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充電器PCBA硬件程序設(shè)計(jì)
本文主要針對(duì)鎳鎘電池設(shè)計(jì)出低價(jià)智能充電器，該充電器功能豐富，不會(huì)由于電池的充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而造成手機(jī)電池的實(shí)際循環(huán)使用壽命降低。因此可避免充電器設(shè)置不合理所帶來(lái)的損害，可延長(zhǎng)電池的使用壽命，還可提高它的使用性能，增強(qiáng)其智能化管理，從而降低充電器在充電過(guò)程中的疲勞度和充電時(shí)間，這樣不僅可降成本，也可提高它的靈活度。
一、智能充電器基本原理
電池充電的關(guān)鍵是要達(dá)到有效充電的同時(shí)既可及時(shí)終止充電，避免發(fā)生過(guò)分充電給電池造成損傷，且充電過(guò)程中顯示其電量及電壓，方便及時(shí)了解電池的充電情況；還可實(shí)現(xiàn)查錯(cuò)，當(dāng)在充電過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)應(yīng)立即自動(dòng)斷電，保護(hù)電池和充電器都不發(fā)生損壞。
它主要包括穩(wěn)壓電源部分、恒流源部分、涓流充電部分、電壓檢測(cè)部分、顯示部分和控制部分等。穩(wěn)壓電源部分主要功能是轉(zhuǎn)換220V家庭電壓為直流電壓，為其他電路供電。恒流源電路是由穩(wěn)壓器和電阻形成的電流源，為整個(gè)電路提供恒定的充電電流。自動(dòng)斷電電路基于MOSFET的自動(dòng)關(guān)斷特性，主要實(shí)現(xiàn)在電池充滿電的情況下自動(dòng)斷電的功能。最后由發(fā)光二極管將電路的充電情況及電量情況顯示出來(lái)。
二、解析電池充電過(guò)程
針對(duì)快速性和智能性對(duì)智能充電器進(jìn)行以下幾點(diǎn)解析。
2.1電壓檢測(cè)及單片機(jī)控制部分
控制電路如圖1，AT89C2051有20條引腳，引腳具有很強(qiáng)的下拉驅(qū)動(dòng)能力，如引腳P1、P3的下拉能力均可達(dá)到20mA，當(dāng)AT89C2051在增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力下，LED數(shù)碼管就可以由它直接驅(qū)動(dòng)。并且它還具有兩個(gè)特點(diǎn)：一是低電壓；二是高性能，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash單元。AT89C2051的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬信號(hào)比較器，如果采用它的P1.0和P1.1口接其輸入端，那它們進(jìn)行比較的結(jié)果將會(huì)自動(dòng)存進(jìn)P3.6相對(duì)應(yīng)的寄存器中。在這個(gè)電路中，Vcc接電源；上電復(fù)位電路與RST端口連接，當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，會(huì)連續(xù)給RST引腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平來(lái)完成電路復(fù)位；振蕩電路的反向輸出輸入分別為XTAL1和XTAL2，與晶振電路連接，然后產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)；中斷通信由P3.3口來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且與蜂鳴器連接，組成報(bào)警電路；恒、涓流轉(zhuǎn)換電路與P1.6口連接,在電池結(jié)束充電后自動(dòng)切斷電源并轉(zhuǎn)為涓流充電；發(fā)光二極管與P1.4、P1.5口接，主要目的是顯示整個(gè)電路的工作過(guò)程；內(nèi)部的電壓比較器與P1.0和P1.1口連接，其中電池的正極與P1.0口連，P1.1口則與外部的基準(zhǔn)電壓接。然后將TL431所產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓與電池電壓進(jìn)行比較，將比較結(jié)果作為檢測(cè)信號(hào)傳給單片機(jī)；GND口接地。
TL431是一個(gè)有較好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。其輸出電壓范圍寬從參考電壓（Vref）2.5V~36V區(qū)間，在此區(qū)間可用兩電阻取任意值。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2Ω，2.5V是它的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，內(nèi)部基準(zhǔn)電壓和運(yùn)放電路的反向輸出端連接，反饋電路由REF端引入后，該器件便可以在很寬的范圍上分流控制電壓輸出。在R1和R2確定阻值后，加入反饋，這時(shí)，將定為充滿后的標(biāo)準(zhǔn)電壓與電池的電壓進(jìn)行比較，如若電池標(biāo)準(zhǔn)電壓低于電池電壓，那么電路就會(huì)通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行對(duì)控制電路的自行轉(zhuǎn)換，繼續(xù)工作。
2.2恒流源充電電路
LM317T集成三端可調(diào)穩(wěn)壓器作為核心器件，其電壓輸出滿足1.2V~37V之間時(shí)夠提供1.5A電流。此穩(wěn)壓器具有很高的穩(wěn)定性，設(shè)置輸出電壓時(shí)可以連接兩個(gè)外部電阻。此外還可以使用其內(nèi)部限流、熱關(guān)斷和安全工作區(qū)補(bǔ)償?shù)裙δ軄?lái)防止燒斷保險(xiǎn)絲。
2.3 MOSFET驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)電路采用光電耦合器與它的前置電路進(jìn)行隔離，降低對(duì)控制電路的干擾。控制信號(hào)應(yīng)用互補(bǔ)的方法依次加到橋臂驅(qū)動(dòng)電路的控制端。由于許多MOS管內(nèi)設(shè)置了穩(wěn)壓管，進(jìn)行強(qiáng)行限制gate電壓的幅值，這樣做可以讓MOS管在高gate電壓下安全工作。在這種情況下，如果穩(wěn)壓管的電壓低于所提供的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)的功耗大。同理，如果我們采用簡(jiǎn)單的方式降低gate電壓，如選擇電阻分壓式原理，那么也會(huì)出現(xiàn)輸入電壓較高的情況，則MOS管工作良好，而輸入電壓在降低的時(shí)候gate電壓不足，從而引起導(dǎo)通不夠徹底，結(jié)果導(dǎo)致功耗增加。以下是電路的具體工作：首先將驅(qū)動(dòng)打開(kāi)，控制信號(hào)就會(huì)由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，三極管Q1截止，然后再驅(qū)動(dòng)電源Vcc，使三極管Q2導(dǎo)通，穩(wěn)壓管W1擊穿，這時(shí)電路產(chǎn)生恒定電流Ic。Ic流過(guò)R5，使橋臂MOSFET管形成柵一源電壓，并且控制MOSFET管的開(kāi)通電流。
三、充電器軟件設(shè)計(jì)
針對(duì)該電路的軟件程序設(shè)計(jì)如下：可以把充電的整個(gè)過(guò)程劃分為有周期的兩個(gè)階段。把充電過(guò)程分為第一階段，此過(guò)程需要900ms，這個(gè)階段主要是實(shí)現(xiàn)電路對(duì)電池的充電過(guò)程，充電過(guò)程中，指示燈為常亮。電路的自檢過(guò)程為第二階段，時(shí)間為100ms，檢測(cè)單片機(jī)P3.6口是否為l，如果檢測(cè)到是l，則停止對(duì)電池充電并啟動(dòng)電路報(bào)警裝置，否則將繼續(xù)進(jìn)行充電，然后重復(fù)該過(guò)程。為了保證電路的檢測(cè)部分可以更精確，我們把軟件設(shè)計(jì)增添了十次循環(huán)周期檢測(cè)，只有在十次檢測(cè)中結(jié)果都為1時(shí)，電路才會(huì)停止充電并轉(zhuǎn)為涓流充電。循環(huán)充電周期在理論上為0.9s，檢測(cè)時(shí)間0.1s，是一個(gè)完整的充電周期完成的時(shí)間。整個(gè)程序的關(guān)鍵是P3.6引腳。
總結(jié)
該結(jié)果可以看出，通過(guò)單片機(jī)所控制的指示燈在接通電源后，對(duì)電池進(jìn)行充電，綠燈亮說(shuō)明充電正常，當(dāng)紅燈亮綠燈滅時(shí)，表示充電結(jié)束，然后蜂鳴器立刻發(fā)出報(bào)警提示。若充好的電池在報(bào)警提示后仍沒(méi)有取出，那么電路會(huì)自行判斷變?yōu)殇噶鞒潆姡乐闺姵胤烹姷耐瑫r(shí)也可以保護(hù)電池不被損壞。采用單片機(jī)進(jìn)行充電器的設(shè)計(jì),不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)普通電池充電，而且還具有相應(yīng)的過(guò)壓和溫度保護(hù)，使電池可以延長(zhǎng)使用壽命，也能充分發(fā)揮電池的性能。
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