简易充电器.docx

E乙6502山东省电子设计大赛简易数控充电电源作者:指导老师:电子竞赛指导小组山东经贸职业学院摘要本作品本着对可充电电源进行保护性充电（低于设定电压阈值时为恒流充电状态，等于设定电压阈值时为恒压充电状态）而设计，它是以恒流源和恒压源为核心，用AT89S52单片机做主控芯片，通过A/D、D/A芯片对采样信号进行数字化处理和转换输出控制信号，利用MOST的工作特性对电路中电压电流等参数实现精确控制，LCD显示屏实时显示工作状态的智能型数控充电电源本数控充电电源不接负载时无电流与电压输出，当接入可充电电源时，首先检测其电压，若负载电压低于10伏，则自动进入恒流充电模式，充电电流为：快充（200mA，慢充（100mA，状态可调；当负载电压达到10伏时，自动进入恒压充电模式本电源还有过热保护功能，通过PT1000温度传感器检测负载温度，当温度高于60度时，自动切断充电输出，温度下降后，能自动恢复可以说是一种功能相当完善的数控充电电源关键词：恒流源、恒压源、AT89S52单片机、LCDA/D、D/A转换、MOS?、PT1000系统原理及理论分析1.1 单片机最小系统组成单片机系统是整个系统的核心部分，它主要用于键盘按键?理、数据处理、实时采样分析系统参数及对个部分反馈环节进行整体调整。

主要包括AT89S52单片机、模数转换和数模转换芯片等1.2 系统性能系统通过单片机整体控制，简化了电路，避免了使用分立元件的繁琐和相互干扰，提高了系统整体的稳定性，恒流充电部分利用MOS?的高阻特性，很好的控制了回路电流的稳定性，恒压充电部分，集成三端稳压器的使用保证了负载两端电压的稳定，恒压和横流充电的结合实现了负载的安全性充电，实验证明该充电电源结构简单，慢充、快充可选，使用方便，使用PT1000使电路更加安全1.3 方案论证与比较1.3.1恒流源方案的选择方案一：采用恒流二极?或者恒流三极?，精度比较高，但这种电路能实现的恒流范围很小，只能达到十几毫安，不能达到题目的要求方案二：采用四端可调恒流源，这种器件靠改变外围电阻元件参数，从而使电流达到可调的目的，这种器件能够达到1~2000毫安的输出电流改变输出电流，通常有两种方法：一是通过手动调节来改变输出电流，这种方法不能满足题目的数控调节要求；二是通过数字电位器来改变需要的电阻参数，虽然可以达到数控的目的，但数字电位器的每一级步进电阻比较大，所以很难调节输出电流方案三：压控恒流源，通过改变恒流源的外围电压，利用电压的大小来控制输出电流的大小。

电压控制电路采用数控的方式，利用单片机送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到运放电路进行放大单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，由程序控制调节功率?的输出电流恒定当改变负载大小时，基本上不影响电流的输出，采用这样一个闭路环节使得系统一直在设定值维持电流恒定该方案通过软件方法实现输出电流稳定，易于功能的实现，便于操作所以我们选择方案三作为系统恒流源1.3.2恒压源方案的选择方案一：采用稳压二极管，电路结构比较简单，操作方便，但精度不高，很难达到题目的要求方案二：采用三端稳压器，电路结构更加简单，三端稳压器本身是集成元件，体积小，价格低，与一般的稳压电路相比内部增加了启动电路和过热、过流保护电路，保证了电压的稳定性，降低了系统的误差系数，但可控性不好方案三：压控恒压源，和压控电流源的控制方式相似，利用电压的大小来控制输出电流的大小电压控制电路采用数控的方式，利用单片机送出数字量，经过D/A转换转变成模拟信号，再送到运放电路进行放大单片机系统实时对输出电流进行监控，采用数字方式作为反馈调整环节，使得系统保持恒压充电状态该方案通过软件控制，易于功能的实现，操作方便。

所以我们选择方案三作为系统恒压源1.3.3 反馈环节方案的选择方案一：使用普通电阻做采样电阻，构成反馈环节，由于普通电阻阻值不会太小，导致采样电阻分压过大，降低了系统的精确度，使系统很难达到题目要求方案二：选用标称阻值较小的锰铜丝电阻做采样电阻，系统要求当采样电阻上有0~250mA电流通过时，通过运放有0~5V的电压变化输送给ADC若设运放的放大倍数为100,则可知采样电阻上有0~0.05V(5V/100=0.05V)的电压变化，由欧姆定律可知采样电阻阻值：R=U/l=0.05/0.25=0.2Q精度应控制在3/250*100%=1.2%以内因此我们使用标称阻值0.2Q精度1%的标准锰铜丝电阻1.3.4 充电方式控制方案的选择方案一：由纯硬件实现,设计麻烦,而且使用很多分立元件,不仅稳定性不好，调试起来也困难方案二:以单片机采样，辅以少量的逻辑电路，利用单片机的数字信号处理功能,简化了系统的硬件设计,避免了分立元件的相互干扰，提高了系统的精确度2. 系统的硬件设计2.1系统的总框图图1为系统的总体框图本系统主要通过单片机采样实现负载的保护性充电(当负载电压低于设定电压阈值时为恒流充电状态，等于设定电压阈值时为恒压充电状态)，且慢充快充可调，并能实现过热保护。

LCD12864负责显示负载电压、充电电流、充电时间当负载电压小于10V时信号经ADC和单片机处理后送到功放电路，输出信号对压控恒流元件进行控制，实现负载的恒流充电；当负载电压等于10V时，信号通过处理经过稳压电路对负载进行恒压充电通过键盘可以实现慢充和快充的切换，PT1000的应用实现了系统的过热保护，并可以自动恢复，进一步保证了安全充电图12.2恒流充电原理当负载电压发生变化，将采样电阻获得的信号经A/D转换变成单片机可以识别的数字信号，送给单片机处理，最后通过D/A转换整理出处理后的信号，送到MOS管，MOS管具有恒压控制恒流的作用，即当Ugs和Uds恒定时可以得到恒定的电流Id，实现了负载的恒流充电恒流源采用的是MOSt,它的VGs为20V,ID为33A截止时，最大漏电流为1卩A,导通电阻仅有0.04Q，图为MOSt的特性曲线：由图可知，当Vgs为5V时，可输出电流可达到30A左右，完全能实现小电压控制大电流的目的具体应用电路如图所示：+15VZIMOS管的G极接D/A转换后的直流电压，D极接能提供15V/5A电流的电源，S极用来接采样电阻和负载采样电阻应采用温漂系数低、阻值为10mQ、精度为1%的大功率锰铜丝电阻。

当对采样电阻两端信号进行差分后，可得到采样电阻两端的电压值U,而在已知采样电阻阻值情况下，很容易得到流经采样电阻的电流，即I=U/R由于负载与采样电阻在同一条支路，故流经负载的电流也为I差分放大电路的放大倍数可根据采样电阻阻值以及ADC的参考电压来选择，图中要求R仁R3R2=R4放大倍数为R4/R3o需要注意的是该电路应该具有很高的输入阻抗，以减少对负载电路的影响差分信号经ADC口送入单片机进行处理2.3恒压充电原理恒压充电和恒流充电信号采样和处理采用同样的方法，只是恒压充电时，信号被处理后反馈到另一条支路，通过三端稳压器组成的恒压源对负载进行恒压充电2.4恒压充电电源单片机控制系统以及外围芯片供电采用78系列三端稳压器件220V市电通过全波整流，然后进行滤波、稳压，得到稳定的直流电考虑到该电流源输出电压在10V左右，最大输出电流不大于200mA由公式P=U*I可以粗略估算电流源的功耗为P=U*|=10V*200mA=2W同时考虑到恒流源功率管部分的功耗，需要预留功率余量，因此供电电源要求能输出10W以上为了尽量减少输出电流的纹波，要求供电源要稳定，因此采用隔离电源，选用由LM338构成的高精度大电流稳压电源。

此方案输出电流精度高，能满足题目要求，而且简单实用，易于自制稳压电源原理如下图所示：2.5过热保护控制为了使本数控充电电流源能更好的实现安全性充电，我们使用了PT1000温度传感器对温度进行实时监测，一旦有过热现象，采样电阻会将检测到的信号传给单片机，断开充电回路，当温度下降，又会通过单片机控制，自动恢复3. 系统的软件设计4. 测试结果与分析沆电模式负载20Q40Q60Q80Q100Q100mA充电模式mA100.2100.2100.099.999.8200mA充电模式mA200.3200.1200.1200.0199.9恒压充电模式V9.910.1109.99.9分析:电路中被充电电源的状态改变主要表现在其内阻的变化，因此我们采用了电压源串联可调电阻的方式模拟电源在充电的各个时期其内阻的变化状态，经精确测量得上表，满足了负载电阻变化时电流浮动不超过3mA勺要求5•总结通过此次数控电源的设计制作，加深了我们对数字电路和模拟电路的学习深度，提高了我们对电路整体规划的能力和动手能力，让我们对单片机的应用有了更清晰的认识，更重要的是使我们深深的体会到理论结合实际的重要性，为我们以后的学习指明了方向。

对于这次制作中的欠缺，我们将在以后的学习工作中加以注意感谢全省大学生电子设计组委会给了我们这次锻炼自我的机会6.参考文献1）51单片机C语言应用程序设计实例精讲戴佳戴卫恒电子工业出版社06年4月第一版2）单片机原理与应用李丹明南京大学出版社07年第一版3）模拟电子技术林春芳杨建平高等教育出版社06年5月第一版4）51单片机开发入门与典型实例王守中人民邮电出版社07年8月第一版5）新颖电子模块应用手册陈有卿机械工业出版社04年2月第一版欢迎您的下载，资料仅供参考！致力为企业和个人提供合同协议，策划案计划书，学习资料等等打造全网一站式需求。