鋰離子電池智能充電器的設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)論文中文摘要鋰離子電池智能充電器的設(shè)計(jì)摘要：本文介紹了由MAXIM 公司生產(chǎn)的一種新型充電器件MAX1757 構(gòu)成的13 節(jié)鋰離子電池充電器的工作原理和充電過程, 并在此基礎(chǔ)上給出了該充電器的工作流程及參數(shù)設(shè)置; 最后簡要闡述了PWM 控制器的工作原理及其在充電過程中的作用。該產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于某充電檢測平臺(tái)上。關(guān)鍵詞： 智能充電器 MAX1757 PWM控制器19 / 22文檔可自由編輯打印畢業(yè)論文外文摘要Title The design and realization of a Li-ion intelligent Battery Charger AbstractThis paper in

2、troduces the principle of a Li- ion battery charger and the process of charging, which is made by Maxim companyand consists of 1 to 3 cells Li- ions. Also, it introduces the working process and parameter setting of the charger. Finally, it introducesthe principle of PWM controller and the function b

3、riefly during charging. The charger had been applied on a certain chargingdetecting platform.Keywords： intelligent battery charger , MAX1757, PWM controller 目 次1 引言11.1 課題的研究背景11.2 課題研究的目的及意義11.3 市場前景11.4 本設(shè)計(jì)的主要工作及設(shè)計(jì)過程22 充電原理33 總體設(shè)計(jì)43.1 控制電路部分設(shè)計(jì)43.2 充電部分及檢測部分電路設(shè)計(jì)64 新型充電器件MAX175784.1 芯片引腳功能簡單介紹84.2 充

4、電器工作原理94.3 充電過程曲線104.4 充電器參數(shù)設(shè)置114.5 選擇外圍器件注意事項(xiàng)135 脈寬調(diào)制控制器136 電路板制作儀器調(diào)試與檢測146.1 焊接工具與焊前處理146.2 儀器設(shè)備與初步處理166.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果16結(jié)論17參考文獻(xiàn)18致謝191 引言1.1 課題的研究背景鋰離子電池具有較高的能量密度, 與其它電池相比具有體積小、重量輕等優(yōu)勢, 但對(duì)保護(hù)電路要求較高, 在電池的使用過程中, 需嚴(yán)格避免出現(xiàn)過充、過放電現(xiàn)象。通常, 鋰離子電池充電方式為恒流- 恒壓方式。為保證安全充電, 一般通過檢測充電電池的電壓來判斷電池是否充滿, 除電壓檢測外還需采用其它的輔助方法作為防止過充的

5、后備措施, 如檢測電池溫度、限定充電時(shí)間等輔助方法。此外, 由于鋰離子電池出現(xiàn)過充電時(shí)同樣也會(huì)造成電池的損環(huán), 一般在電池充電前需要檢測電池是否可充, 通常在對(duì)鋰離子電池進(jìn)行快速充電時(shí)需保證每節(jié)電池電壓高于2.5V, 溫度高于2.5、低于50, 這就要求充電器具有預(yù)充過程。由此看來, 雖然鋰離子電池具有較高的性能指標(biāo), 但對(duì)充電器的保護(hù)措施要求較高, 如果用分立元件構(gòu)成鋰離子電池充電器, 電路將十分復(fù)雜, 而且設(shè)計(jì)時(shí)間較長。1.2 課題的研究目的及意義鋰離子電池具有較高的能量重量和能量體積比，無記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電次數(shù)多，使用壽命長，價(jià)格也越來越低。一個(gè)良好的充電器可使電池具有較長的壽命。利用

6、單片機(jī)設(shè)計(jì)的鋰離子電池智能充電器，具有較高的測量精度，可很好的控制充電電流的大小，適時(shí)的調(diào)整，并可根據(jù)充電的狀態(tài)判斷充電的時(shí)間，及時(shí)終止充電，以避免電池的過充。1.3 市場前景今天的3G多功能手機(jī)支持好幾個(gè)空中接口，并能提供諸如GSM及WCDMA等多波段modem連接。亦可通過藍(lán)牙、無線LAN、紅外及USB接口來進(jìn)行其它連接。數(shù)碼相機(jī)已成為許多手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，它需要有成熟的相機(jī)引擎及高發(fā)光度閃光燈來拍攝高質(zhì)量照片。以更高的數(shù)據(jù)傳輸速度，還可實(shí)現(xiàn)視頻電話功能。此外，高速應(yīng)用處理器還能提供音/視頻處理能力來執(zhí)行數(shù)字電視(DTV)信號(hào)與MPEG音頻編解碼。更新款的手機(jī)還計(jì)劃增加調(diào)頻收音機(jī)和數(shù)字電視調(diào)

7、諧器來提高手機(jī)的娛樂價(jià)值。更高的數(shù)據(jù)吞吐量最終要求有高密度的存儲(chǔ)能力，這可通過存儲(chǔ)器擴(kuò)展槽或(甚至)微型硬盤驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)。不難想象，這些無線手機(jī)還兼具有手持式游戲設(shè)備的功能。而所有的功能實(shí)現(xiàn)，集中在電池的供電運(yùn)行，如何在不增加結(jié)構(gòu)尺寸的情況下，手機(jī)如何降低功耗，并實(shí)現(xiàn)更多的功能和應(yīng)用，磁性元器件也可以在其中扮演重要的角色。在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，手機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)的負(fù)載所需的峰值功率通常將超過4W。這么高的功率會(huì)很快耗盡電池的能量。影響電池運(yùn)行時(shí)間的另一重要因素是電源效率和系統(tǒng)電源管理。另外，低電源轉(zhuǎn)換效率將導(dǎo)致發(fā)熱。因此必須提高DC/DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率。另外一方面就是改善電池充電，事實(shí)上，所有3G手機(jī)都

8、采用鋰離子電池作為主電源。由于散熱及空間的限制，設(shè)計(jì)師必須仔細(xì)考慮選用何種類型的電池充電器，以及還需要哪些特性來確保對(duì)電池進(jìn)行安全及精確的充電。線性鋰離子電池充電器的一個(gè)明顯趨勢是封裝尺寸繼續(xù)減小。但值得關(guān)注的是在充電周期(尤其在高電流階段)冷卻IC所需的板空間或通風(fēng)條件。充電器的功耗會(huì)使IC的接合部溫度上升。加上環(huán)境溫度，它會(huì)達(dá)到足夠高的水平，使IC過熱并降低電路可靠性。此外，如果過熱，許多充電器會(huì)停止充電周期，只有當(dāng)接合部溫度下降后才恢復(fù)工作。如果這種高溫持續(xù)存在，那么 充電器“停止和開始”的反復(fù)循環(huán)也將繼續(xù)發(fā)生，從而延長充電時(shí)間。為減少這些風(fēng)險(xiǎn)，用戶只能選擇減小充電電流來延長充電時(shí)間或增

9、大板面積來散熱。因此，由于增加了PCB散熱面積及熱保護(hù)材料，整個(gè)系統(tǒng)成本也將上升。凌力爾特公司表示，對(duì)此問題有兩種解決方案。首先，需要一種智能的線性鋰離子電池充電器，它不必為擔(dān)心散熱而犧牲PCB面積，并采用一種小型的熱增強(qiáng)封裝，允許它監(jiān)視自己的接合部溫度以防止過熱。如果達(dá)到預(yù)設(shè)的溫度閾值，充電器能自動(dòng)減少充電電流以限制功耗，從而使芯片溫度保持在安全水平。第二種解決方案是使用一種即使充電電流很高時(shí)也幾乎不發(fā)熱的充電器。這要求使用脈沖充電器，它是一種完全不同于線性充電器的技術(shù)。脈沖充電器依靠經(jīng)過良好調(diào)節(jié)且電流受限的墻上適配器來充電。1.4 本設(shè)計(jì)的主要工作及設(shè)計(jì)過程本文介紹了由一種新型充電器件構(gòu)成

10、的13 節(jié)鋰離子電池充電器的工作原理和充電過程, 并在此基礎(chǔ)上給出了該充電器的工作流程及參數(shù)設(shè)置; 具體分析了鋰離子電池的充電原理與充電方法、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序設(shè)計(jì)等。實(shí)現(xiàn)了電池充電、保護(hù)機(jī)制及異常處理等功能。 最后簡要闡述了PWM 控制器的工作原理及其在充電過程中的作用。2 充電原理電池的特性唯一地決定其安全性能和充電的效率。電池的最佳充電方法是由電池的化學(xué)成分決定的（鋰離子、鎳氫、鎳鎘還是SLA 電池等）。盡管如此，大多數(shù)充電方案都包含下面的三個(gè)階段： 低電流調(diào)節(jié)階段 恒流階段 恒壓階段/ 充電終止所有鋰離子電池都是通過向自身傳輸電能的方法進(jìn)行充電的，一節(jié)電池的最大充電電流取于電池的額

11、定容量（C ）例如，一節(jié)容量為1000mAh 的電池在充電電流為1000mA 時(shí)，可以充電1C(電池容量的1 倍)也可以用1/50C(20mA)或更低的電流給電池充電。盡管如此，這只是一個(gè)普通的低電流充電方式，不適用于要求短充電時(shí)間的快速充電方案?，F(xiàn)在使用的大多數(shù)充電器在給電池充電時(shí)都是既使用低電流充電方式又使用額定充電電流的方法，即容積充電，低充電電流通常使用在充電的初始階段。在這一階段，需要將會(huì)導(dǎo)致充電過程終止的芯片初期的自熱效應(yīng)減小到最低程度，容積充電通常用在充電的中級(jí)階段，電池的大部分能量都是在這一階段存儲(chǔ)的。在電池充電的最后階段，通常充電時(shí)間的絕大部分都是消耗在這一階段，可以通過監(jiān)測

12、電流、電壓或兩者的值來決定何時(shí)結(jié)束充電。同樣，結(jié)束方案依賴于電池的化學(xué)特性，例如：大多數(shù)鋰離子電池充電器都是將電池電壓保持在恒定值，同時(shí)檢測最低電流。鎳鎘、NiCd 電池用電壓或溫度的變化率來決定充電的結(jié)束時(shí)間。充電時(shí)部分電能被轉(zhuǎn)換成熱能，直至電池充滿。而充滿后，所有的電能將全部被轉(zhuǎn)換成熱能。如果此時(shí)不終止充電，電池就會(huì)被損壞或燒毀?？焖俪潆娖麟姵兀ㄍ耆錆M的時(shí)間小于兩小時(shí)的充電器）則可以解決這個(gè)問題，因?yàn)檫@些充電器是使用高充電電流來縮短充電時(shí)間的。因此，對(duì)于鋰離子電池來說,監(jiān)測它的溫度是至關(guān)重要的，因?yàn)殡姵卦谶^充電時(shí)會(huì)發(fā)生爆裂，在所有的充電階段都應(yīng)該隨時(shí)監(jiān)測溫度的變化，并且在溫度超過最大設(shè)定

13、值時(shí)立即停止充電。 3 總體設(shè)計(jì)充電電路由三部分：控制部分，檢測部分及充電部分組成。如圖1所示，采用F310 單片機(jī)進(jìn)行充電控制，單片機(jī)本身具有脈寬調(diào)制P W M 型開關(guān)穩(wěn)壓電源所需的全部功能，具有10 位A/D 轉(zhuǎn)換器。利用單片機(jī)A/D 端口，構(gòu)成電池電壓，電流，溫度檢測電路。圖1 鋰離子電池充電模塊圖單片機(jī)通過電壓反饋和電流反饋信號(hào)，直接利用P W M 輸出將數(shù)字電壓信號(hào)并轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號(hào)，能夠保證控制精度。3.1 控制部分電路設(shè)計(jì)模擬外設(shè)a . 10 位ADC ：轉(zhuǎn)換速度可達(dá)200ks/s,可多達(dá) 21 或 17 個(gè)外部單端或差分輸入，VREF 可在外部引腳或VDD 中選擇，內(nèi)置溫度傳

14、感器（± 3），外部轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入；b.兩個(gè)模擬比較器：可編程回差電壓和響應(yīng)時(shí)間，可配置為中斷或復(fù)位源，小電流（0.5 A）。供電電壓a.典型工作電流：5mA、25MHz ；b.典型停機(jī)電流：0.1 A；c.溫度范圍：-40+85。高速8051 微控制器內(nèi)核a.流水線指令結(jié)構(gòu)：70% 的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期；b.速度可達(dá)25MI/s（時(shí)鐘頻率為25MHz 時(shí)）；c.擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)。數(shù)字外設(shè)a.29/25 個(gè)端口I/O：所有的口線均耐5V 電壓；b.4 個(gè)通用16 位計(jì)數(shù)器/ 定時(shí)器；c.16 位可編程計(jì)數(shù)器/ 定時(shí)器陣列（PCA ），有5 個(gè)捕捉/ 比較模塊；d .

15、使用PCA 或定時(shí)器和外部時(shí)鐘源的實(shí)時(shí)時(shí)鐘方式?？刂齐娐分腥鐖D2 所示，P0.3 口提供充電電源，P0.6 口檢測充電電壓的大小，P0.5 口檢測充電電流的大小，P0.4口檢測電池的溫度。充電電流由單片機(jī)脈寬調(diào)制P W M產(chǎn)生，充電電流由A D 轉(zhuǎn)換再經(jīng)過計(jì)算得出。 圖2 控制電路接線圖圖3 充電電路與檢測電路圖3.2充電部分及檢測部分電路設(shè)計(jì)圖3 為充電電路與檢測電路圖。充電過程曲線如圖4 所示，充電過程由預(yù)充狀態(tài)，恒流充電狀態(tài)和恒壓充電狀態(tài)組成。圖4 鋰電池充電曲線快速轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)漸弱終止充電器的最經(jīng)濟(jì)的方法就是用一個(gè)快速轉(zhuǎn)換器?？焖俎D(zhuǎn)換器是用一個(gè)電感和/ 或一個(gè)變壓器（需要隔離的時(shí)候用變壓

16、器）作為能量存儲(chǔ)單元以離散的能量包的形式將能量從輸入傳輸至輸出的開關(guān)調(diào)節(jié)器反饋電路，通過晶體管來調(diào)節(jié)能量的傳輸，同時(shí)也作為過濾開關(guān)，以確保電壓或電流在負(fù)載時(shí)保持恒定。圖5a 開關(guān)閉合圖5b 開關(guān)打開快速調(diào)節(jié)器的操作是通過控制一個(gè)晶體管開關(guān)的占空比來實(shí)現(xiàn)的。占空比會(huì)自動(dòng)增加以使電池流入更多的電流。當(dāng)VBATT<VREF 時(shí)，一個(gè)比較器會(huì)將開關(guān)閉合(參見圖5a),電流流入電池和電容C , 這個(gè)電流同時(shí)也存儲(chǔ)在電感L 中。VBATT 持續(xù)升高，直到超過VREF，調(diào)節(jié)此時(shí)比較器將開關(guān)斷開(參見圖5b),存儲(chǔ)在電感中的電流迅速下降直到二極管偏置，使得電感電流以減速度流入電池，電容C 在電感電流衰減

17、后開始放電。并且最后VBATT 開始下降，當(dāng)VBATT 低于VREF 時(shí),比較器再次將開關(guān)閉合并開始另一次循環(huán)。在較大的范圍內(nèi)如果減小占空縮短閉合的時(shí)間，平均電壓就會(huì)下降，反之亦然。因此可以通過控制占空比的方法調(diào)節(jié)電壓或電流至所需要的值。電感的確定電感對(duì)交流電是有阻礙作用的。在交流電頻率一定的情況下，電感量越大，對(duì)交流電的阻礙能力越強(qiáng)，電感量越小，其阻礙能力越小。另外，在電感量一定的情況下，交流電的頻率越高，電感對(duì)交流電的阻礙能力越大，頻率越低，電感對(duì)交流電的阻礙能力越小。也就是說，電感有阻止交流電通過的特性。其工作原理是這樣的：當(dāng)負(fù)載兩端的電壓要降低時(shí)，通過MOSFET 場效應(yīng)管的開關(guān)作用，

18、外部電源對(duì)電感進(jìn)行充電并達(dá)到所需的額定電壓。當(dāng)負(fù)載兩端地電壓升高時(shí)，通過MOSFET 場效應(yīng)管的開關(guān)作用，外部電源供電斷開，電感釋放出剛才充入的能量，這時(shí)電感就變成了電源繼續(xù)對(duì)負(fù)載供電。隨著電感上存儲(chǔ)的能量地消耗。負(fù)載兩端的電壓開始逐漸降低，外部電源通過MOSFET 場效應(yīng)管的開關(guān)作用又要充電。依次類推在不斷的充電和放電的過程中形成了一種穩(wěn)定的電壓，永遠(yuǎn)使負(fù)載兩端地電壓不會(huì)升高也不會(huì)降低，這就是開關(guān)電源的最大優(yōu)勢。要確定快速轉(zhuǎn)換器中電感的大小首先應(yīng)假定晶體管的占空比為50%，因?yàn)榇藭r(shí)的轉(zhuǎn)換器操作操作效率最高。占空比由方程式1 給出：（其中T 是PWM 的周期在程序示例中T=10.5s）占空比=

19、ton/T （1）至此就可以選擇一個(gè)P W M 的轉(zhuǎn)換頻率（如方程式2 所示）PWM 的轉(zhuǎn)換頻率越大，則電感的值越小，也越節(jié)約成本。我的示例代碼配置F310 的8 位硬件P W M 是使用內(nèi)部2 4 . 5 M H z 主時(shí)鐘的256 分頻來產(chǎn)生一個(gè)95.7kHz 的轉(zhuǎn)換速率。L=（Vi-Vsat-Voton）/2Iomax （2）現(xiàn)在我們可以計(jì)算電感的大小了，假定充電電壓Vi 的值為15V，飽和電壓Vsat 的值為0.5V，需要獲得的輸出電壓值為4.2V,并且最大輸出電流I MAX 為1500mA，那么，電感的值至少應(yīng)選為1 8 H。需要注意的是：在本電路中的電容僅僅是一個(gè)紋波衰減器，因?yàn)榧y

20、波與電容的大小成反比例關(guān)系，所以電容的值越大，衰減效果越好。4 新型充電器件 MAX17574.1 芯片引腳功能簡單介紹 MAX1757 采用28 引腳的SSOP 貼片式封裝。每個(gè)引腳的具體功能不作詳細(xì)介紹, 在此僅介紹本文用到的引腳功能。VL引腳:芯片電源輸入端。由DCIN 端經(jīng)線性穩(wěn)壓器輸出5.4V, VL接2.2F 以上的陶瓷電容到地; ISTTIN 引腳:輸入電流限制調(diào)節(jié)端。在VREF 與GND 之間接一電阻分壓器來調(diào)節(jié); ISTTOUT 引腳:電池充電電流調(diào)節(jié)端。在VREF 與GND 之間接一電阻分壓器來調(diào)節(jié); REF 引腳:4.2V 基準(zhǔn)電壓輸出端。此端接一個(gè)1F 以上陶瓷旁路電容

21、到地; GND 引腳:模擬地; VADJ 引腳:電壓調(diào)整端。在VREF 與GND 之間接一電阻分壓器來調(diào)節(jié)電池充電電壓, 其調(diào)節(jié)范圍為4.2V±5%; PGND引腳:電源地。電流從低端FET 開關(guān)的源極流入PGND; LX 引腳:電源外接電感端; BST 引腳:內(nèi)部高端MOSFET 漏極偏置; DCIN 引腳:電源輸入端。它的輸入為VL 提高穩(wěn)壓電源, 此端接一0.1F 以上的旁路電容。4.2 充電器工作原理圖6 是MAX1757 的內(nèi)部電路, 包括輸入電流檢測器、電壓檢測器、充電電流檢測器、定時(shí)器、溫度檢測器和主控制器。輸入電流調(diào)節(jié)電路用于限制電源的總輸入電流, 包括:系統(tǒng)負(fù)載電流

22、與充電電流, 當(dāng)檢測到輸入電流大于設(shè)定的限流門限時(shí), 通過降低電池充電電流可達(dá)到限制輸入電流的目的, 因?yàn)橄到y(tǒng)工作時(shí)電源電流的變化范圍較大, 如果充電器沒有輸入電流檢測功能,則輸入電源(墻上適配器或其它直流電源)必須能夠提供最大負(fù)載電流與最大充電電流之和,這將使電源的成本增高、體積增大, 而利用輸入限流功能則能夠降低充電器對(duì)直流電源的要求,同時(shí)也簡化了輸入電源的設(shè)計(jì)。電壓檢測電路可與電流檢測電路分別對(duì)電池電壓和充電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)、監(jiān)測。MAX1757 的電壓檢測精度為±0.8%。電壓檢測和電流檢測結(jié)果送入主控制器, 主控制器驅(qū)動(dòng)內(nèi)部高邊MOSFET 導(dǎo)通或斷開以達(dá)到控制充電電流或限制電

23、池電壓的目的。定時(shí)器和溫度檢測器為電池充電提供附加保護(hù),由于充電效率達(dá)不到100%,充電時(shí)間限定值應(yīng)留有裕量。對(duì)于溫度傳感器應(yīng)靠近電池安裝, 并且溫度傳感器可選擇具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻,+25時(shí)阻值為10k(Philips、Cornerstone 傳感器公司、Fenwall 電子公司均可提供適當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品以滿足用戶的需要)。MAX1757 以1.2Hz 的頻率檢測電池溫度。圖6 充電器內(nèi)部工作原理圖4.3 充電過程曲線MAX1757 內(nèi)置充電狀態(tài)控制,圖7 是充電過程曲線圖。充電過程分為預(yù)充、快充和滿充與頂端截止充電狀態(tài)。預(yù)充狀態(tài)在安裝好電池后,接通輸入直流電源,當(dāng)充電器檢測到輸入電壓大于電池電

24、壓時(shí), 則將定時(shí)器復(fù)位,從而進(jìn)入預(yù)充過程, 在此期間充電器以快充電流的1/10 給電池充電, 使電池電壓、溫度恢復(fù)到正常狀態(tài),預(yù)充時(shí)間由定時(shí)器1 的外接電容確定, 如果在規(guī)定的充電時(shí)間內(nèi)電池電壓達(dá)到2.5V 以上,電池溫度正常(高于2.5、低于50),則充電進(jìn)入快充過程;如果電池電壓低于2.5V,則認(rèn)為電池不可充電,充電器顯示電池故障。圖7 充電過程曲線圖快充狀態(tài)快充過程也稱恒流充電, 此時(shí)充電器以恒定電流ICHG 對(duì)電池充電。根據(jù)電池廠商推薦的充電速率,一般對(duì)于鋰離子電池大多選用1C 充電速率(表示電池充電的速度, 即充電和放電電流通常用電池額定容量C 的倍數(shù)表示, 叫做充電速率),充滿電池

25、大約需要1 個(gè)多小時(shí)。恒流充電時(shí),電池電壓將緩慢上升,一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓(一般為4.1V 或4.2V), 恒流充電終止,充電電流快速遞減,充電進(jìn)入滿充過程。滿充與頂端截止充電狀態(tài)在滿充過程中,充電電流逐漸衰減,直到充電速率降低到C/10(默認(rèn)設(shè)置為電流遞減到330mA)以下或滿充時(shí)間超時(shí)時(shí),轉(zhuǎn)入頂端截止充電;頂端截止充電時(shí),充電器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量。由于充電器在檢測電池電壓是否達(dá)到終止電壓時(shí)有充電電流通過電池內(nèi)阻, 盡管在滿充和頂端截止充電過程中充電電流逐漸下降, 減小了電池內(nèi)阻和其它串聯(lián)電阻對(duì)電池端電壓的影響, 但串聯(lián)在充電回路中的電阻形成的壓降仍然對(duì)電池終止電壓的

26、檢測有影響, 頂端截止充電為最大限度地補(bǔ)充電池能量起到了重要作用。一般情況下,滿充和頂端終止充電可以延長電池5%10%的使用時(shí)間。4.4 充電器參數(shù)設(shè)置電池終止電壓設(shè)置通過外接分壓電阻可設(shè)置電池充電終止電壓, 分壓電阻精度為1%、電阻值低于100k。電池充電終止電壓與電池的化學(xué)特性和電池構(gòu)造有關(guān),具體參數(shù)由電池廠商提供。VADJ 引腳的電壓VVADJ 與電池充電終止電壓(VBATTR)、電池節(jié)數(shù)(N)、基準(zhǔn)電壓(VREF)之間的關(guān)系由下式確定:VVADJ=(9.5VBATTR/N)- (9.0VREF)充電電流設(shè)置快充過程的充電電流由ISETOUT 引腳的電壓值(VIESTOUT)決定, 該電

27、壓由連接在REF 和GND 之間的分壓電阻調(diào)節(jié)。當(dāng)ISETOUT 引腳接REF 時(shí),電流為最大值(為1.5A)。ICHG 與VIESTOUT的關(guān)系式如下:ICHG=1.5(VIESTOUT/VREF)輸入限流設(shè)置輸入限流門限IIN 由ISETTIN 引腳的電壓確定,根據(jù)下式可確定IIN 的值。ICHG=0.1(VISETIN/VREF)/R1選擇電感電感值與電流紋波的大小有關(guān), 選用較大的電感時(shí)電流紋波較小,但如果電感的物理尺寸相同時(shí),電感值越大。通常, 電感的等效串聯(lián)電阻和額定電流較小,從總體指標(biāo)考慮,電流紋波一般設(shè)置為平均充電電流的30%50%,假設(shè)紋波電流與直流充電電流之比為LIR,則電

28、感值由下式確定:L=VBATT(VDCIN(MAX)- VBATT)/VDCIN(MAX)foscICHGLIR公式中:fosc 為充電器內(nèi)部DC- DC 變換器的開關(guān)頻率,為300kHz。電感額定電流應(yīng)大于ICHG1+LIR/2。MAX1757 內(nèi)含四個(gè)定時(shí)時(shí)間設(shè)置功能, 即預(yù)充、快充、滿充、頂端截止充電時(shí)間。在定時(shí)器1 外接電容可設(shè)置預(yù)充、滿充和頂端截止充電過程的時(shí)間限制, 在定時(shí)器2 上外接電容可設(shè)置快充時(shí)間限制。當(dāng)充電速率為1C 時(shí),典型充電時(shí)間設(shè)置為(定時(shí)器1 與定時(shí)器2 的外接電容均為1nF):預(yù)充時(shí)間為7.5 分鐘、快充時(shí)間為90 分鐘、滿充時(shí)間為90 分鐘、頂端終止充電時(shí)間為4

29、5 分鐘。定時(shí)器1 與定時(shí)器2 外接電容與充電時(shí)間的關(guān)系如圖8、圖9 所示。圖8 定時(shí)器1外接電容與充電時(shí)間的關(guān)系圖9 定時(shí)器2外接電容與充電時(shí)間的關(guān)系4.5 選擇外圍器件注意事項(xiàng)在選擇MAX1757 外圍元器件時(shí), 應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)由于電感的大小與輸入電壓、充電電流等因素有關(guān), 所以選擇電感時(shí), 應(yīng)選擇電感磁性材料飽和電流大于2A, 并且取值可適當(dāng)調(diào)整。(2) 靠近充電電池處的電容應(yīng)分別選用多層陶瓷電容和低等效串聯(lián)電阻(ESR)的電解電容。(3)二極管應(yīng)選用工作電流大于2A 的肖特基二極管。(4)預(yù)充、快充、滿充和故障指示燈處的限流電阻, 其阻值取決于VIN。通常情況, 可按如下經(jīng)驗(yàn)公

30、式計(jì)算:R=(VIN - 2)/ 20(k) 5 脈寬調(diào)制控制器圖10 脈寬調(diào)制工作狀態(tài)波形圖脈寬調(diào)制(PWM)控制器驅(qū)動(dòng)內(nèi)部高邊場效應(yīng)管來控制充電電流或電壓。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù), 廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用, 方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的, 因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻, 滿幅值的直流供電要么完全有(ON), 要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的

31、。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候, 斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠, 任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。大多數(shù)負(fù)載(無論是電感性負(fù)載還是電容性負(fù)載)需要的調(diào)制頻率高于10Hz。其充電器具體工作過程為當(dāng)開關(guān)在標(biāo)稱電壓之間循環(huán)時(shí), 內(nèi)部鉗位電壓限制非控制信號(hào)使其在200mV 范圍內(nèi)阻止延時(shí)。電流模式下的脈寬調(diào)制控制器測量感應(yīng)電流來調(diào)整輸出電壓或電流, 從而簡化調(diào)整循環(huán)的穩(wěn)定性。并且, 各自的補(bǔ)償使其調(diào)整電路更穩(wěn)定, 保證了在較寬范圍內(nèi)占空比的穩(wěn)定工作。控制器驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的N 溝道場效應(yīng)管開關(guān)使輸入電壓下降到電池電壓。高邊場效應(yīng)管的柵極被高于靠近電容的輸入源電壓所驅(qū)動(dòng)。當(dāng)LX 為低

32、時(shí), 這個(gè)電容(在VL 和LX 之間)通過從VL 處的二極管被充電。當(dāng)高邊的開關(guān)關(guān)閉, 并連接LX 與PGND 來保證電容充電時(shí), 內(nèi)部N 溝道場效應(yīng)管即刻啟動(dòng)。當(dāng)源電壓接近輸入電壓時(shí), 高邊場效應(yīng)管的柵極由提供充足電壓的BST 來驅(qū)動(dòng)。其工作狀態(tài)的波形如圖10 所示。6 電路板制作儀器調(diào)試及檢測6.1 焊接工具與焊前處理（一）電烙鐵。電烙鐵是最常用的焊接工具。我使用20W內(nèi)熱式電烙鐵。新烙鐵使用前，通電燒熱，蘸上松香后用烙鐵頭刃面接觸焊錫絲，使烙鐵頭上均勻地鍍上一層錫。這樣做，可以便于焊接和防止烙鐵頭表面氧化。舊的烙鐵頭如嚴(yán)重氧化而發(fā)黑，可用鋼挫挫去表層氧化物，使其露出金屬光澤后，重新鍍錫，

33、才能使用。（二）焊錫和助焊劑 1焊錫。焊接電子元件，一般采用有松香芯的焊錫絲。這種焊錫絲，熔點(diǎn)較低，而且內(nèi)含松香助焊劑，使用極為方便。 2助焊劑。常用的助焊劑是松香或松香水（將松香溶于酒精中）。使用助焊劑，可以幫助清除金屬表面的氧化物，利于焊接，又可保護(hù)烙鐵頭。焊接較大元件或?qū)Ь€時(shí)，也可采用焊錫膏。但它有一定腐蝕性，焊接后應(yīng)及時(shí)清除殘留物。 （三）輔助工具 為了方便焊接操作常采用尖嘴鉗、偏口鉗、鑷子和小刀等做為輔助工具。焊接前，應(yīng)對(duì)元件引腳或電路板的焊接部位進(jìn)行焊前處理。（一）清除焊接部位的氧化層 1可用斷鋸條制成小刀。刮去金屬引線表面的氧化層，使引腳露出金屬光澤。 2印刷電路板可用細(xì)紗紙將銅

34、箔打光后，涂上一層松香酒精溶液。 （二）元件鍍錫 在刮凈的引線上鍍錫。可將引線蘸一下松香酒精溶液后，將帶錫的熱烙鐵頭壓在引線上，并轉(zhuǎn)動(dòng)引線。即可使引線均勻地鍍上一層很薄的錫層。導(dǎo)線焊接前，應(yīng)將絕緣外皮剝?nèi)?，再?jīng)過上面兩項(xiàng)處理，才能正式焊接。若是多股金屬絲的導(dǎo)線，打光后應(yīng)先擰在一起，然后再鍍錫。 （三）焊接技術(shù) 1右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，即帶上一定量焊錫。 2將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成60角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在23秒鐘。 3抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動(dòng)。待焊點(diǎn)

35、處的錫冷卻凝固后，才可松開左手。 4用鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線，確認(rèn)不松動(dòng)，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。 5元件的預(yù)加工平行插裝元器件的成形。需成型的元器件有：小電阻，電感小二極管等垂直插裝元器件的成形。需成型的元器件有：電容，晶體管，發(fā)光二極管等。根據(jù)被成形元件在上的孔距對(duì)元件腿稍加打彎調(diào)整，并將腿剪短至所需長度，一般電容為5。晶體管和發(fā)光二極管為810。集成塊的整形：按集成塊的腳數(shù)及跨距選擇整形塊，帶好防靜電腕帶，開始整形。焊接時(shí)，要保證每個(gè)焊點(diǎn)焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質(zhì)量。錫點(diǎn)光亮，圓滑而無毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應(yīng)有虛焊和假焊。 虛焊是焊點(diǎn)處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時(shí)通

36、時(shí)斷。假焊是指表面上好像焊住了，但實(shí)際上并沒有焊上，有時(shí)用手一拔，引線就可以從焊點(diǎn)中拔出。這兩種情況將給電子制作的調(diào)試和檢修帶來極大的困難。只有經(jīng)過大量的、認(rèn)真的焊接實(shí)踐，才能避免這兩種情況。焊接電路板時(shí)，一定要控制好時(shí)胡間太長，電路板將被燒焦，或造成銅箔脫落。從電路板上拆卸元件時(shí)，可將電烙鐵頭貼在焊點(diǎn)上，待焊點(diǎn)上的錫熔化后，將元件拔出。元件6.2 儀器設(shè)備與初步處理示波器一臺(tái)，100:1，10:1探頭各一只，臺(tái)式穩(wěn)壓電源一臺(tái)，電流表一臺(tái)，電壓表一臺(tái),20MHZ雙蹤示波器,四位半數(shù)字多用表。檢查被測單元電路板上的任何電氣問題，例如缺焊，壞件或缺件，及雜質(zhì)微粒，如焊錫頭電線頭濺出的液體等。檢查被測單元可能出現(xiàn)的機(jī)械問題