蓄电池充电器.docx

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蓄电池充电器

设计九 蓄电池充电器

一、任务：

设计并制作一个蓄电池充电器

二、要求

1．基本要求：

⑴蓄电池标称电压为12V，容量为4Ah

⑵充电采用三段式：

第一阶段恒流充电，充电电流为600mA,当电池端电压达到13.8V时，转入第二阶段；第二阶段恒压充电，充电电压为13.8V，当充电电流小于50mA时转入第三阶段；第三阶段涓流（恒流）充电，充电电流为50mA。

⑶充电器输出电压、电流误差小于1%，具有过流保护功能。

⑷实时显示蓄电电压、充电电流，电压范围6～15V，误差小于0.5%，电流范围40～600mA,误差小于0.5%。

⑸自制充电器所需电源，输入为220V，50Hz。

2．发挥部分

⑴通过按键预置恒流充电的电流值，恒压充电的电压值和涓流充电的电流值。

⑵具有过热保护功能，当蓄电池壳温超过40℃时，充电电流减半；当蓄电池壳温超过45℃时，应停止充电，待冷却至35℃时恢复正常充电，温度检测误差小于1℃。

⑶其他功能。

设计方案摘要

本设计电路采用SPCE61单片机为主控制系统，通过D/A转换在经电流变电压来控制压控恒流源充电电路，在由A/D取样电压信号,经单片机处理判断产生控制信号控制继电器来改变对蓄电池的不同充电方式。

用串行显示来显示测量数据大小及其类型。

一．系统方框图

二．系统方案论证

此设计用到单片机控制2个继电器来进行充电的阶段的转换，一个继电器来控制A/D前级的放大电路，一个串行显示电路显示测试数据，6个按键控制选择测试数据类型的键盘电路，一个A/D转换，一个D/A转换，如果用MCS-51单片机会造成I/O口不够用，需要I/O口扩展增加了硬件电路以及程序编写。

为了减少此麻烦我们采用内部包含1个10位A/D和2个10位D/A及40个I/O口的SPCE61单片机电路无需在与外部A/D，D/A的接线因此不会造成I/O口不够用。

如果采用SPCE61的10位A/D转换电路，以3.3V为参考电压测量精度能达到3.3MV，由于测量电压电压值最大打15V，因此在输入A/D之前的电压信号要先衰件使得A/D取样的电压信号低于3.3V。

根据测量误差精度要求如果以3.3V做为D/A的经电流变电压的最大输出电压则只需要用一个10位D/A即可。

随后在经过放大器将电压信号放大进行控制充电电路。

三．模块电路原理分析

1．电流转换电压

由于A/D输出来的是电流信号,我们用电压控制充电器的电流需要电压信号，因此需要一个电流变电压的电路,我们采用具有低偏置电流,低功耗,低噪声,高速率等特点的双JFET输入运算放大器TL082。

原理图如下

电流转换电压原理：

在理想运放条件下，输入电阻为0，输出电压Uo=-Iin*R8。

因为压控恒流源所需要的控制电压为正电压，而此电路的电流转换成的电压为负电压，所以在后级在加一级反向放大电路，该放大电路的放大倍数为Au=-R1/R2。

经两级电路就可形成将电流转换成正电压的信号。

图中R8、R1均采用可调电阻可增加电路的灵活性。

2．充电电路

原理图如下

根据设计要求，需要一个可调的恒流源电路（40MA---600MA）以及一个13.8V的恒压源电路。

恒流源电路采用压控恒流源电路，恒压源电路直接接电源电路，然后通过继电器来选择恒流充电或者恒压充电。

电路原理解析：

因为大功率场效应管IRF640的d端和s端之间的电阻大小加在g端的电压在一定范围内成线性关系，因此由IFR640来构成一个恒流源充电电路。

当电池端电压达到13.8V时，转入第二阶段；第二阶段恒压充电，充电电压为13.8V，所以还需要一个恒压源充电电路，我们通过A/D测得蓄电池电压为13.8V时通过单片机发出控制信号来控制继电器1，将充电电路由恒流充电转到恒压充电。

我们再通过A/D测得蓄电池的电压，通过单片机计算出充电电流如果小于50mA（此时的充电电流为电源电压（固定）减去A/D测得蓄电池的电压在除以R4的阻值）,就转入第三阶段；第三阶段涓流（恒流）充电，充电电流为50mA。

电路要有具有过热保护功能，当蓄电池壳温超过40℃时，充电电流减半；当蓄电池壳温超过45℃时，应停止充电，待冷却至35℃时恢复正常充电，当温度传感器测得温度40℃时通过压控恒流源将电流减半，当温度超过45℃时通过单片机发出控制信号控制继电器2使充电电路断开停止充电，待冷却到35℃时恢复充电。

由U1B构成的比较电路为过流保护电路,当充电电流过大时比较器输出高电平接到单片机在通过压控恒流源降低充电电流.过流保护的大小值可以通过电位器来调节.图中的二极管为防止蓄电池反接保护.

3．测温电路

测温电路采用电流输出型的集成温度传感器AD590或者SG590，它是一种集成温度传感器，由于它内部有放大电路，在配上相应的外电路，就可以方便的构成各种应用电路，工作的电源电压为4~30V，可测量温度范围为-50~150℃。

AD590在25℃（298.2K）时，理想输出电流为298.2uA,但实际上存在一定误差，可以在外电路中进行修正。

用一个电流变电压的电路就可以将电流转换为电压，在已知温度下调整电流变电压的电阻值，使输出电压Uo满足满足10MV/K的关系（如25℃时，Uo应为2.982V）。

调整好后，固定可调电阻，即可以由输出电压Uo读出AD590所处的热力学温度。

4．电源电路

根据要求充电电流最大600MA，在加上整个系统电路的功耗，我们所设计的电源电路提供的电流应该〉大于700MA。

三端稳压管7815，7805稳压分别是15V、5V，最大输出电流1.5A，因此采用三端稳压管7815以及7805构一个电源电路即可符合要求。

电路原理图如下

5．按键显示电路

按键显示电路原理图如下：

此电路采用2*8行列式按键液晶显示。

电路中将采用2*8行列式键盘电路与移位寄存器74164组合，行按键接2个I/O口，列按键接74164的8个输出口，74164的输入信号接单片机的串行输出口。

按键识别采用行列式扫描方式，接行线的两个I/O口为行扫描信号，74164的输出信号就形成列扫描输入信号。

单片机的串行输出口在做为按键电路的74164输入的同时又可以作为另一个74164的串行输入来控制液晶显示。

6．衰减电路设计

由于A/D所要采样的电压信号最大值为15V而SPCE61的A/D能取样的最大电压为3.3V，因此需要一个衰减电路。

因为衰减电路要从反相端输入，输出电压也反相，所以由两个反相放大电路构成一个衰减电路。

衰减电路原理如下：

第一级放大倍数为Au=R6/R1=1K/1K=1,第二级放大倍数为Au=R7/R3,因为R7为可调电阻，要15V电压衰减到3V，即Au=1/5，所以把R7调为0.2K，在把R4调为1/（1/R3+1/R4）即0.167K。

图中的继电器用来控制选择测试充电电压或者温度传感器转换的电压信号。

四．程序流程图

五．数据测试步骤

1．第一阶段充电电流测量

测试蓄电池充电电流即测试R2上的电流大小，所以只要通过A/D采集R2上的电压VR2，I=（VCC-VR2）/R2。

2．第二阶段恒压充电电压测量

调整好电位器为使之电阻为24，Ui为13.8V，所以恒压充电电流为（15V-13.8）/24=50MA。

当充电电流小于50M时即Uin大于13.8V时，通过A/D采集得Uin电压信号大于13.8V时发出控制信号使得充电方式转入第三阶段充电。

3．第三阶段充电电流测量

第三阶段充电电流测量与第一阶段电流测量方法一样。

六．测试数据误差分析

七．总结

八．参考文献

九．元器件列表

一十．电路板PCB图