电能收集充电器m.doc

在输入电压、输入电流较小的情况下高效收集电能对蓄电池、干电池完成充电。该充电器分升压电路、降压电路、控制电路和电池保护电路。控制电路中由继电器及集成运算放大器LM324n完成电路变换。升压电路主要采用采用max629芯片，降压压电路主要采用采用mc34063芯片，电池保护电路由R5421芯片组成，具有过电流、过电压、过放电、短路保护等功能。控制电路路中使用LM324n芯片决定继电器两端电压，从而决定继电器中开关的转换，决定降压电路、升压电路的工作状态。控制电路无需外加辅助电源而能自供电。从而实现在某一连续电压变换中可实现持续充电。此充电器充电效率高，而且因为系统由分立元件搭建，成本较低。 1、 电路总体框图电路总体框图当电压输入在0.8v4.0v时，继电器没有工作，升压电路处于连通状态，升压电路工作，开始对充电电池工作。当电压大于4.0v时则通过lm324n进行电压比较后，继电器两端电压达到吸合电压，继电器开始工作，升压电路停止工作，电路切换，降压电路开始工作。基本可以实现，当系统输入电压为0.8v4.8v时实现持续充电，且当系统输入电压大于4.8v时这该系统可实现恒定电压对蓄电池进行充电。当电池电压过高、过低或电流过大时电池保护电路将起作用。4、 升压电路升压芯片简介MAX629是一种低压供电的低功耗DC-DC转换芯片。80uA电源电流，最大关断电流1uA，最高转换频率可达300KHz，输入电压在0.8V范围内，输出电压可根据外围电路参数变化在- 28V 至+ 28V 之间转换。并独有限流脉冲频率调制，在各种负载状态下均有很高的效率。是一种成本低廉、使用灵活、外围电路连接简单的芯片。MAX 629引脚图 引脚1：SHDN：关断输入端。当SHDN为低电平（逻辑电平）时为关断模式；当SHDN和Vcc相连时，为正常模式。引脚2：POL：极性输入端。改变极性和FB的门限值能够调节正极性输出电压或负极性输出电压。当POL=GND时为正极性输出电压；当POL=Vcc时为负极性输出电压。引脚3：REF：参数输出引脚。引脚4：FB：反馈输入引脚。引脚5 ISET：Lx电流限制设置端。该引脚的连接方式参改变片内开关管峰值电流的限制值。引脚6：GND：地线。引脚7：LX：片内开关的漏极端引脚8：Vcc：芯片电源输入引脚。MAX629升压电路 升压电路工作原理二极管采用1N5819 或MBR0540肖特基二极管,电感采用典型值47H ,应注意增大电感将减小流过的峰值电流,从而降低输出电流;而减小电感,又将增大流过的峰值电流导致内部电流比较器延时。输出电压VOUT由R1,R2确定:R1 = R2(VOUT/Vref- 1) 上式中Vref = 1.25V ,则 VOUT =可见输出电压VOUT只与R1 、R2有关,只需选定R1 、R2的阻值,即可确定输出。 5、 降压电路降压芯片简介 降压芯片34063是一单片双极型线性集成电路专用于直流变换器控制部分，能在3.0v40v的输入电压下工作、短路电流限制低静态电流、输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）、静态电流1.6mA、输出电压可调、工作振荡频率从100HZ至100KHZ、可构成升压、降压或反向电源变换。它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器降压式变换器和电源反向器。降压效率最高为80。 MC34063引脚图MC34063组成的降压电路2.2k1k降压电路工作原理1比较器的反相输入端(脚5)通过外接分压电阻R1、R2监视输出电压 。其中，输出电压Uo=1.25(1+ R2/R1)由公式可知输出电压 。仅与R1、R2数值有关，因125V为基准电压，恒定不变。若R1、R2阻值稳定，U。亦稳定。 2脚5电压与内部基准电压125V同时送人内部比较器进行电压比较。当脚5的电压值低于内部基准电压(125V)时，比较器输出为跳变电压，开启RS触发器的S脚控制门，RS触发器在内部振荡器的驱动下，Q端为“1”状态(高电平)，驱动管T2导通，开关管T1亦导通，使输入电压Ui向输出滤波器电容Co充电以提高U。，达到自动控制U。稳定的作用。 3当脚5的电压值高于内部基准电压(125V)时，RS触发器的S脚控制门被封锁，Q端为“0”状态(低电平)，T2截止，T1亦截止。 4. 振荡器的Ipk 输入(脚7)用于监视开关管T1的峰值电流，以控制振荡器的脉冲输出到RS触发器的Q端。 5. 脚3外接振荡器所需要的定时电容CO电容值的大小决定振荡器频率的高低，亦决定开关管T1的通断时间。6、控制电路LM324简介LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。耗损电流低一般在0.8mA，并且与电源电压无关。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V.具有短跑保护输出、真差动输入级、低偏置电流：最大100nA（LM324A）、具有内部补偿的功能、共模范围扩展到负电源、输入端具有静电保护功能。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽,静态功耗小,可单电源使用,价格低廉等优点,因此被广泛应用在各种电路中。控制电路原理图5 系统控制电路如图所示，集成运放芯片LM324中由虚短原理得点2，点3的电压相等。故2点电压和输入电压相等。由虚短原理及欧姆定理得继电器两端电压/输入电压=（R1+R2）/R2，故输入电压值决定继电器两端电压值。控制电路中，升压电路的两端接到继电器的常闭触点，降压电路的两端接到继电器的常开触点。当输入电压小于0.8v时，降压电路、升压电路均不工作。当电压大于0.8v时，升压电路开始工作。输入电压经过集成运放后使继电器两端的电压小于继电器的吸合电压，故降压电路不工作。直到输入电压升到4.0v后，输入电压经过集成运放后使继电器两端电压大于继电器的吸合电压，则降压电路导通，升压电路断开，并且这一段时间该系统对蓄电池进行持续充电。之后升压电路能够实现恒定的一输出电压对蓄电池充电。方案二、控制电路基于R5421的保护电路R5421将过电流、过电压、过放电、短路保护、短路保护延时、过充电延时的外接元器件置入芯片中，在充电状态下过电流的检测。最大耗电降0.1ASOT23-6SON。 正常状态下保护电路的消耗电流为A级，通常小于7A。 如上图所示，该保护回路由两个MOSFET（V1、V2）和一个控制IC（N1）外加一些阻容元件构成。控制IC负责监测电池电压与回路电流，并控制两个MOSFET的栅极，MOSFET在电路中起开关作用，分别控制着充电回路与放电回路的导通与关断，C3为延时电容，该电路具有过充电保护、过放电保护、过电流保护与短路保护功能，其工作原理分析如下：1、正常状态 在正常状态下电路中N1的“CO”与“DO”脚都输出高电压，两个MOSFET都处于导通状态，电池可以自由地进行充电和放电，由于MOSFET的导通阻抗很小，通常小于30毫欧，因此其导通电阻对电路的性能影响很小。 此状态下保护电路的消耗电流为A级，通常小于7A。 2、过充电保护 电池要求的充电方式为恒流/恒压，在充电初期，为恒流充电，随着充电过程，电压会上升到4.2V(根据正极材料不同，有的电池要求恒压值为4.1V)，转为恒压充电，直至电流越来越小。 电池在被充电过程中，如果充电器电路失去控制，会使电池电压超过4.2V后继续恒流充电，此时电池电压仍会继续上升，当电池电压被充电至超过4.3V时，电池的化学副反应将加剧，会导致电池损坏或出现安全问题。 在带有保护电路的电池中，当控制IC检测到电池电压达到4.28V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“CO”脚将由高电压转变为零电压，使V2由导通转为关断，从而切断了充电回路，使充电器无法再对电池进行充电，起到过充电保护作用。而此时由于V2自带的体二极管VD2的存在，电池可以通过该二极管对外部负载进行放电。在控制IC检测到电池电压超过4.28V至发出关断V2信号之间，还有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常设为1秒左右，以避免因干扰而造成误判断。 3、过放电保护 电池在对外部负载放电过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，当电池电压降至2.5V时，其容量已被完全放光，此时如果让电池继续对负载放电，将造成电池的永久性损坏。 在电池放电过程中，当控制IC检测到电池电压低于2.3V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使电池无法再对负载进行放电，起到过放电保护作用。而此时由于V1自带的体二极管VD1的存在，充电器可以通过该二极管对电池进行充电。 由于在过放电保护状态下电池电压不能再降低，因此要求保护电路的消耗电流极小，此时控制IC会进入低功耗状态，整个保护电路耗电会小于0.1A。 在控制IC检测到电池电压低于2.3V至发出关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常设为100毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。 4、过电流保护 由于电池的化学特性，电池生产厂家规定了其放电电流最大不能超过2C（C=电池容量/小时），当电池超过2C电流放电时，将会导致电池的永久性损坏或出现安全问题。 电池在对负载正常放电过程中，放电电流在经过串联的2个MOSFET时，由于MOSFET的导通阻抗，会在其两端产生一个电压，该电压值U=I*RDS*2, RDS为单个MOSFET导通阻抗，控制IC上的“V-”脚对该电压值进行检测，若负载因某种原因导致异常，使回路电流增大，当回路电流大到使U0.1V（该值由控制IC决定，不同的IC有不同的值）时，其“DO”脚将由高电压转变为零电压，使V1由导通转为关断，从而切断了放电回路，使回路中电流为零，起到过电流保护作用。 在控制IC检测到过电流发生至发出关断V1信号之间，也有一段延时时间，该延时时间的长短由C3决定，通常为13毫秒左右，以避免因干扰而造成误判断。 在上述控制过程中可知，其过电流检测值大小不仅取决于控制IC的控制值，还取决于MO