【正文】 的特點(diǎn)如今，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能，小尺寸，重量輕的電池充電器的需求也越來越大。因此需要對充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間，達(dá)到最大的電池容量，并且防止電池?fù)p耗。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池和密封鉛酸電池四種類型。而可以反復(fù)使用的電池，它又稱為可充電電池或蓄電池。所以針對這些電池的特點(diǎn)，以單片機(jī)為控制芯片，結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)行的各種充電技術(shù)和充電器設(shè)計方案，設(shè)計一款基于單片機(jī)控制的智能充電器，以達(dá)到最佳的充電效果，使智能充電器具有良好的性能指標(biāo)，電路簡單可靠。但是過小的電流又會影響到充電的時間。提高充電電壓是解決硫酸鹽化的常用方法，但較大提高充電電壓又會產(chǎn)生失水。 涓流充電電流（恒功率充電電流）：以恒壓充電階段中，電流的變化為參數(shù)，當(dāng)電流小到某一設(shè)定值以下時，充電器切換到涓流充電階段，充電電流會隨著充電過程逐漸減小，當(dāng)小到一定程度，電流將會恒定，不再下降，此電流是與環(huán)境溫度高低及電池新舊程度有關(guān)的動態(tài)值。本課題是在以上三種充電方式的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，結(jié)合這三種充電方式的特點(diǎn)，是在充電過程中不同階段采取不同充電方式的充電模式。 （2）恒流/限壓式充電器 這是充電器發(fā)展的第二階段，這種模式的充電器占據(jù)了充電器市場近半個世紀(jì)。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。 （3）自適應(yīng)智能充電器 隨著大規(guī)模集成IC的出現(xiàn)，充電設(shè)備進(jìn)入了一個全新的自適應(yīng)、智能階段，即稱為第三代充電器。并且具有溫度補(bǔ)償功能。采用單片機(jī)技術(shù)的智能充電器在我國的研究發(fā)展比較晚，因其體積小、動態(tài)響應(yīng)速度快、輸出紋波小、效率高等特點(diǎn)，近年來得到國內(nèi)外的廣泛研究與關(guān)注，特別在通信、電力等領(lǐng)域中，己經(jīng)得到了普遍的研究與使用。U等充電曲線方式，充電方式更科學(xué)、合理，從而大大提高了蓄電池的使用壽命，大大降低了使用和維護(hù)成本，簡化了充電過程，解放了操作人員的勞動強(qiáng)度，市場前景非常廣闊。 課題研究的目的和意義 課題研究的目的如今，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能，小尺寸，重量輕的電池充電器的需求也越來越大。因此需要對充電過程進(jìn)行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間，達(dá)到最大的電池容量，并且防止電池?fù)p耗。然而電池是一種化學(xué)電源，是通過能量轉(zhuǎn)換而獲得電能的器件。當(dāng)對充電電池充電時，電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，實(shí)現(xiàn)向負(fù)荷供電，伴隨吸熱過程。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,芯片體積小型化及其價格的降低，智能充電器大規(guī)模的批量生產(chǎn)已經(jīng)成為可能。因此，對充電器智能化的研究與應(yīng)用具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。只有正確地維護(hù)好電池的特性，才能充分發(fā)揮充電電池的優(yōu)勢。通?？沙潆娛诫姵赜腥N常用的方法：①恒壓源；②恒流源；③恒功率源. 恒壓源的主要缺點(diǎn)在于當(dāng)電池電壓處于耗盡時開始充電時瞬間會產(chǎn)生一個大的沖擊電流，充電電流只流過內(nèi)部的阻抗。當(dāng)電池電壓處于耗盡時開始充電，采用電流源能解決這個問題，但當(dāng)不接負(fù)載時產(chǎn)生的電流為無窮大，因此不能依靠新的輸出電壓來給電池充電。輸出特性關(guān)系如圖21(c)所示。在另一方面，許多適當(dāng)?shù)某潆娞匦愿呌诰哂泻懔髟从须妷合拗苹蚝銐涸从须妷合拗频奶匦?。給電池充電最好的方式是使用高效率的開關(guān)電源架構(gòu)，開關(guān)電源具有體積小，動態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。近20多年來，集成開關(guān)電源沿著下述兩個方向不斷發(fā)展。開關(guān)電源具有體積小、效率高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各類電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源的基本構(gòu)成如圖23所示，其中DC/DC變換器進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換，它是開關(guān)電源的核心部分，此外還有啟動、過流與過壓保護(hù)、噪聲濾波等電路。開關(guān)電源的核心部分DC/DC變換器有多種電路形式，常用的工作波形為方波的PWM變換器以及工作波形為準(zhǔn)正弦波的諧振型變換器。但對于開關(guān)電源，輸入的瞬態(tài)變化比較多地表現(xiàn)在輸出端。負(fù)載變化瞬態(tài)響應(yīng)主要由輸出端LC濾波器特性決定，所以可以利用調(diào)高開關(guān)頻率、降低輸出濾波器LC體積的方法來改善瞬態(tài)響應(yīng)特性。 充電器控制電路設(shè)計根據(jù)要求和技術(shù)指標(biāo)，本設(shè)計研究的充電器主要是為了實(shí)現(xiàn)對充電過程的保護(hù)，充電狀態(tài)顯示，本充電器的設(shè)計包含五部分，即電源電路、輸出整流濾波與隔離電路、檢測控制電路及充電狀態(tài)指示電路。整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。在小功率整流電路中，常見的整流電路有單相半波、全波、橋式整流電路等。該電路是將市電220V由輸入端輸入，經(jīng)D1D4橋式整流變成脈動直流，再經(jīng)C2濾波將脈動直流轉(zhuǎn)換成直流電壓。即高dv/dt和di/dt、是其EMI產(chǎn)生的主要原因。 (2)通過接地、濾波、屏蔽等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。 (1)功率開關(guān)管。 (2)高頻變壓器。 (3)整流二極管。反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點(diǎn)會在電感(引線電感、雜散電感等)產(chǎn)生高dv/dt．從而導(dǎo)致強(qiáng)電磁干擾。準(zhǔn)確的說，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB布線的優(yōu)劣直接對應(yīng)著對上述EMI源抑制的好壞。而在電路中增加共模扼流圈或其他濾波元件又會增加成本。 目前已有一些減小共模EMI電流的方法。長期以來也在工頻變壓器中一直應(yīng)用屏蔽繞組來降低噪聲與耦合，在開關(guān)變壓器中這一方法同樣有效。在這里我們采用交流輸入，而交流輸入分為低頻段差模騷擾和高頻段共模騷擾。本設(shè)計由CCYCYRR2和L1組成輸入回路EMI抑制電路(圖34111)。R1，R2是泄放電阻。在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。在?fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。2) 參數(shù)計算根據(jù)圖33（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。 流過負(fù)載的平均電流為: 式（31）流過二極管的平均電流為: 式（32）二極管所承受的最大反向電壓: 式（33）流過負(fù)載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析，此時諧波分量中的二次諧波幅度最大。 式（35）3) 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系該曲線如圖34所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。單相半波整流電路如圖35(a)所示，波形圖如圖35(b)所示。負(fù)載上輸出平均電壓為: 式（37）(a)電路圖(b)波形圖圖35 單相半波整流電路圖二極管所承受的最大反向電壓(a)電路圖(b)波形圖圖36 單相全波整流電路圖輸出平均電壓為: 式（38）流過負(fù)載的平均電流為:所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。因此，設(shè)計中采用單向橋式整流電路對交流電壓進(jìn)行整流，從而得到脈動直流。而在有些設(shè)備中，如電子儀、自動控制裝備等，則要求直流電壓非常穩(wěn)定。(1) 容濾波電路1) 電路的組成現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。圖37 電容濾波電路圖2) 電容濾波電路工作原理此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦波。 當(dāng)v2到達(dá)wt=p/2時，開始下降。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。所以剛過wt=p/2時二極管仍然導(dǎo)通。所以在t2到t3時刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；t1到t2時刻二極管關(guān)斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。圖38 電容濾波電路波形圖需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減??；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。當(dāng)ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖39濾波曲線中的2。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即： 式（313）另一種是在RLC=（3~5）的條件下，近似認(rèn)為VO=。 式（314）4) 電容濾波電路的外特性圖310 電容濾波外特性曲線圖 整流濾波電路中，輸出直流電壓VO隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖310所示。一般耐壓值?。ǎ￢2.。(2) 濾波電路利用儲能元件電感器Ｌ的電流不能突變的性質(zhì)，把電感Ｌ與整流電路的負(fù)載ＲL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。電感濾波的波形圖如圖312所示。當(dāng)負(fù)半周時，電感中的電流將更換經(jīng)由DD4提供。圖311 電感濾波電路圖圖312電感濾波電路波形圖在接通電源的瞬間，將產(chǎn)生強(qiáng)大的充電電流，這種電流稱為“浪涌電流”；同時，因負(fù)載電流太大，電容器放電的速度加快，會使負(fù)載電壓變得不夠平穩(wěn)，所以電容濾波電路適用于負(fù)載電流較小的場合。所以在電源電路中采用了單相橋式整流電路及濾波電路如圖312。當(dāng)電源首次接到高壓時，電阻RR4給電容C5充電，當(dāng)C5電容的充電電壓Ucc達(dá)到某個值時，ICl(UC3843)將啟功工作。因?yàn)楫?dāng)輸入高電壓時，在啟動電阻上存在著較大的功耗，因此將其改接到交流端則功耗至少減少了1／極少的幾個開關(guān)周期后，芯片將由輔助繞組供電。圖314 輸出電壓電流檢測控制電路圖 以上電路主要用到光耦和UC3843，所以我們將對主要元器件進(jìn)行選型。采用這種組合方式制成的器件稱為光電耦合器。光電耦合器既可用來傳遞模擬信號，也可作為開關(guān)器件使用，也就是它具有變壓器和繼電器的功能。與變壓器相比，工作頻率范圍寬，耦合電容小，輸入輸出之間絕緣電阻高，并能實(shí)現(xiàn)信號的單方向傳遞。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的，這類光耦適合于開關(guān)信號的傳輸，不適合于傳輸模擬量。 常用的線性光耦是PC817A—C系列。如果使用非線性光耦，有可能使振蕩波形變壞，嚴(yán)重時出現(xiàn)寄生振蕩，使數(shù)千赫的振蕩頻率被數(shù)十到數(shù)百赫的低頻振蕩依次為號調(diào)制。本次設(shè)計選用的光耦即為PC817A—C系列。（2）UC3843UC3843是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流變換器應(yīng)用而設(shè)計，為設(shè)計人員提供只需要最少外部元件就能獲得成本效益高的解決方案。電流取樣比較器，是驅(qū)動功率MOSFET的理想器件。UC3843方框圖和管腳連接圖如圖315和圖316所示。S014封裝的圖騰式輸出級有單獨(dú)的電源和接地管腳。因?yàn)閁C3843的3腳過流保護(hù)動作電壓是1V，因此電流檢測電阻R9可按下式計算：R9=1V/Ippk=（315）考慮到電路在冷啟動時可能存在的沖擊電流。如果不接，出于負(fù)載的增加引起輸出電壓的跌落，這個跌落的值(幅度)將會超出期望值。電壓調(diào)整器TL1（TL431）的陰極需要頤一個電流（最小為1mA）來維持自身內(nèi)部的電壓基準(zhǔn)。通過R13陰值為： 式（316）所以R13選1K的電阻。它具有輸入電阻高（100MΩ～1 000MΩ）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)?、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。下面將對場效應(yīng)管的