多功能充电器电路分析及其编程控制的实现

动ＬＥＤ作充电器状态显示；Ｐ３．２ＩＰ ３ ．３和Ｐ３．４为电压检测专用，其中Ｐ３．４输出驱动Ｔ４用以控制积分电容Ｃ。的充电和放电；Ｐ３．２输
出驱动ＴＳ用以选取比较基准电压５Ｖ或２．５Ｖ ； Ｐ３ ．３输入检测电容Ｃ６从５Ｖ放电到２．５Ｖ时的时间Ｔ；Ｐ３．５输出驱动叭用以控制 电池充电；Ｐ３．６输人检测电池最高温度；Ｐ３．？输出驱动Ｔ６用以控制电池放电．
Ｕ， ＝ Ｕ ，，一Ｕ６－
（Ｉ）
（Ｕ 。一 Ｕ． ）／Ｒ，二Ｕ．／Ｒ ａ＋ （ Ｕ。一Ｕ６－）／Ｒ５ （ ２）
当恒 压 控 制电路处于平衡状态时，电容Ｃ，无电流，则有：
Ｕ， ＝Ｒ ， ·Ｕ，＋／（Ｒ，＋Ｒ，）
（３）
Ｕ， ＝Ｕ ｅ （４ ）
ｄｑ ＝Ｃ ６ｄ Ｕ （９ ）
流径 电 容 Ｃ＇６的电流：ＩＤ二ｄ丫ｄｔ＝ Ｃ ６ｄ Ｕ／ｄｔ即： Ｉｐ ·ｄ ｔ＝ Ｃ６ｄ Ｕ
（１０）

对（ １０ ）式 两边定积分得：
Ｉ ｐ· Ｔ 二Ｃ ６Ａｕ
（１１）
此利用放电过程来检测电池电压可保证较高的精确度．
远放 Ｕ ＩＤ 输出电压，由５Ｖ降到２．５Ｖ，即电容 Ｃ．６的端电压因放电下降 ＡＵ＝ ５－ ２．５＝ ２．５Ｖ 时，所需时间Ｔ由以下式推导
可得 ：
由 Ｃ， ＝ ｄ 丫ｄＵ得（式中ｄｑ为电容电荷增量，ｄＵ为电容电压增量）：
·４ ７ ·
Ｒ，．
由以 上 分 析可知：当Ｕ６，＜ Ｕ 。时，Ｕ，＝ ５．６Ｖ，若经Ｒ，：和Ｒｕ分压后设定值为Ｕ，二１６０ｍ ｙ，取Ｒ，＝ ０．５ ｆ ｌ，则恒流方式充电电
流Ｉ，二３２０ｍＡ．通过改变Ｒ，的阻值，则能调节Ｉ，的大小．三极管Ｔ可控制晶格管，与Ｔ２饱和导通时，使Ｔ，截止，Ｔ，也无电流输
出．
充锉 离 子 电池时，开关 ＳＷ接电池的正极．当电池端电压小于设定电压（即 Ｕ６，＜ Ｕ ，）时，以恒流方式充电；当 Ｕ，二Ｕ。时， 恒压控制起作用，通过降低输出电压 Ｕ。使充电电流逐渐减小，以恒压方式充电．
压检测电路、基准电压源电路． 关键词：恒压；恒流；充电器 ；电压检测；控制
中图分类号 ：ＴＭ９１０．２
文献标识码 ；Ａ
１ 电路结构组成
莽 多功 能 充 电器是由基准电压源、恒压— 恒流电路、电压检测电路、电池最高温度检测电路和放电电路等部分构成，其电
路原理图如图１所示．川
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写景
图 Ｉ 充 电 器 原 理 图
１．１ 基准电压源
电路 由 Ｔ Ｌ４３１，Ｔ，，Ｒ，ａ，Ｒ ，９，Ｒ ２（），Ｃ，组成．作为电池电压检测基准，同时作单片机电源．由电路分析可知，当Ｒ，，二Ｒｐ时，晶 体三极管Ｔ，的射极（ｅ）电压为ＴＩｓ４３１内部基准电压（ＵＲ＝ ２．５Ｖ）的２倍，即Ｕｅ＝ ２Ｕ Ｒ二５．ＯＶ ． １．２ 恒压— 恒流电路
２．２ 程序功能及实现方法
程序 采 用 模块结构，主要有定时中断及 ｖ０刷新子程序，Ａ／Ｄ转换及滤波子程序，铿离子电池充电方式控制及其状态识
别子程序，镍锅／镍氢电池充电方式控制及其状态识别子程序，主控程序．［４１
２．２．１定时中断及 １／０刷新子程序
提供 时 间 基准；
输人 刷 新 ，即读入Ｐ１．２Ｙ ｝．３＂Ｐ ３．‘状态，并使相应的软标志置位或复位； 输出 刷 新 ，即根据输人刷新和程序状态识别处理结果，通过Ｐｌ．５ＩＰ Ｌ７１几 ．５和几．７进行输出控制．
若取Ｒ＝１２Ｍ ，则有Ｒ，＝ Ｒ，＝ Ｒ５＝Ｒ８＝１２ｋ ｆ， 凡 ＝２４ Ｍ ． 当电 压 反 馈开关 ＳＷ接地（即充镍镐电池时）或者电池端电压小于设定电压（即Ｕｂ，＜ Ｕ ａ）时运放 Ｕ，Ａ饱和输出，但由于Ｄ，
的钳位作用使 ＵＢ＝ ５．６Ｖ ，这时电流控制的设定值为常数（由电阻Ｒ，，和Ｒ，２对Ｕ。分压确定），相应地电池以恒流方式充电．
由（ ８） ， （１１）式得：
Ｔ二 Ｃ６ ０Ｕ ／Ｉ。二Ｃ６·２．５（Ｒ２３＋ Ｒ，）／（０．５Ｕ６，） （１ ２）
将 Ｒ２３ ＝ ４ ７０ｋｉｌ，Ｒ２ ａ＝ ５ ．１ ｋ ，ＩＺ，Ｃ６ ＝ ０ ．１ｗ Ｆ 代人上式得： Ｔ＝ ２ ３ ７． ６ｍ ｓ／Ｕｂ，（Ｕ ｂ，单位为伏特时，Ｔ单位为ｍｓ）
２．２．２充电时Ａ／Ｄ转换及滤波子程序 将模 拟 电 压转换为数字量，通过数字滤波处理提高抗干扰能力和可靠性．它是识别电池充电状态的基础一 般认为当充
电电流减少到最大充电电流（恒流）的 １０％时可认为电池充满．为了间接检测充电电流在电流回路中加人一电阻 Ｒｘ，使流经 Ｒ、的电流转换成电压变化，再配合充电状态下的Ａ／Ｄ转换数值和停止充电状态下的Ａ／Ｄ转换数值的比较结果，就能识别是
三极管毛截止时上限电压为基础电压５Ｖ；当毛 饱和导通时下限电压由Ｒ２５，Ｒ ２ ６分压确定，若取 凡 ＝Ｒ２６，则下限电压是２．
５Ｖ，从而保证运放工作在线性工作区 ［３］
由电 路 图 Ｉ分析可知开关三极管毛控制积分电容的充电和放电，当其饱和导通时，电容Ｃ＇６充电．若忽略电阻Ｒ，的压降
（因ＲＸ＝ Ｒ ，其压降不大于 １６０ｍ Ｖ），令 Ｒ２，＝ Ｒ ２２则充电电流：
２００ ５年第５期
商丘职业技术学院学报
Ｖｏｌ．４ ，Ｎ ｏ．５
第 ４卷（总第 ２０期） ＪＯＵＲＮＡＬＯ ＦＳ ＨＡＮＧＱＩＵＶ ＯＣＡＴＩＯＮＡＬＡ ＮＤＴ ＥＣＨＮＩＣＡＬＣ ＯＬＬＥＧＥ Ｏｃｔ．，２ ００５
文章编号：１６７１一８１２７（２００５）０５－ ００４６一０４
多功能充电器电路分析及其编程控制的实现
式 中 ：
Ｕｅ． — 电池正极对地电压；Ｕ６－— 电池负极对地电压； ＵＬｔ — 电 池端电压；ＵＥ— 设定控制电压．
恒压 控 制 的目标是电池端电压等于设定电压，即：
Ｕｈｌ ＝Ｕ ｇ （５ ） 其中 ， 隐 含约束条件，恒压控制与Ｕ，，＿的取值无关，因此在方程组中，消去Ｕ，＿必须满足：
收稿 日期 二２００５一０５一１１
作者简介 ：苏济（１９７５一），男，河南永城人，商丘职业技术学院助教，西华师范大学在读硕士研究生，主要从事教育经济管理和技术研究．
·４６ ·
时，控制电池电压不超过设定值．恒压设定值 Ｕ，由Ｒ，，Ｒ ： 和Ｗ，对基准电压５Ｖ分压确定，当ＳＷ联接电池的正极后，反馈电
压Ｕ。由Ｒ８，风 对Ｕ，，分压引人，加上风，Ｒ Ｃ。形成电流控制电路．由电路可知，设误差电压 Ｅ二Ｕ。一Ｕ｝，则有 Ｕ，＝ Ｕ．＋
由以 上 分 析可知放电时间Ｔ仅与电池电压成反比，１／Ｔ与Ｕｂｔ是线性关系．
由于 是 积 分检测，因此对电池电压的高频干扰完全可以消除，并且工作稳定可靠安全．
１．４ 电池最高温度检测电路
利用 Ｇ Ｍ Ｓ９７Ｃ２ ０５１内部比较器和手机电池内设置的热敏电阻就能实现电池最高温度检测控制．电路原理图中，内部比较 器反相输人端按２．５Ｖ 作为比较基准电压，电阻ＲＰ与电池内热敏电阻Ｒ，（未画出）对５Ｖ基准电压的分压作为被测电压，接内 部比较器同相输人端 Ｐ１．ｏ．由于 Ｒ。为负温度特性，当电池温度升高时，Ｒ，阻值则减小，其分压即被检测电压也同时降低，当低 于２．５Ｖ时，内部比较器输出（Ｐ３．６）低电平，这时即认为电池温度达到最高控制温度．
１．３ 电压检测电路 通过 电 压 检测电路，对电池电压检测，达到识别电池充电状态以便进行控制的目的．电路由两个运放 Ｕｉｃ，Ｕｃ ｎ、三极管 毛
和Ｔ５以及电阻Ｒ２１，Ｒ ２２，Ｒ ２３，Ｒ ２４，Ｒ ２５，Ｒ ，、电容Ｃ６、二级管Ｄ，组成，其中ＵＩＤ组成积分电路，Ｕ，作上、下限电压比较器．这里当
变，相应地电池以恒流方式充电．［２］反之，当Ｕ。较大（即Ｅ＜ ０）时，Ｕ：会不断减小直到消除误差（Ｅ＝ ０），否则Ｕ：达到最小值
Ｕ，＝ ０ ，从而使电流控制电路的设定电压Ｕ，逐渐减小至零，相应电池以恒压方式充电．
显然 ， 恒 压控制是通过调节电流控制电路的设定电压，即改变电池充电电流完成的．电路主要参数由以下方程计算：
１．５ 放 电电路 由三 极 管 Ｔ６和电阻Ｒ。组成，并受单片机Ｐ３．７控制，放电电流大约为ＩＤＩＳ＝ Ｕ ｂ，／Ｒｎ．
２ 编程控制实现
２．１ １／０接 口分配 Ｐ１．２ 输 人 检测放电请求键 ＤＩＳ一Ｋ的状态；Ｐｌ．３输人检测恒压控制反馈开关 ＳＷ的状态，以确定充电模式；Ｐｌ．，和Ｐ１．７输出驱
如图 １ 中 由Ｕ，、和Ｕ，。及其周围元器件所组成的一个典型的双环反馈控制电路．其中Ｕ，Ａ为电压控制的运放，Ｕ，。为电流控 制的运放．由电路分析知：电压控制的输出电压 ＵＯ控制着电流控制的电流设定值，因此电压控制先于电流控制，这时电流控
制电路是恒压控制的组成部分． 电路 工 作 原理如下：
恒压 控 制 电路由运放Ｕ，Ａ、电阻Ｒ。一Ｒｉｏ、电位器Ｗ，、电容Ｃ，、二级管Ｄ。以及开关ＳＷ等组成．其作用是锉离子电池充电
Ｒ， ＝Ｒ ， （６ ）
这 里 ，Ｕ 。为 确定量；其余Ｕｎ，，Ｕ ６．；Ｕ ；一、Ｕａ，Ｕ，Ｒ，，凡，ＲＳ，Ｒ８，凡等１０个参变量应满足上述方程（１）一（６）．由于变量数
比方程数多４个，所以需要确定的参数Ｒ Ｒ Ｒ Ｒｅ，Ｒ９则有无穷多组解． 因此 求 解 需增加四个约束方程．不妨设：Ｒ，＝ Ｒ ；二Ｒ，二Ｒ，＝Ｒ（Ｒ取标称电阻值）将其代人上述方程组，易解得：凡 ＝２Ｒ，
苏 济，，刘怀望２
（１．西华师范大学，四川 南充 ６３７０００； ２．商丘职业技术学院，河南 商丘４７６０００
摘 要 ： 多功能充电器是一种高性能低价位的可对镍福、镍氢及铿离子电池充电的电路设备·充电器采用单片机 ＧＭＳ９７Ｃ２０５１
作编程控制器，其内部的比较器用作电池高温度检测，用一片ＬＭ３２４和一支ＴＬ１３１以及若干分立元件构成恒压— 恒流电路、电
恒流方式充电还是恒压方式充电．
２．２．３锉离子电池充电方式控制及其状态识别子程序