基于SPCE061A的智能型充電器

1 充電電源方案論證與選擇
充電電源的主要部分是恒流源和恒壓源，因此實(shí)現(xiàn)恒流輸出和恒壓輸出是設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。
方案一，采用充電芯片U2402B作為充電電源的核心部件。U2402B能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)充電過(guò)程、充電電流、溫度的控制；再加上單片機(jī)的控制，能夠很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制。通過(guò)外圍電路的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)輸出達(dá)到800 mA的電流，完全滿足題目的要求。它的集成度高，穩(wěn)定性好。但所用芯片對(duì)電流與電壓的切換存在一定局限性，而且不能保證負(fù)載對(duì)電流的變化滿足題目的要求。
方案二，采用恒流源與恒壓源切換的方式實(shí)現(xiàn)。恒壓源采用由LM7805和高精度運(yùn)OP07構(gòu)成的恒壓源，具有輸出穩(wěn)定，紋波小的特點(diǎn)。脈沖調(diào)寬式(開(kāi)關(guān)式)恒流源通過(guò)改變調(diào)整器的工作脈沖寬度達(dá)到恒流的目的。這種恒流源調(diào)整器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，功率損耗小，效率高達(dá)70％～95％，但紋波電流大，輻射干擾強(qiáng)，恒流精度低。
方案三，以SPCE061A單片機(jī)作為中樞控制系統(tǒng)，采用恒流源與恒壓源切換的方式實(shí)現(xiàn)。恒壓采用由LM7805和高精度運(yùn)OP07構(gòu)成的恒壓源，具有輸出穩(wěn)定，波紋小的特點(diǎn)。恒流源由IRF640大功率場(chǎng)效應(yīng)管和OP07組成，輸出恒流精度高，紋波小，負(fù)載對(duì)輸出電流的影響小。綜合考慮后決定采用此方案。

2 硬件電路設(shè)計(jì)
2．1 總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)在SPCE061A控制下，完成對(duì)恒流充電、恒壓充電和溫度的檢測(cè)與控制，并用LCD顯示結(jié)果。
2．2 恒流源和恒壓源
2．2．1 壓控恒流源充電電路設(shè)計(jì)
電路原理圖如圖2所示。該恒流源電路由運(yùn)算放大器、大功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、采樣電阻R3、負(fù)載電阻RL等組成。

電路中調(diào)整管采用大功率場(chǎng)效應(yīng)管IRF640。采用場(chǎng)效應(yīng)管易于實(shí)現(xiàn)電壓線性控制電流，既能滿足輸出電流100 mA和200 mA的要求，也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。因?yàn)楫?dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí)，漏極電流Id近似為電壓Ugs控制的電流，即當(dāng)Ud為常數(shù)時(shí)，滿足Id=f(Ugs)，只要Ugs不變，Id就不變。在此電路中，R3為取樣電阻，采用康銅絲繞制(阻值隨溫度的變化較小)，阻值為1 Ω。運(yùn)放采用OP-07作為電壓跟隨器，Ui=UP=UN，場(chǎng)效應(yīng)管Id=Is(柵極電流相對(duì)很小，可忽略不計(jì))，所以Io=Is=UN／R2=Ui/R2。正因?yàn)镮o=Ui／R2，電路輸入電壓Ui控制電流Io，即Io不隨RL的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)壓控恒流。
2．2．2 恒壓源充電電路設(shè)計(jì)
恒壓源充電電路的設(shè)計(jì)電路如圖3所示。穩(wěn)壓電路選用LM7805CT正輸出三端穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓值的容差為±5％，電壓調(diào)整率其數(shù)值約為0．01％，滿足題目的要求。此電路通過(guò)調(diào)節(jié)R1來(lái)改變OP-07的輸出，從而動(dòng)態(tài)控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)壓的效果。
2．3 數(shù)據(jù)采集電路
為保證精度，A／D需要10位，SPCE061A有8個(gè)10位模／數(shù)轉(zhuǎn)換通道，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，可直接通過(guò)端口(IOA[0～6])輸入。模擬輸入量取自恒流電路負(fù)載RL兩端的電壓值，當(dāng)電壓值大于等于10 V時(shí)，單片機(jī)控制充電電路切換充電方式，由恒流充電方式轉(zhuǎn)變成恒壓充電方式。
2．4 顯示單元
選用OCMJ4×8C中文液晶顯示器，能夠顯示充電模式(快充、慢充)、充電電流(單位為mA)、負(fù)載溫度(單位為℃)。增加了開(kāi)機(jī)檢測(cè)模塊，檢測(cè)是否接入負(fù)載。當(dāng)未接入負(fù)載時(shí)，顯示“請(qǐng)插入充電電池”；當(dāng)接入負(fù)載時(shí)，顯示工作時(shí)的相關(guān)參數(shù)。