铅酸蓄电池充电装置的设计方案

1 铅酸蓄电池充电装置的设计方案 1 概述 题研究的背景 电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的设备。也被称为可再充电电池或蓄电池被激活的充电电池的放电后的活性物质继续使用的二次电池。当对电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。应用过程中的可充电电池，充电器是使用的设备，是其成功的关键，可充电电池一问世，充电器设计就是一个关键问题，因为直接影响充电电池的两个重要方面：充电电池的使用容量及循环寿命。因此，直到二十世纪中叶，充电器的技术都没有取得大的进展，常用的恒流或恒压充电 方法，效果比较差。这种情况一直持续，直到六十年代 现可接受的电池充电电流的大小随时间而减少这一规律，证实恒流或恒压充电是不是最合适的方法。根据 出了两阶段，三阶段的多段充电方式。所谓的两阶段的第一阶段以恒定电流或恒定电压对电池进行充电，当电池电压达到一定的水平，然后涓流充电；所谓的三阶段充电先以恒定电流充电，直到电池电压达到一定值时，转入第二阶段，即恒定电压充电阶段，当电流降到某种程度时，进入第三阶段涓流充电。 经过几十年的发展，铅酸蓄电池充电技术已较 为成熟。 由于使用这种电池的性能接近镍镉电池，而且不需要维护，国内铅酸电池使用量逐渐增加。充电器在近几年的进步已经取得明显进步的标志就是世界上最的半导体制造商纷纷推出自己的充电芯片，其中一些还带有中央处理器。 本文也将应用单片机 计一款智能型铅酸蓄电池充电器。 题研究的意义 由于铅酸电池有许多因素影响电池的寿命和容量，为了提高效率，消除偏振，缩短充电时间，在分析铅酸电池的充电特性的基础上，集合涓流充电和恒定电流，恒定电压充电， 控制器，脉宽调制技术的优点，根据电压、电 流反 2 馈自动调节充电脉冲宽度，设计一个可以在系统控制下进行三阶段充电的铅酸蓄电池智能充电器。该充电器根据设计的充电方法对 12V、 4电池充电。该充电器的一些技术指标有： a）基本输入：单相 2205%， 502%； b）充电参数：快充时充电电流为 4A，慢充时充电电压为 充时充电电压为 c）环境温度： 50：空气相对湿度不超过 85%。 2 充电方案的选择及系统的整体结构 题的总体设计方案 该设计采用逐个功能模块分析再组合的方法来实现方案。分别对充电控制电路，开 关电源 关电源主回路中的滤波电路、开关管的驱动电路以及辅助电源电路和显示电路进行了分析设计。然后对每一部分的具体电路的特点进行组合。软件方面阐述了软件实现的功能，说明了 制了程序流程图，分析和解释了程序。 电方法的选择 铅酸蓄电池充电方法的选择是至关重要的，不同的充电方法差别很大，充电效果有很大的差距，对电池性能的影响也不相同。选择最合适的充电方法，你应该考虑使用充电电池的频率，放点的放大倍率以及其他因素。下面是对不同充电方法的简要概述： 流充电 充电器的交流电源电压通常是波动的，充电需要的是直流恒流电源。当使用恒定电流充电时，电池可以具有高充电效率，可以很容易地根据充电时间来决定是否充电中止，并且还可以改变的电池的数目。恒流电源充电电路如图 示。 图 恒流电源充电电路 3 压充电 在该充电模式中，充电电路随电池两端的电压波动而变化，初始充电电流比较大，到最后阶段，充电电流变小。充电电流中的最大充电电流应设置为最高充电电压，以便将电池过度充电。 此外，在用恒压方式充电时，充电电压在充电末期达到峰值后会有所下降。电池充电电流会加大，会导致电池温度上升。当电池温度上升时，电压下降将导致热失控的电池，电池的性能损坏，因此，不建议使用恒压充电。 如图 示： 图 恒压充电电路 充方式 在浮充模式下，电池以小电流（ C/30号 C/20）充电，以保持电池在完全充电的状态。浮充法适用于电池作为应急电源或备用电源的电气设备。 常规浮充方式充电电路如图 图 浮充方式充电电路 充方式 电池与负载并联，同时电池与直流电源（充电器）相连。 一般情况下，作为 4 负载的工作电源，直 流电源以涓流充电模式对电池进行充电，只有当负载变大，在直流电源的端电压低于电池端电压或直流电源停止供电时，电池对负载放电。在这种方式下，充电电流由使用模式决定。它通常使用在紧急电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。如图 图 涓流方式的简单示意图 阶段充电方式 在分阶段充电方式中，在电池充电的初始阶段充电电流较大。当电池电压达到控制点时，电池转为以涓流方式充电。 分阶段充电模式是最好的电池充电模式，但缺点是，所述充电电路的复杂性和更高的成本。 另外， 需增设控制点的电池电压的监测电图。如图 图 分阶段充电的简单示意图 铅酸蓄电池往往采用恒压充电或恒流充电。 恒压充电的初始充电电流过大，影响电池寿命铅酸电池，甚至可能导致极板弯曲，损坏电池。因此，大量的铅酸蓄电池充电电路以恒流充电方式充电，恒流充电电路始终是一个恒定的充电电流给电池充电，直到电池充满后关断电路，或进入浮充形式。 相比而言，恒流充电对蓄电池的寿命是有好处的。而且恒流充电具有较大的电流充放电，使充放电的速度大大加快。 但是，如果恒定电流充电，充电电流，以保持原始值，大部分电 流消耗在分解水上，使冒气非常强大，电解液沸腾十分激烈，不仅消耗能量，而且容易使极 5 板活性脱落，对极板极其不利。 因此，对于铅酸蓄电池分阶段充电方法是一个更好的办法，因为在充电过程中的，充电电流逐渐下降。使用这种方法中，充电结束的电解质沸腾现象减弱，能量损失少，而且保护极板，以防止过度充电和水解带来的功率损耗。 分析几种充电方式，综合快充和慢充铅酸电池充电器设计的优势。使用微控制器控制的充电器，充电过程分为快速充电，慢速充电，涓流充电三个阶段，充电更好。 统的整体结构 图 系统的整体结构 充电系统的结构框图如图 个充电装置由 单片机控制系统， 斩波电路，辅助电源电路，电流电压反馈电路，隔离驱动电路和电源变换电路组成。 单片机控制系统由 其外围电路组成，单片机接收到电压电流检测电路反馈的信号后，控制斩波电路的导通，使电压或电流稳定。 斩波电路由晶体管组成，主要作用是可以实现占空比的调节从而达到电流电压稳定的效果。 辅助电源电路是将整流的电压降压，滤波，为单片机提供工作电压。 电流电压检测电路是检测蓄 电池两端的充电电压或充电电流是否稳定的设定值。 电源变换电路由滤波电路和整流电路组成，将市网电处理。 驱动隔离电路的主要作用是有基极驱动电路驱动变压器输出。 章小结 本章着重对比各种充电方案，综合各种充电方案的优点，确定了充电器的设220V 交流电源 电 源 变换电路 辅 助 电源 斩 波 电路 单片机 隔离，驱动电路 铅酸蓄电池 电流、电压检测电路 6 计方案，以单片机为控制核心的恒流 恒压 恒流三阶段充电方式。搭建了系统的总体框图，接下来就总体框图来进行各部分的硬件设计。 3 充电器硬件部分的设计 电器的充电过程及工作原理 电过程分析 图 该充电器的充电电流、电压 曲线。 U ( t )I ( A ) 、 U （ V ）1 t ）0 . 0 9 C0 t ( h )快 充 慢 充 涓 流 充t 1 t 2 t 3图 电器的充电电流、电压曲线 可以看出，在图 充阶段（ 0至 充电器以恒定电流 1单片机控制快速充电时间，避免充电过量，慢充阶段（ 单片机输出 一个恒定的电压，对电池进行充电时，充电电流呈指数下降，当电池电压上升到规定值时，慢充结束；进入涓流充电阶段（ 单片机输出的 充电器以约 此状态下，很长一段时间，可以对电 池进行充电，从而延长电池寿命。 电器的工作原理 根据框图中所示的系统结构中，铅酸蓄电池的充电装置的原理图，主要包括开关稳压器的，斩波器开关，控制器和辅助电源四个部分，并设有过电流保护，过电压保护和过温保护。交流电流输入整流电路和辅助电源，辅助电源给单片机提供工作电压，再输入半桥式转换器，然后通过使用 用单片机控制半桥变换器斩波开关实现对蓄电池充电的智能控制，单片机还可以控制灯运行和停止，可以看到现在处于那个阶段的充电状态。在此示 7 意图中，必须先设定值，然后由微 控制器控制的每个阶段的充电。 具体的原理图如图 图 电控制电路的设计 8 根据本系统的特点，硬件电路采用单片机控制系统来实现。 片机的选择 片机，是一个低价位高性能 8位单片机，具有体积小，功耗低，性能强，体密性高，价格低等特点。仅使用了 33条精简 指令集、单字节单周期指令，每条指令的执行时间最快可达到 200于记忆和使用的指令系统可大大减少产品的开发时间。 它 有两个双向 I/，其中 为输入， 来检测电流强度控制键的按键情况外，其余都用作输出， 信号刺激隔离器，耦合到刺激电极上输出，它的振荡源有四种，晶体振荡（ 低功耗振荡（ 高速振荡（ 多种时钟振荡电路低功耗睡眠省电模式和门狗）代码保护功能， 这些功能有更大的优势 。 车电路、家用电器等领域。 令仅有 33条，指令长度为 12位 绝大部分均为单机器周期指令。 工作速度高，最快可达 20020 数据长度为 8位 片内程序存储器容量为 512内静态数据存储器 ( 25件组成 7个专用 寄存器 两级硬件堆栈 有直接、间接、相对和位寻址功能 12，每条引脚均可设置为输入和输出态 多种时钟振荡电路及 器电路 宽工作电压范围和低功耗模式：工作电压为 型工作电流为2眠状态仅为 3 9 图 ，与内部的 一个 4位 I/O 端口，可进行位控。 ，与内部的 一个 8位 I/O 端口，可进行位控。 计数器输入计数在这个端口输入信号的上升沿或下降沿，边缘可通过软件选择。 此端 口用于外部振荡信号的输入，使用 它连接到 用石英晶体的一端连接到一个石英振荡电路。 石英晶体谐振器或陶瓷谐振器通过一个串联电阻 往 ）的。 般为 5V，其范围在 制电路的设计 电路包含控制主芯片 荡电路、复位电路。振荡电路是由晶体振 10 图 控制电路的电路图 荡器及电容构 成；复位电路是由二极管、电阻及极性电容构成。 快速充电阶段， 脚输出高电平，通过一个电阻器 7的基极，斩波器开关导通时，通过电流监测电路，以恒定电流对电池进行充电。达到快速充电时间， 脚输出低电平，斩波开关关闭，停止充电，快速充电阶段的结束。慢速充电阶段， 脚输出 波开关到一个固定的导通占空比，充电器恒压为电池充电，充电电流随电池电压上升指数下降。当电池电压 11 上升到一个预定值，电阻 送到比较器脚（同相输 入端子），跟引脚 2（反相输入端）的参考电压比较， 1脚输出高电平， 7脚输出高电平，软件过滤和延迟后，以确定检测正确，慢充结束。涓流充电阶段， 脚输出 电电流维持在约 电池充电。 过热保护是通过外接电池的正温度特性热敏电阻 电池的温度升高，热敏电阻 （同相输入端）电位升高，电池温度上升到一个特定的值， 5脚电位超 6脚（反相输入端）的电位， 7脚高电平输出， 8引脚输入高电平， 脚输出 充电器的浮动电压给电池充电，有效地保护电池。 系统用发光二极管表示充电状态。即快充和慢充阶段，绿色发光二极管亮；涓流充阶段，黄色发光二极管亮。 关电源 采用脉冲宽度调制（ 术，其特点是一个高频率，高效率，高功率密度，高可靠性。脉冲宽度调制的开关电源一般是一个模拟的控制模式下，按照与相应的改变负载，通过调节偏置的晶体管的栅极或基极来实现的开关电源输出晶 12345678I N +I N TC tR 1 61 51 41 31 21 11 09I N +I N MV c E 2E 1T L 4 9 4图 体管或晶体管的导通时间，这种方式的变化，使得电源的输 出电压在工作条件的变化时保持恒定，是使用单片机的数字输出来控制模拟电路的一个非常有效的方式。调节的开关电源的占空比，输出电压基本上不随负载的变化或输入电压变化的方法称为脉冲宽度调制方法。 12 现在有许多的脉宽调制控制器，主要的生产厂家像美国德州的 生产的脉宽调制控制器有 本设计中选用的是 能够产生两路 且具有稳压、限流及保护功能。 简介 包含了开关电源控制所需的 全部功能，被广泛应用于单端正激双管式，半桥式，全桥式开关电源。 适应不同场合的要求，其主要特点如下： 集成了全部的脉宽调制电路； 芯片内置线性锯齿波振荡器，外接振荡器件只有两个（一个电阻和一个电容） 内置误差放大器； 内置 5 可调整死区时间； 内置功率晶体管可提供 500 推或拉两种输出方式。 工作原理 齿波发生器、触发器、比较器、误差放大器 1和 2、5V 基准电源与两个驱动晶 体管等组成。它是一种脉宽调制型开关电源集成控制器。管脚分配如图 示。脚 1、 2和脚 15、 16分别为两个比较器输入端；脚3为相位控制端；脚 4为死区电平控制端；脚 5、 6为振荡器的 R、 8,9脚 11,10脚分别为两个内部驱动晶体管集电极 、 发射极。他们所发出的脉冲，可控制转换器开关交替导电管。引脚 13 为输出控制端子，两个内部驱动晶体管导通或关闭时，引脚 13 为低电平，转换器只能控制一个开关，以形成一个单端输出 ;当脚 13为高电平时，就可推挽输出。 达到输出的脉冲宽度调制，可以通过任何一个在电容器 的锯齿波形与两个控制信号来比较。仅当锯齿波电压时， 1和 有当正反器的时钟输入信号是在低的水平，这个门会是在有效状态，这种情况的发生是锯齿波信号电压大于控制信号电压的期间。 当控制信号的振幅增加时，此时也会一致引起输出脉波宽度的线性减少。如图 13 图 14 图 制器时序波形图 15 控制信号可以是外部输入端子输入在引脚 4控制端子的截止时间，误差放大器的输入端脚 1,2,15,16与其输入端点的抵补电压为 120制输出截止时间降至最低，约为最初锯齿波的周期时间约 4。当 13脚输出模式控制接地时，获得的最大占空比为 96，当 13脚接系统的参考电压，最大占空比为 48。如果我们控制输入引脚 4截止时间设定一个固定的电压范围从 0个额外的截止时间必须出现在输出。 是确定的最大百分比的时间做了调整输出的脉冲宽度控制输入至零电位，但这次返回授予输入脚的电压的变化可以是 个误差放大器的模态（共模）输入范围从 作电压） 2V，可以用来检测电源供给器的输出电压和电流。 误差放大器的输出是高主动的状态，并且它们的误差放大器的输出与 算，所以电路结构，放大器需要一个最小的输出上的时间，控制抑制回路，通常第一个误差放大器的参考电压和稳定的输出电压进行比较，可以依靠反馈控制环路增益。 3脚通常用作频率补偿，其主要目的是为整个环路的稳定性，特别注意的是必须避免使用反馈引脚 3输入过载电流大于 600则最大脉冲宽度是不正常的限制，两个误差放大器，都可以利用正相或反相放大 来稳压。第二误差放大器可以用来做电流检测电路，检测电阻与参考电压元比较，回路电压在接近地时，该误差放大器的转换率在 7V 至 s。但是，在任何情况下，在高频用途中。脉冲宽度比较器和控制逻辑的传播延迟，使他不能用于动态电流限制器。它可以应用到恒定电流限制电路或外部组件使电流回叠（电流反馈回路）限流装置，动态电流限值优选为能够使用的控制输入端的截止时间引脚 4。 当电容 截止时间比较器的输出将是正脉冲信号输出，该时钟脉冲控制操作的触发器，抑制了输出晶体管 2，输出模式控制部分 13 脚的位线连接到参考电压电平，此时为推挽操作，这两个输出的脉冲信号的调制晶体管被交替地导通，那么每一个输出的开关频率为振荡器频率的一半。 当工作在单端模式，最大占空比不得低于 50，输出由驱动晶体管 2取得，单端操作需要更高的输出电流，可把 出模式控制脚 13必须接地，触发器的失效状态（禁用），输出的开关频率等于振荡器的频率。 个输出之间的关系是不 16 具约束力，双方的集电极和发射极输出可以采用共发射极状态，基极和发射极电流在 200 电压下的共基极结构基极极和发射极饱和电压为 15V，输出设置下两个输出有一定的保护作用，一般两个共发射极输出转换时间，因此，我们可以知道转换速度非常快，工作频率高达 300出漏电流在 25时一般小于 1 围电路的设计 图 如图 外围电路的设计比较固定，这里分几个部分简单介绍。 （ 1）软启动保护 17 由前面的介绍可知， 脚是芯片的死区控制端。 该脚的落地电阻 及跨接在 14 脚（内部 参考电源端子）之间的电容 开机的时候，落地电阻 没有电流流过， 无电压。随着输入电源给电容 电， 4脚上开始建立一定的电压，芯片开始工作。这就是软启动。可见，充电电容 值决定了 软启动的快慢。 大，软启动过程越短。死区时间的大小，是由落地电阻 压越高，死区时间越长。 （ 2）恒流控制 开关电源输出电压电流稳定是一个很重要的要求。 在这个系统中，电阻 级绕组 1 之间的中间抽头和输出地之间，用来监测快速充电电流和过电流保护。 当充电电流超过一个恒定值 1C， 过分流电阻 25 反馈到 15 脚，其电势变为负值，低于 管脚 16，内部电流误差放大器输出为高电平， 引脚 8 和引脚 11 的 号的输出脉冲变窄，从而使 2的导通时间缩短，因此，当输出电压下降，以保持恒定的充电电流；随着充电时间延长，电池电压逐渐上升，充电电流呈指数下降， 15 脚电位指数增加， 和引脚 11输出的 号 脉冲展宽，从而延长 出电压升高，充电电流保持恒定。 （ 3）恒压控制 同恒流控制类似，恒压控制也是利用了内部电压误差放大器和输出电压之间构成的负反馈。如图 示，电阻 电容 成电压取样电路，取样电压输入到 脚。 当输出电压在允许范围内的电压值，误差放大器的输出驱动晶体管输出一个固定占空比的脉冲信号 ;一旦输出过电压，反馈到 1脚的电压高于 2脚的电压，则放大器输出高电平，降低驱动晶体管输出脉冲的占空比，使 8 脚和 11 脚输出的 号的脉宽改变，从而使 持输出电压恒定。 （ 4）其他 5、 6 脚分别接定时元件 成三角波震荡器，其中2k ， 角波的振荡频率为： 1 ( ) C K H 。 3脚和 15脚， 18 3 脚和 2 脚之间的 络滤波电路，根据电容电阻的设置值，滤除相应频段的干扰。 13 脚直接连接到 14 引脚（ 5V 参考电压），这两个驱动器晶体管工作方式为推挽输出。芯片驱动晶体管的发射极 9,10 脚接地 ，集电极 8,11 脚输出驱动外部电路晶体管 大，然后输出驱动变压器，激励主开关 关电源主回路设计 率开关元件的选用 目前在开关电源中用得比较多的开关器件主要有电力晶体管 极可关断晶体管 效应晶体管 绝缘栅极双极型晶体管 。是 于具有功率 高速性能与双极型器件的低电阻特性的功率元件。但目前由于价格方面的原因，还只 能用在高功率变换的场合。通常我们选择 ，主要考虑漏源击穿电压 导通电阻 ()漏源击穿电压 是漏区和沟道体区 上的反偏电压。这个电压决定了器件的最高工作电压。导通电阻是一个非常重要的参数，它是等效于双极性晶体管功率器件的饱和电阻。漏源击穿电压值 ，导通电阻 ()，限制了功率场效应管在高反向电压开关电源的应用。场效应管工作在开关状态时，漏源极之间的电压也是必须考虑的一个参数。鉴于目前工艺状况导通电阻 ()大，约 1欧姆左右。低导通电阻 ()启电压 ( ) ( )D S O N D S O N I ，相当于双极晶体管的饱和电压，选择的双极型晶体管 大饱和电压为 综上所述，双极型晶体管的饱和压降还是比较小。特 别是成本也比 低得多。 双极型晶体管 由两个背靠背 起源于 1948 年发明的点接触晶体管，在 20 世纪 50 年代初，发展成一个现在被称为双极型晶体管的结型晶体管。这种晶体管有两种基本结构： 这 3层半导体中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区。基区注入少量的电流时，发射区和集电区之间形成一个更大电流，即晶体管的放大作用。 下面是 双极型晶体管的特点： 输入特性曲线：描述了管压降 为输入的伏安特性提 19 到的基极电 流 发射极结电压降 间的关系，可以表示为：硅管的导通电压约 管的导通电压约 输出特性曲线：基极电流 电极电流 分为三个区：截止区：发射结和集电结均为反向偏置。 ， ，C，管子失去放大能力。如果把三极管当作一个开关，这个状态相当于断开状态。饱和区：发射结和集电结均为正向偏置。在饱和区 子失去放大作用， ， C 三极管当作一个开关，这时开关处于闭合状态。放大区： 发射结正偏，集电结反偏。 特征频率：由于在晶体管的 体管的交变电流的放大系数随工作频率的增大而减小，该值下降到 1时，信号的频率被称为特征频率。 另外还有直流参数、交流参数也是选择晶体管时要考虑的因素。如： 指发射极开路，集电结的穿透电流。 指集电极开路，发射结的穿透电流。 极间反向电流越小，说明管子的特性越好，受温度的影响会小些。 ()发射极开路时，集 )这是集电极所允许加的最高反向电压。自然这个参数值是越高越好，同时考虑价格因素。 ()基极开路时，集电极、发射极间的击穿电压。 ()集电极 从上述的分析中，在考虑到本设计的要求，选用了 体的参数如下： () 100C B O M A （ 400， 0 ）； ()1 m A （ 9， 0 ）； ( ) ( ) 700B R C B O M （ 1CI ， 0 ）； ( ) ( ) 400B R C E O M （ 10CI ， 0 ）； ( ) ( ) 2 . 0C E sa t M A （ 5， ）。 ( 20 波电路的设计 滤波电路常用于滤除整流之后的输出电压中的纹波，通常由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联的电容 C，或与负载串联的电感 L，以及由电容，电感组成的各种复式滤波电路。 在设计交流滤波电路时， 电源 线引入的电磁噪声会对整个电路有影响。 电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。 考虑差模干扰和共模干扰的区别，使用差模或共模滤波器元件设置电源线滤波器电路抑制其在它的传输信道的干扰，以达到最佳的滤波效果。 图 关稳压电源滤波电路 在图 1 和 做共模电感， 3叫做共模电容。 差模滤波元件和共模滤波元件，有较强的差模和共模干扰的衰减效应。 共模电感 数相同的两个绕组构成。一般使用环形磁芯，磁通泄露小，效率高，但是绕线困难。当市网工频电流在两个绕组中流过时，一进一出，产生的磁场恰好抵消了，使得共模电感对市网工频电流不起任何阻碍作用，可以无损传输。如果市网中包含有共模噪声电流，通过共模电感时，由于这种共模噪声电流是同方向的，流经两个绕组时，产生的磁场同相 21 叠加，使得共模电感对干扰电流呈现出 较大的感抗，由此起到了抑制共模干扰的作用。 实际使用中，两个共模电感线圈由于卷绕过程的差异，但这种差异只是用来作为差模电感。因此，一般的电路没有设立独立的差模电感。共模电感的差值电感和电容器 4 构成了一个 型滤波器 。 这种滤波器对差模干扰有较好的衰减。 除了共模电感，电容 3也用于过滤出的共模干扰。共模滤波器的衰减主要是由工作在低频率的电感器，而在高频时由电容器 3的功能。电容器据实际情况来定，由于电容 以需要高压力，低漏 电流特性。 差模干扰抑制器通常使用低通滤波器组件，最简单的是两根电源线之间连接一个滤波电容形成的输入滤波电路的，只要选择合适的电容，是能够抑制高频干扰的。此电容对高频干扰是低阻抗的，两个电源线之间的高频干扰可以通过它的，其工频信号的阻抗是高的，因此，没有影响的工频信号传输。电容器选择的主要考虑因素是耐压值，只要满足耐压等级，并能承受预期的电压冲击即可。 为避免放电电流引起的危害， 般选择 间的陶瓷电容或聚酯薄膜电容器。 关管驱动电路的设计 在 我们选择的功率元件为双极型晶体管 为双极型晶体管的驱动电流的波形不是一个完美的脉冲，起步时的驱动电流是比较大的， 图 基极驱动电流的波形 22 然后慢慢衰减。 如图 但是，驱动变压器的输出是一个方波信号。选择一个合适的驱动电路，以便驱动变压器的输出信号尽可能适应晶体管的基极驱动电流波形。这对于一个开关管快速的开启和安全使用是非常重要的。 本设计的基极驱动电 路如图 示 : 图 极驱动电路 系统中的开关管加速开关网络，提供了较为理想的驱动电流波形。电路 容 成了开关管的加速开关网络。变压器一开始输出驱动脉冲信号，不但给加速开关网络中电容 电，而且还通过二极管流向开关管的基极。因此流过晶体管基极的驱动电流 较陡，幅值大；随着充电的进行，电容上的电压逐渐建立，当电容充满电后，驱动信号只能通过二极管回路，显而易见此时的基极驱动电流幅值比电容未充满电之前要低，构成基极驱动电流的后半部分较平缓。电阻 为了使开关管处于微导通状态。如果两个开关管 处于关断状态，只 有集电极漏电流的存在，而开关管 而导致 A 点电压不是位于中点电压，有一个较大的误差；例如 300V 的输入，理想情况下每个开关管各应承受 150V 的电压； 如果没有设定均压电路不会使开关管处于微导通状态，有可能会让开关管承受较大的电压，如 200V，下一个管子只承受 100V，而半桥电路中输出变压器原边电压可能高于这个值，这无疑减 23 少了转换器电路的输出效率，因为在这种情况下电路没有输出。 如果有了分压网络，能给开关管 基极提供电流 使得 集电极上就有 得由于漏电流的不一致性导致对中点电位的影响微乎其微。例如： 压网络使得 假 设 晶 体 管 的 电 流 放 大 倍 数 100 ，则有 而消除了由于开关管的特性不一致而造成的影响，动变压器 2T 产生脉冲信号 ,脚和 11脚输出分别驱动晶体管 过三极管放大之后 ,再驱动变压器 2T 。这样也实现强电和弱电信号的隔离。图中 射极自举电路， 旁路电容。 助电源电路的设计 电子产品中，常见的三端稳压器集成的电路有正电压输出的 列和负电压输出的 列。顾名思义，三端 指这种稳压器用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端子、接地端子和输出端子。它看起来像普通的三极管 20 的标准封装，也 有 子的 三端稳压 IC 列稳压电源需要极少的外部元件，并 有一定的电压、电流输出，能够得到不同的电压和电流，内部还有过热、过流及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压 示输出电压为正 6V， 示输出电压为负 9V。 图 而 A，输出电压有 5V，具有过热保护和短路保 24 护的特点，根据这些特点设计出了 本设计的辅助电源电路如图 辅助电源由三端稳压集成电路 流元件、工频变压器、滤波元件组成，为单片机提供（ +5V）电源电压。采用这种为单片机单独供电方式，可以增强抗干扰能力，提高可靠性。同时为单片机提供 50 示电路的设计 显示电路采用的是由 流表。 下面阐述 引脚功能和外围元件参数的选择。 围元件参数的选择。 图 与外围器件的连接图如 它和数码管相连的脚以及电源脚是固定的，所以不加详述。芯片的第32脚为模拟公共端，称为 34脚 35脚 31 脚 30 脚 别是积分电容、积分电阻， 们分别与芯片的 27、 28和 29 脚相连，电阻 芯片内部电路结合可以提供时钟脉冲振荡源，通过 40 脚可以用示波器测量出该振荡源的振荡波形， 该脚对应接在实验仪上示波器接口 钟频率的大小决定了芯片的转换时间及测量的精度。下面我们来分析一下这些参数的具体作用： 过满量程输入电压以及用来对积分电容充电的内部缓 25 冲放大器的输出电流来定义，对于 流的常规值为 量程 /4以满量程为 200参考电压 0K,实际选择 47满量程为 2V，即参考电压 V 时， 00K,实际选择4701*般为了减小测量时工频 50间常选为 下面再具体分析，由于积分电压的最大值 V，所以： 际应用中选取 于 38脚输入的振荡频率 (1*因为模数转换的计数脉冲频率为 倍，即 (4*所以测量周期T=4000*000/分时间（采样时间） 000*50/以 图 大小直接影响转换时间的快慢。通常情况下，在测量过程中，为了增强抗 50该选取 A/D 转换的积分时间为 50频周期的整数倍，即T1=n*20虑到线性度和测试效果，我们取 n=5)，这样 T=0A/D 转换速度为 /秒。由 50/取 00 26 上述电路实际上还只是一个表头而已，为了实现测量电流和电压以及可以选择量程的功能，需要再添加一个按键电路。 1 2 3 4 5 6i t l eN um b e r R e vi s i i z a t e : 30 - M a 0 13 S h e e t F i l e : C : P R O G R A M F I L E S D E S I G N E X P L O R E R 99 S E E X A M P L E S 物料分拣 bD r a w n B y:90 m 0. 9110 20 m KV i n+47 0678678键电路 按键电路可通过按键来选择测量电流或者电压。当选择电流时，通过分流电阻可选择 200择电压时，可通过分压电阻的作用选择 2000 章小结 本章在上一章的基础上，就系统框图展开设计，在设计系统的硬件电路图之前，首先给出了充电曲线，分析每个阶段的充电特点。然后就是分模块设计硬件电路。硬件电路的重心主要在于单片机的选取以及控制回路的设计，设计经过分析，选择了 为核心器件，成功实现了充电反馈回路。接下来将进行软件部分 的设计。 27 4 软件部分的设计 件的功能 基于单片机 实现充电器的三段式充电。 通过温度和时间的检测判断充电的阶段并通过数码管显示。 统指令设计 令系统基本说明 2位，指令包括操作码和操作数。 有 33条指令，按操作分成三大类： 面向字节操作类 这类指令共有 18 条，包括有算术和逻辑运算、数据传送、数据移位和交换等操作。它们的操作都是在寄存 器 之间进行，其指令码结构为： O P C O D E d F ( F i l e # )( 1 1 - 6 ) ( 5 ) ( 4 - 0 )高 6 位是指令操作码。第 6 位 d 是方向位。 d=1，则操作结果存入 f（数据寄存器）， d=0，则操作结果存入 W。低 5位是数据寄存器地址，可选中 32个寄存器。 面向位操作类 这类指令共有 4 条，指令码基本结构为： O P C O D E b b b f ( 1 1 - 8 ) ( 7 - 5 ) ( 4 - 0 )高 4 位是操作码。 位地址（可寻址 8 个位）， 寄存器地址。 常数操作和控制操作类 这类指令共有 11 条，其指令码 结构为： O P C O D E K(1 1 (7 28 高 4位是操作码，低 8位是常数 K。 令寻址方式 系结构，寻址方式和指令很少而且简单。根据源操作数寻址方式可分为立即寻址，直接寻址，寄存器间接寻址和位寻址 4种。 立即数寻址 这种寻址方式操作数是以立即数形式出现的，用长字指令的低 8位表示，操作数可直接从指令中获得。 例： 6H ; 16H W 寄存器间接寻址 这种寻址方式是把操作数的地址放在寄存器中。 来作为间接地址寄存器只能是 际要访问的寄存器的序号放在 位中，而通过间接寄存器 行间接寻址。这种寻址方式通过寄存器 实现。实际的寄存器地址放在 过 例： 5H ; W=5 ; W(=5) 5H ; W=55H ; W(=55H) 面这段程序把 555寄存器。间址寻址方式主要用于编写查表、写表程序，非常方便。 直接寻址 此寻址方式是直接在指令中给出要访问的寄存器，寄 存器可以