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充电电池用充电器电子技术课程设计指导教师：任希一、常用充电电池的类型电池是一种化学电源，通常分为一次电池和二次电池。一次电池是一次性应用的电池，二次电池是可多次反复使用的电池，即可充电电池和蓄电池。目前经常使用的充电电池有：铅酸电池(LA)、镉镍电池(NiCd)、镍氢电池(NiMH)和锂离子电池(Li-ion)等。小型充电器主要指的是对镉镍电池(NiCd)、镍氢电池(NiMH)、锂离子电池(Li-ion)三种类型电池充电。二、常用充电电池的特点1.镉镍电池工作电压为1.2V左右，具有优良的大放电性能，可靠性高，电池种类多，充放电次数多（可重复500左右），使用寿命长，稳定耐用。重量比能量为50，体积比能量为150。自放电率为每月15%~30%。缺点是镉价格较高且污染环境，镉镍电池还具有记忆效应。电池的记忆效应是指电池放电不完全就再次充电，那么在下次再放电时就不能放出全部电量。因此，镉镍电池充电前每节电池应放电至1V（放电终止电压）以下。2.镍氢电池工作电压为1.2V左右，能量高，是镉镍电池的1.8~2倍。具有良好的冲放电性能，可随充随放、快充深放，无记忆效应。不含有害物质，对环境无污染。电池种类多。具有较好的低温放电性。充放电次数多（可重复500次以上）。重量比能量为60~80，体积比能量为240~300。其缺点是自放电率较高，为每月25%~35%；无耐过充特性，即在镍氢电池端电压达到要求值时应停止充电。3.锂离子电池工作电压为3.6V左右，能量高。具有良好的冲放电性能，放电曲线平稳，可随充随放，无记忆效应。不含有害物质，对环境无污染。电池种类多。充放电次数多（可重复1000次以上）。重量比能量为120~140，体积比能量为300。自放电率为每月2%~5%。锂离子电池在充电过程中的充电电压高于规定电压，充电电流超过规定电流；或在放电过程中有过大的放电电流；或放电到终止放电电压（电压小于2.5V）后还继续放电，这些都会损坏锂离子电池或使之报废。三、常用充电方法充电电池充电的常用方法，以充电方式来分有恒定和脉冲两种常见的方式；以充电电流来分有慢速充电（涓流充电）和快速充电（大电流充电）。涓流充电是指用小电流长时间充电，在涓流充电的方式下，通常采用恒定电流和电压方式进行充电，这种方式实现的充电电路比较简单，但充电时间很长，要求充电器的输出电压和输出电流很稳定。过长的充电时间会使电池内部产生“极化”现象，从而降低充电电池的寿命。快速充电是指用大电流充电，用以减少充电时间。在这种方式下若还采用恒定大电流方式进行充电，电池会发热。电池在充到80%以后，若继续大电流充电，电池发热会有较大增加。当温度过高时，电池中的气体产生的压力很大，一种情况是气体通过减压孔外溢，从而使电解液减少，因此会使电池的寿命减小；另一种情况是电池中的气体压力过大，使得电池发生爆炸。同时恒定电流长时间充电同样会产生“极化”现象。因此，快速充电通常采用脉冲充电方式，即先向待充电电池进行较长时间的恒定大电流充电，然后对待充电电池进行暂短大电流放电（目的是消除“极化”现象），反复多次直至充到规定要求。充电电池上电压达到要求后，电路断开大电流充电电路，然后进行长时间小电流（涓流）充电直至充满（目的是减少电池的发热）。四、电池充满电后的常用检测方法1.电压检测法电压检测法是指检测电池充电达到指定电压即为充满，但通常电池达到80%的容量时就会显示已经达到指定的充电电压，为此在后面的涓流充电时通常用定时器进行控制。另一种电压检测法是检测充电电池的最大电压（峰值电压）。镉镍电池和镍氢电池最大充电电压可达到1.4V，锂离子电池的最大充电电压可以达到4.1V。当充电器检测到最大电压时即可认为充满。2.-V（负电压）检测法-V（负电压）检测法是利用电池充到峰值电压后电池电压会下降的现象进行检测。为防止电压波动，通常采用多次检测来确定充电电压确实是电池充到峰值后开始下降。3.电池温度检测法电池温度检测法是利用电池在充满电后，电池的温度会有较大升高的现象进行检测的。五、充电器电路设计方案~220V降压整流滤波充电电路控制电路充电电路控制电路A/D数字显示A/D数字显示待充电池待充电池充电器电路设计方案框图如下降压、整流和滤波电路组成一个直流电源电路，其作用之一，是向充电电路提供合适的电压和电流；作用之二，是向其他电路提供相应的直流电压。~220V降压整流滤波充电电路控制电路充电电路控制电路A/D数字显示A/D数字显示待充电池待充电池充电电路可以根据上述充电电池的特点和常用充电方法进行设计，也可以利用专用充电集成电路进行设计。控制电路主要是完成快速充电电路的充放电控制和检测控制等。目前，已经有多种充电专用集成电路，其作用包括充电、监测和保护等方面，使电路的设计简单方便。六、A/D转换电路和数字显示电路为了更好的监测充电电压，电路可采用数字式电压显示电路，其中A/D转换电路是将模拟量转换成数字量。1.A/D转换的基本原理A/D转换的过程，是一个将模拟信号变换为数字信号的编码过程。若模拟参考量为R，则输出数字量D和输入模拟量A之间的关系为D≈A/RDA/D转换器AR（UREF）A/D转换A/D转换类似用天平测量质量质量天平仪mX质量天平仪mX质量天平仪mXmmin数字D永远不能精确地表示被测物体质量mx，而只能以一个最小砝码mmin的精度去逼近。mmin称为量化单位。无论mmin多小，总不能是无穷小，由mmin不能是无穷小而带来的误差称为量化误差。量化误差是不能消除的。但A/D转换得出的数字量可以提供较模拟量更多的有效数字，使得数据处理的总体精度大大提高。DAOLSBA/D转换器的主要技术参数分辨力：A/D转换器分辨最小模拟量的能力。分辨率：A/D转换器的二进制位数。量化误差：量化误差通常是指1个LSB的输出变化所对应模拟量的范围。转换精度：A/D转换器的转换精度不仅仅取决于量化误差，而是由多种因素决定的。A/D转换器的转换精度一般表示为γ±nLSB。转换时间：完成一次转换所用的时间。转换速率：每秒转换的次数。A/D转换器产品举例①ADC0809特点：·属CMOS电路·8路模拟输入，8bit输出(3S门)·与常用μP兼容·采用逐次比较法，转换时间约100μsADC0809②ICL7106/7107特点：·直接输出7段译码信号·7106驱动LCD；7107驱动LED·十进制3位半A/D转换器·双积分型电路，内含基准源ICL7107ICL7107构成直流电压表2.数字显示译码器(1)七段数码管(2)七段显示译码器共阴极共阳极：高电平亮：低电平亮每一段由一个发光二极管组成。输入：二—十进制代码输出：译码结果，可驱动相应的七段数码管显示正确的数字。七、检查和调试1.设计检查2.电路检查（通用电路可以用仿真软件仿真）3.工艺检查4.参数检查和调试5.元器件检查和调试分阶段、分层和分块检查、调试八、设计报告的撰写1.封面（单独一页）2.目录（单独一页）3.设计任务书（单独一页）4.设计框图及电路系统概述（可以包括不同方案的评价）5.各单元电路的设计方案及原理说明（附：总电路图和印刷电路板图）6.调试过程及结果分析（可以包括所选设计电路的缺点）7.设计、安装及调试中的体会8.参考文献（单独一页）九、成绩评定1.电路设计与调试完成情况、工艺和制作、指标完成情况2.报告是否规范、阐述是否清晰、体会3.答辩论述设计报告、回答提问4.发挥及格标准：完成设计和制作、撰写报告、参加答辩