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： 蓄电池标称电压为12V,容量为4Ah 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。 充电器输出电压、电流误差小于 1%，具有过流保护功能。 实时显示蓄电电压、充电电流，电压范围615V,误差小于0.5%,电流范围40600mA, 误差小于 0.5%。 自制充电器所需电源，输入为 220V， 50Hz。2发挥部分 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。 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45r 时，应停止充电，待冷却至35 r时恢复正常充电，温度检测误差小于1C。 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。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0CON3V_- 丄,i r 1123N3D QI Cl ET C l LCKo1 /xi10kj2itR121rJ101 +J/U1B11reeLX 1cH00VCcU1A12r r471*6、TL23AItz7十5-1-厂TL082十寸SR3C2vt*11I-1釣441+vee0.1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=-Rl/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VEEVCCJ5J1J6EEIIJ7U1ATL082COM2U1BVEECON2R410010KJj101VCC0082CON2:-ON2VCCCON22N2222jinJ 5V 5PDTx/X/VlkF1U2N2222据设计要求，需要一恒流源电路VCC个可调的恒流源二 0N2丄A yp-ITjr.irD1-600MA）以及一个13.8V的恒压，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端之采用压ILVCC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40C 时，充电电流减半；当蓄电池壳温超过45C时，应停止充电，待冷却至35C时恢复正常充 电，当温度传感器测得温度40C时通过压控恒流源将电流减半，当温度超过45C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35C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430V，可测量温度范围为-50150C。AD590在25C（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25C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：等待中断启动D/A测试数据处理结束测试数据及其 类型显示判断键值调用 子程序充电电压测试充电电流控 制开始启动A/D温度测试开中断程序初始化五数据测试步骤1 第一阶段充电电流测量UM ELLJ/Lj _IZj /Li _IZj1,-I-I VC:CVCC2zl()00U1A