電流檢測(cè)量 CURRENT/AIN1 送入到單片機(jī)的兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，單片機(jī)將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，進(jìn)而進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)分析，確定充電進(jìn)入 充電四個(gè)階段的 哪個(gè)階段，同時(shí)將轉(zhuǎn)化的數(shù)字量通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換送到TL494 的放大器的同相輸入端 DTC， 單片機(jī)在確定充電進(jìn)入哪個(gè)階段后，將通過(guò) P0口輸出給 8 段碼顯示，用來(lái)告訴用戶 當(dāng)前電池的 充電 的狀態(tài) ，并且當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，單片機(jī)將驅(qū)動(dòng)蜂 鳴器發(fā)聲，提醒用戶充電已結(jié)束 [6][13][17]。 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eA4D a t e : 5 J u n 20 09 S he e t o f F i l e : J : \ 圖 \ P R E V I O ~ 1 3. D D B D r a w n B y :Q1N P NR 172KA V D DP 1. 2P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7P 3. 2P 3. 4A G N DD V D DP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 7P 0. 6EAX T A L 1P 2. 0R E S E TX T A L 2D G N DabfcgdeD P Y1234567abcdefg8dpdpD P Y _7 S E G _D PC 121 0uR 181 0KG N D+5+5DAC U R R E N T / A I N 1V O L T A G E / A I N 32 20 X 853910111218226344344454849505152284015323321D V D DP 2. 0A D U C 82 4U31 2P1 2PG N DV R E F +V R E F D V D DD V D D2048D G N DD G N D35471 00 n1 00 n873 2. 7 66 K H ZX T A L 1X T A L 2G N DC S 9 01 3B U Z Z E R+5 圖 34 單片機(jī)連接電路 由于本單片機(jī)采用的是 ADuC824，其使用的是一個(gè)外部晶振為 頻率的時(shí)鐘為 CPU 提供時(shí)鐘周期， 片內(nèi) PLL 以倍速鎖存 (3216 倍 )方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 的時(shí)鐘信號(hào)。 ADuC824 的外設(shè)還包括片內(nèi)溫度傳感器、門狗定時(shí)器 (WDT)、電源供電監(jiān)視器(PSM)、 SPI 串行接口和 I2C 串行接口等 [6]。有六個(gè) SFR 寄存器與 TIC 有關(guān)， TIMECON 是它的控制寄存器， INTVAL 是用戶定時(shí)設(shè)置寄存器，當(dāng) TIC 的計(jì)時(shí)器達(dá)到 INTCVAL 的設(shè)置值時(shí)， TIC 將有一個(gè)主動(dòng)的輸出，此輸出可引發(fā)一個(gè)中斷或使 TIMEON 中的 TII 位置位。 PLL 的控制寄存器是 PLLCON。 AD 時(shí)鐘也來(lái)源于 PLL 時(shí)鐘，其調(diào)制速度和晶振頻率相同。片內(nèi) PLL 以倍速鎖存(3216 倍 )方式為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的 的時(shí)鐘信號(hào)。 b. 片內(nèi) PLL 一般 ∑△ 型 AD 都需外接一個(gè)晶振 ， CPU 工作也需要外部晶振。它有兩個(gè)輸出范圍： 0 到 VREF 和 0 到 AVDD，能以 8 位或 12 位模式工作。 ③ 其它外設(shè) a. DAC ADuC824 上集成了一個(gè) 12 位電壓輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。若管腳PSEN 通過(guò)一個(gè)下拉電阻被下拉，芯片則自動(dòng)進(jìn)入串 行下載模式。 ADuC824 的片內(nèi) Flash/EE 程序存儲(chǔ)器可用兩種模式進(jìn)行編程：即在線串行下載和并行編程。若 EA 被置 0，則從內(nèi)部 8KFlash/EE 開始執(zhí)行程序。 圖 33 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的配置圖 基于單片機(jī)的智能電池充電器的設(shè)計(jì) 20 ADuC824 的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有分開的尋址空間。 AD 通道的設(shè)置和控制是通過(guò)專用寄存器塊 (SFR)中的一組寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。輔助通道用于接收輔助信號(hào)的輸入，例如冷 端二極管或熱敏電阻的輸入，此通道無(wú)緩沖器，只有一個(gè)固定為 177。40mV， 177。主通道可通過(guò)調(diào)節(jié)編程放大器的增益而接收 177。主通道用于測(cè)量主傳感器的輸入，這個(gè)通道具有緩沖器，可以接收來(lái)自輸入管腳 Ain1/2和 Ain3/4 的差分信號(hào)。 （ 3） ADuc824的結(jié)構(gòu) ADuc824的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)如圖 32所示。 ●電源 可用于 3V或 5V操作； 一般情況下為 3mA/3V(核心時(shí)鐘頻率為 )； 掉電保持電流為 20μA(32kHz的晶振運(yùn)行頻率 )。 ●存儲(chǔ)器 8K字節(jié)片內(nèi) Flash/EE程序存儲(chǔ)器； 640字節(jié)片內(nèi) Flash/EE數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 256字節(jié)片內(nèi) RAM。它將 8051內(nèi)核、兩路 24位 +16位 ∑△ A/D、12位 D/A、 FLASH、 WDT、 μP監(jiān)控電路、溫度傳感器、 SPI和 I2C總線接口等豐富資源集成于一體，體積小、功耗低、非常適合用于各類智能儀表、智能傳感器、變送器和便攜式儀器等領(lǐng)域。 顯示和報(bào)警電路是通過(guò)單片機(jī)控制 來(lái) 顯示電池組當(dāng)前的 充電狀態(tài)，提 示 用戶當(dāng)前進(jìn)入的狀態(tài) 。 PWM電路是通過(guò) TL494芯片通過(guò)數(shù)據(jù)的采集輸出一定寬度的脈沖波來(lái)控制電池的充電階段， 從而實(shí)現(xiàn)充電電池的智能型充電。同時(shí)還 進(jìn)一步 設(shè)置了防止電池過(guò)充以損害電池的裝置。直到充電結(jié)束蜂 鳴 器發(fā)聲，提醒用戶充電已完成。 3 智能充電器的硬件設(shè)計(jì) 智能充電器的總體設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案 鉛酸蓄電池充電器性能的優(yōu)劣直接 影響充電電池的使用壽命 ，用戶對(duì)充電器的要求主要有兩個(gè)方面：其一是要有較高的性能指標(biāo)，如由平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間所表達(dá)的可靠性，由穩(wěn)壓穩(wěn)流精度，動(dòng)態(tài)調(diào)整速度及紋波系數(shù)等所表達(dá)的動(dòng) 、 靜態(tài)特性， 其二是要有較為完善的自我檢測(cè)與控制功能，有較高的智能水平 ， 能 對(duì)充電電壓，電流進(jìn)行 檢測(cè) 等。因此，充電電流與主充時(shí)相比很小，但是，由于工作情況的復(fù)雜性，浮充時(shí)也有電流較高的可能（如電池 嚴(yán)重虧電，漏電，負(fù)荷過(guò)重等）。 （ 3） 均充階段 即恒壓充電階段 隨著限壓充電的進(jìn)行，電池電流也隨之逐漸 降 低。 （ 2） 主充階段 主充階段以恒流方式充電。根據(jù)鉛酸蓄電池的使用階段及蓄電池的特性，為了進(jìn)一步延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命， 在 長(zhǎng)期使用和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)蓄電池進(jìn)行了四個(gè)階段的充電以達(dá)到最優(yōu)的效果。為了保證在任何情況下，均能準(zhǔn)確可靠地控制電池的充電狀態(tài)，目前快速充電器中通常采用包括時(shí)間控制，電壓控制和溫度控制的綜合控制法。