【正文】 的電流以電壓形式送回到PWM比較器中去比較，從而決定輸出的占空比。 充放電模塊 圖43電路為 Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要作用是對(duì)AC/DC輸出的直流電壓進(jìn)行PWM斬波，得到充電所需要的充電電壓和充電電流，其中PWM的占空比通過單片機(jī)根據(jù)電池的充電狀態(tài)實(shí)時(shí)計(jì)算得到的。在芯片的選擇上，設(shè)計(jì)主要考慮輸入功率和電壓。此時(shí)控制電壓Vc開始進(jìn)入滯后調(diào)節(jié)模式，～．如果要重新啟動(dòng)電路，需要斷開電源后再接通電路開關(guān)，再使用上電復(fù)位電路將內(nèi)部的觸發(fā)器置零，恢復(fù)MOSFET管的正常工作。在設(shè)計(jì)時(shí)還對(duì)閾值電壓使用了溫度補(bǔ)償措施，以便消除因漏源導(dǎo)通電阻隨著溫度的變化而導(dǎo)致漏極電流的變化。源極S和高壓功率回路的MOSFET管的源極相連，同時(shí)做初級(jí)電路的公共點(diǎn)和參考點(diǎn)。TOP Switch系列芯片的漏極D和內(nèi)部的MOSFET功率開關(guān)器件相連，外部通過主電源和負(fù)載電感相連，內(nèi)部偏置電流是在啟動(dòng)狀態(tài)下，通過內(nèi)部開關(guān)式高壓電源提供的，并且設(shè)置有電流檢測(cè)。這就是反激式電路工作的基本原理。 圖41 ATmega16單片機(jī) 電源模塊圖42 反激式開關(guān)電源電路在圖42的電路中采用TOP224Y單片開關(guān)電源控制芯片構(gòu)成 35W的反激式開關(guān)電源，把我們輸入的市電轉(zhuǎn)換為5V和25V 的直流電，供控制系統(tǒng)和充電主回路使用。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC相連。(10)AVCC：AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。(8)XTAL1：反向振蕩放大器和片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端口。在復(fù)位的過程中，即便系統(tǒng)時(shí)鐘還不能夠起振，端口D也處于高阻狀態(tài)。它的輸出緩沖器有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以吸收和輸出大電流。(5)端口C(PC7～PC0)：端口C 為8 位雙向I/O 口，有可以對(duì)其編程的內(nèi)部上拉電阻。如圖41所示：引腳說明：(1) VCC：5V電源(2) GND：地端(3)端口A(PA7～PA0)：端口A 作為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入端。 MCU模塊在硬件設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)是Atmel 公司生產(chǎn)的ATmega16高級(jí)8 位AVR 微處理器，它是目前市場(chǎng)上可以以單片方式提供Flash、 EEPROM和10位ADC 的最高效的8 位RISC微處理器。在充電過程中，為了可靠判斷電池是否充滿，系統(tǒng)采取多種方式來作為充電中止標(biāo)志：①針對(duì)鎳鎘電池，準(zhǔn)確檢測(cè)ΔU，針對(duì)鎳氫電池準(zhǔn)確檢測(cè)0ΔU，若檢測(cè)到ΔU和0ΔU，則停止充電；②若電池的ΔU變化不明顯時(shí)，電池電壓將持續(xù)出現(xiàn)極大值，若該極大值持續(xù) 5min不變化時(shí)，認(rèn)為電池充滿；③根據(jù)電池溫度判斷，若電池溫度超過 40℃，則停充。在快充階段，將采用恒流充電，若電流過大，將會(huì)損壞電池；電流過小，將使充電時(shí)間過長，而且該系統(tǒng)采取ΔU和零ΔU來判斷電池是否充滿，如果充電電流過小，則ΔU變換不明顯，所以充電電流不宜太小。此時(shí)，電池端電壓要保持不變，充電電流將會(huì)逐漸降低，待電流降至最低點(diǎn)時(shí)，開始對(duì)電池進(jìn)行浮充，此時(shí)電流應(yīng)為恒流充電電流的1/10，認(rèn)為此電池已充滿電，然后終止充電 。如圖33示出密封鉛酸蓄電池的典型充電曲線。單節(jié)密封鉛酸電池的正常工作電壓為 ，充滿電時(shí)的電壓可達(dá) ，放完電時(shí)的電壓可降至1V。絕大多數(shù)的鉛酸蓄電池不是用壞的,而是“充壞”的。根據(jù)鎳鎘、鎳氫電池的充電特性，系統(tǒng)采取電壓控制和溫度控制。圖 （b）示出典型的鎳氫電池充電曲線。從C點(diǎn)處開始繼續(xù)充電，電池電壓會(huì)下降，出現(xiàn)ΔU，并且電池有明顯的溫升，此時(shí)可判定電池已充足電 。（a）示出其典型的鎳鎘電池充電曲線。圖31 鋰離子電池的充電特性 鎳鎘、鎳氫電池單節(jié)鎳鎘電池正常工作時(shí)的電壓為 ，放完電后。鋰離子電池先經(jīng)過恒流充電，待電壓上升至最高電壓 A點(diǎn)，即 UA=，轉(zhuǎn)至恒壓充電。數(shù)字式智能充電器的系統(tǒng)圖如下：圖21 系統(tǒng)組成框圖4洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3章 電池的充電特性和控制算法 電池的充電特性 鋰離子電池單節(jié)鋰離子電池的正常工作電壓為 ，充足電時(shí)的電壓可達(dá) 。目前盡管有很多不同的充電方法，但是因?yàn)楦鞣N條件的約束，仍然還不能達(dá)到最佳充電電流曲線的要求。數(shù)字式智能充電方法是使實(shí)際充電電流能夠動(dòng)態(tài)跟蹤能夠接受的充電電流，此種充電方法不可能對(duì)電池造成過充電，而且充電時(shí)間比較短，一般在5~6個(gè)小時(shí)左右。分階段充電法結(jié)合了恒壓充電法和恒流充電法的特點(diǎn)，在充電第一階段采用盡可能大的充電電流充電，使電池在短時(shí)間內(nèi)充入盡可能多的容量，第二階段采用恒壓充電，最后采用涓流充電，使電池完全充滿電。缺點(diǎn)是：它不能區(qū)別電池的放電深度；而且容易造成過充電，以至于使電池內(nèi)部電壓過高，造成嚴(yán)重的極化現(xiàn)象，使電池的失水過多，對(duì)充電電池造成不能恢復(fù)的傷害，縮短電池的壽命。三階段充電法，開始是采用恒流充電法至設(shè)定的電壓值之后轉(zhuǎn)為第二階段，即高恒壓充電階段，當(dāng)充電電流小到設(shè)定值之后就轉(zhuǎn)為了第三階段充電，即涓流充電，此時(shí)的電壓值變?yōu)楦〕潆妷?。首先，使用恒電流充電到達(dá)預(yù)定的電壓值，然后，再改為恒電壓完成最后的充電。此種方法包括了三階段充電法和二階段充電法。第2章 方案的選擇 方案選擇的原理對(duì)于充電電池，傳統(tǒng)的充電方法主要是恒流充電、恒壓充電或兩者結(jié)合充電等方法，這些充電方法都沒有動(dòng)態(tài)的跟蹤電池能夠接受的充電電流的大小，事實(shí)證明這些充電方法不僅充電時(shí)間長而且比較容易對(duì)電池過沖，縮短了電池的壽命。電池技術(shù)的不斷進(jìn)步也同時(shí)需求更復(fù)雜的充電算法以實(shí)現(xiàn)安全、快速地充電，所以，要求對(duì)充電過程的監(jiān)控更精確(例如對(duì)充放電電流、溫度、充電電壓等的監(jiān)控)，以便縮短充電的時(shí)間，來達(dá)到最大的電池容量，并且能夠防止電池?fù)p壞。設(shè)計(jì)充電器時(shí)需要仔細(xì)研究這些特性來防止過度充電給電池造成不必要的傷害。電池充電是通過逆向的化學(xué)反應(yīng)將其能量存儲(chǔ)到化學(xué)系統(tǒng)里來實(shí)現(xiàn)的。 數(shù)字式智能充電器開發(fā)的基本要求從20世紀(jì)60年代用于商業(yè)的鎳鎘和密封鉛酸蓄電池一直到最近幾年的鎳氫和鋰離子電池，可充電電池的容量和性能有了快速的發(fā)展。如何改善充電器的充電質(zhì)量需要從兩個(gè)方面來考慮，第一是充電技術(shù)，第二是硬件電路的設(shè)計(jì)。隨著信息電子技術(shù)的發(fā)展，電池逐漸的應(yīng)用到各大領(lǐng)域，例如說汽車、輪船、通信和各種電子產(chǎn)品等。作為電池使用者來說，電池的管理維護(hù)非常重要，但高效、無傷害的充電器裝置更是對(duì)改善電池的使用效率、延長電池的使用壽命起著很關(guān)鍵的作用。現(xiàn)在的各種充電方法中，因?yàn)榉N種原因，充電電流不能根據(jù)電池的狀態(tài)變化；動(dòng)態(tài)地跟蹤理想的的充電電流曲線，因此充電質(zhì)量和效果還不理想。 充電器的開發(fā)背景目前為了更高效、快速、無損害地對(duì)電池進(jìn)行有效的充電，一直是電池界里最關(guān)心的問題。EEPROM 可以用來保存標(biāo)定系數(shù)和不同類型電池的特性參數(shù)，10位A/D 轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的數(shù)據(jù)測(cè)量精度，使得充好后的電池容量更接近最大容量。因?yàn)槌绦虼鎯?chǔ)器為Flash，所以可以不用像MASK ROM一樣，有多少個(gè)軟件版本就庫存多少種型號(hào)。AVR在對(duì)充電技術(shù)的控制芯片領(lǐng)域中有了很豐富的經(jīng)驗(yàn)，為下一代充電器的研發(fā)提供了多方面的技術(shù)支持。 第1章 緒論隨著越來越多的便攜式電器的出現(xiàn)，對(duì)電池的性能、尺寸、重量等的要求也越來越高。在國外市場(chǎng)大部分智能充電器都采用的充電方式更科學(xué)、合理，因此大大提高了充電電池的使用壽命，很大程度上降低了使用和維護(hù)成本，簡化了充電過程，減少了操作人員的工作強(qiáng)度，市場(chǎng)前景非常廣闊。因此，我設(shè)計(jì)了一種通用數(shù)字式智能型的充電器。不同類型的電池具有不一樣的充電特性。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）數(shù)字式智能充電器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目　錄前　言 1第1章 緒論 2 充電器的開發(fā)背景 2 數(shù)字式智能充電器的開發(fā)要求 3第2章 方案的選擇 4 方案選擇的原理 4 方案選擇的特點(diǎn) 4第3章 電池的充電特性和控制算法 6 電池的充電特性 6 鋰離子電池 6 鎳鎘、鎳氫電池 6 密封鉛酸蓄電池 7 電池的充電控制算法 8第4章 硬件設(shè)計(jì) 9 系統(tǒng)控制電路的組成部分 9 MCU模塊 9 10 12 12 14第5章 軟件設(shè)計(jì) 15 用C語言開發(fā)單片機(jī)的優(yōu)勢(shì) 15 系統(tǒng)程序流程圖 15 液晶顯示 17結(jié)　論 18謝 辭 19參考文獻(xiàn) 20附　錄 21外文資料翻譯 530前　言伴隨著電子技術(shù)的發(fā)展，充電電池被用作為移動(dòng)電子設(shè)備提供能量的裝置，其在許多方面的應(yīng)用也越來越廣泛。目前使用的充電電池有很多類型，比如鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰電池和小容量的密封鉛酸蓄電池?，F(xiàn)在市場(chǎng)上針對(duì)不同類型和電壓，甚至不同容量等級(jí)的電池，需要有不同類型的充電器，這在平時(shí)的使用中有諸多不便。使用單片機(jī)技術(shù)的數(shù)字式智能充電器在我們國家的研究發(fā)展還比較晚，因?yàn)槠潴w積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速迅速、輸出紋波小、效率高等特點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注與研究，特別是在通信、電力等領(lǐng)域中，目前已經(jīng)得到了普遍的研究和使用。近年來，國內(nèi)外技術(shù)人員正致力于智能充電器的研究，智能化程度高的充電器解決了動(dòng)態(tài)跟蹤電池能夠接受充電電流曲線的關(guān)鍵技術(shù)，使充電電流始終與可以接受的充電電流保持良好的匹配關(guān)系，使充電過程保持在最佳狀態(tài)下進(jìn)行，比常規(guī)充電模式可節(jié)約30%50%左右的電能，大大提高了充電的質(zhì)量和效率，為充電技術(shù)和充電設(shè)備的數(shù)字式智能化的發(fā)展闖出了一條新道路。充電電池技術(shù)的不斷進(jìn)步同時(shí)也要求更復(fù)雜的充電算法來實(shí)現(xiàn)快速、安全的充電；所以需要對(duì)充電過程的監(jiān)控要求更精確，以便縮短充電時(shí)間、且能達(dá)到最大的電池容量，同時(shí)還要防止電池被損壞。Atmel AVR微處理器在當(dāng)前市場(chǎng)上可以以單片方式提供Flash、EEPROM 和10位ADC高效的8位RISC 微處理器。Flash可以在發(fā)貨之前進(jìn)行編程，也可以在PCB貼裝之后通過ISP編程，從而允許在最后的時(shí)間里進(jìn)行軟件更新。然而其他方案想達(dá)到此目的，可能還需要外部的ADC，不但占用PCB 空間，也提高了產(chǎn)品成本。雖然電池的問世到現(xiàn)在有100多年的歷史，但是以為技術(shù)條件的限制，其充電模式一直主要采用恒壓、恒壓限流、恒流等，這些充電方法不能遵從電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的物理化學(xué)規(guī)律，許多存在著很嚴(yán)重的過充和析氣等現(xiàn)象。因?yàn)槌潆娦实?，在充電過程時(shí)將會(huì)產(chǎn)生大量的氣體析出，析氣可以使電池正極板腐蝕，導(dǎo)致電池?fù)p壞，嚴(yán)重地縮短電池的使用壽命。所以，既能使能量利用效率提高和加快充電速度，又不影響電池的使用壽命的新型高效、快速、無損害的充電技術(shù)成為快速發(fā)展的現(xiàn)代電力電子技術(shù)一直關(guān)注的研究方向。所以，研制出一種能快速充電且可以延長電池壽命的充電器也就成為了現(xiàn)在很重要的任務(wù)。伴隨著快速高頻電力電子器件的產(chǎn)生和功能強(qiáng)大的集成芯片的不斷出現(xiàn)，數(shù)字式智能充電器的功能將會(huì)在將來越來越完善和安全?，F(xiàn)在各種電器或電子設(shè)備使用的充電電池主要有密封鉛酸蓄電池（SLA）、鎳氫電池（NiMH）、鎳鎘電池（NiCD）和鋰電池（LiIon）四種類型。因?yàn)槭褂玫幕瘜W(xué)物質(zhì)的不同，所以不同的電池有自己的特性。目前，市場(chǎng)上大部分銷售的是旅行充電器，如果嚴(yán)格地從充電電路上分析，僅有很少部分的充電器才能被真正意義上稱為智能充電器，隨著越來越多的便攜式電器的出現(xiàn)，對(duì)小尺寸、輕重量、高性能的電池充電器的需求也逐漸變大。因此，智能型充電電路一般包括了恒流和恒壓控制電路路、電池電壓和電流的監(jiān)測(cè)電路、電池溫度檢測(cè)電路、外部顯示電路(LCD或LED顯示)等基本單元。本設(shè)計(jì)通過對(duì)恒流充電和恒壓充電兩種方法的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了另一種傳統(tǒng)的充電方法，即分段式充電方法。二階段充電方法，采用恒電壓和恒電流相結(jié)合的快速充電的方法。一般兩階段之間轉(zhuǎn)換的電壓也就是第二階段的恒壓。 方案選擇的特點(diǎn)上述傳統(tǒng)的充電方法優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)實(shí)現(xiàn)比較簡單，基本能夠滿足充電要求，而且成本低。針對(duì)傳統(tǒng)的充電方法；其充電時(shí)間長和不安全等特點(diǎn)，目前國內(nèi)提出了一些新的比較快速的充電方法，比如說變電流間歇充電方法、分階段充電法等，這些充電方法都是在傳統(tǒng)充電方法上的改進(jìn)，以滿足馬斯提出的最佳電池充電曲線。它有更有效的防止了恒壓充電法和恒流充電法中所存在的問題，實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡單，是近年來應(yīng)用最為廣泛的充電方法。智能充電方法一般由智能控制回路、充電系統(tǒng)和電池組成，將檢測(cè)到的電池的充電電流和充電電壓送到控制模塊；根據(jù)電池可接受充電電流曲線來動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電流，讓電池在析氣最小的情況時(shí)充電，既能夠延長電池的壽命，同時(shí)也能縮短充電時(shí)間。市場(chǎng)上使用的充電器最廣泛的還是三階段充電方法。鋰離子電池通常采用恒流轉(zhuǎn)恒壓的充電方法。此時(shí)，電池端電壓保持不變，充電電流會(huì)逐漸降低，待電流降至 B點(diǎn)，即電流為恒流充電電流的1/10時(shí)，認(rèn)為電池已充滿電，終止充電 。充電時(shí)主要采用電池電壓負(fù)增量（ΔU）控制充電方法。由圖可見，在充電的起始狀態(tài)，電池的端電壓上升很快，經(jīng)過 A點(diǎn)后，電壓緩慢上升至 B點(diǎn)，然后電池電壓又快速上升至最高點(diǎn)C。鎳氫電池的特性與鎳鎘電池的基本相同，主要區(qū)別在于鎳氫電池充電時(shí)，其最高電壓約為 ，并且鎳氫電池的記憶效應(yīng)很弱。由圖可見，其充電曲線與鎳鎘電池相似，在充電電壓達(dá)到最高點(diǎn) C后鎳氫電池的端電壓變化比較平坦，繼續(xù)充電會(huì)出現(xiàn)很小的ΔU，但比鎳鎘電池的小，而且電池有明顯的溫升，此時(shí)可視其為零增量（0ΔU），判定電池已充足電。圖32 鎳鎘、鎳氫電池的充電特性 密封鉛酸蓄電池通過研究發(fā)現(xiàn)電池的充電過程對(duì)電池壽命影響很大,放電過程的影響較少。一個(gè)好的充電器對(duì)鉛酸蓄電池的使用壽命具有非常大的影響。密封鉛酸蓄電池通常采用三段式充電方法，即恒流轉(zhuǎn)恒壓，再到浮充到滿為止。此電池先經(jīng)過偏大點(diǎn)的恒流充電，等待電壓升高到最高點(diǎn)時(shí)，即 UA=，開始轉(zhuǎn)至恒壓充電。圖33 密封鉛酸蓄電池的充電特性 電池的充電控制算法在充電開始時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)電池電壓和溫度，如果電池電壓過低，則需要用小電流進(jìn)行預(yù)充電，等到電池電壓達(dá)到正常范圍后，轉(zhuǎn)入快充階段，則用大電流進(jìn)行充電。綜合考慮，在快充階段采用PID控制方法，參數(shù)的監(jiān)測(cè)在測(cè)控系統(tǒng)中占有非常重要的地位，對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集與處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的測(cè)量、控制及顯示，根據(jù)偏差的比例( P) 、積分( I) 、微分(