智能充电器设计.docx

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智能充电器设计

随着科学技术的进步，数字电路对人们影响越来越广，数字领域的发展致使工业、农业、科技和国防等领域以及人们的社会生活发生了令人瞩目的变革。

在数字电子高速发展的时代，电池已经成为了不可缺少的一部分，本课程设计是要用数字集成电路实现稳压电源。

设计制作步骤:

1构思画出设计方案图,

2设计并画智能充电器电路原理图,

3列出原器件清单,

4设计PCB图,

5制作电路板,

6安装原器件并焊接和调试,

Abstract

Withtheprogressofscienceandtechnology,digitalcircuitimpactonpeoplemorewidely,resultinginthedevelopmentofthedigitaldomainindustry,agriculture,scienceandtechnologyanddefensefields,andpeople'ssociallifehasundergoneremarkablechanges.Intheeraofrapiddevelopmentofdigitalelectronics,thebatteryhasbecomeanindispensablepartofthiscourseisdesignedtoachievepowersupplytousedigitalintegratedcircuits

Designsteps:

1Drawadesignconceptplan,

2designanddigitalpaintinglanterncontrolcircuitschematics,

3outoftheoriginaldevicelist

4DesignPCBmap

5productionofcircuitboards,

6Installationandcommissioningoftheoriginaldeviceandwelding,

第一章引言

电子信息技术发展百多年来有着突飞猛进的飞跃，从没有到有，简单到复杂，庞大的体积已经越来越小，随着集成电路和超大规模集成电路的应用，早已经使我们的电子行业产业化，商业化，企业化，工厂化。

在中国，电子信息行业已经在国家经济发展中占据最重要的一块，对国民经济的发展起着主导作用，不管是军事还是民营的发展都离不开它的发展。

在发达国家更是如此，甚至将电子信息工程展现得淋漓尽致，千姿百态。

它已经成为现代国民经济增长的主要驱动力量，也是衡量一个国家现代化与综合国力的重要标志。

电源技术高速发展的表现是经过电源变换技术在应用电能已占全部电能的90%左右。

电源的应用领域非常广泛，在工农业生产、家用电器、军事工程等凡是有电子设备的场合都用到电源设备。

电源技术现已成为电子工程中的一门专业技术。

由于电源本身运用广泛，如果再通过电路仿真，学生就可以直观地感受到电子技术的魅力，从而产生浓厚兴趣。

如果可以通过芯片控制充电时间，电流等。

这对于培养学生发散思维能力可以起到一定作用。

控制电路是由学生学习过的单元电路组合而成的。

电路原理容易理解，通过讲解可以培养学生综合应用知识的能力

第二章设计概述

2.1设计的基本任务

毕业设计的基本任务，是着重提高学生在数字集成电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。

学生通过电路设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的步骤和方法。

2.1.1设计的基本要求

1．初步掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法。

包括：

⑴．根据设计任务和指标，初选电路元件；

   ⑵．通过调查研究、设计计算，确定电路方案；

   ⑶．选测元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；

   ⑷．分析实验结果，写出设计总结报告。

 2．培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力。

包括：

   ⑴．学会自己分析、找出解决问题的方法；

   ⑵．对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案；

   ⑶．掌握一些测试电路的基本方法，实验中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；

   ⑷．能对实验结果进行分析和评价。

2.1.2设计的基本步骤和方法

1．设计步骤

整个设计过程大致可以分为以下几个阶段：

   ⑴．方案设计-----根据设计任务书给定的技术指标和条件，初步设计完整的电路（这一阶段又称为“预设计”阶段）。

这一阶段的主要任务是准备好实验文件，其中包括：

画出方框图；画出构成框图的各单元的逻辑电路图；画出整体逻辑图；提出元器件清单；画出各元件之间的

连接图。

   要完成这一阶段的任务，需要设计者进行反复思考，大量参阅文献和资料，将各种方案进行比较及可行性论证，然后才能将方案确定下来。

   ⑵．方案试验------对所选定的设计方案进行装调试验。

   由于生产实际的复杂性和电子元器件参数的离散性，加上设计者经验不足，一个仅从理论上设计出来的电路往往是不成熟的，可能存在许多问题，而这些问题不通过实验是不容易检查出来的，因此，在完成方案设计之后，需要进行电路的装配和调试，以发现实验现象与设计要求不相符合的情况。

需要指出的是，在装配电路的时候，一定要认真仔细、一丝不苟，不要出现错接或漏接，以避免出现人为故障。

对某些较复杂的电路可以先对各单元的电路分别进行装配调试，达到指标要求之后，再联系起来统调。

实验中出现了故障和问题，不要急燥，要善于用理论与实践相结合的方法，去分析原因，要学会区分是由于接线错误造成的故障还是由于器件本身损坏而造成的故障，这样就可能较快地找出解决问题的方法和途径。

   在实验过程中，还会出现一些预先估计不到的现象，这就需要改变某些元件的参数或更换元器件，甚至需要修改方案。

   ⑶．工艺设计------完成制作实验样机所必需的文件资料，包括整机结构设计及印制电路板设计等。

   ⑷．样机制作及调试------包括组装、焊接、调试等。

   ⑸．总结鉴定------考核样机是否全面达到规定的技术指标，能否长期可靠地工作，同时写出设计总结报告。

   2．方案设计的基本方法

本课题采用设计数字系统的自下而上的方法（试凑法）来进行设计。

   试凑法的具体步骤是：

⑴．明确待设计系统的总体方案；

   ⑵．把系统方案划分为若干相对独立的单元，每个单元的功能再由若干个标准器件来实现，化分为单元的数目不宜太多，但也不能太少。

   ⑶．设计并实施各个单元电路。

在设计中应尽可能多地采用中、大规模集成电路，以减少器件数目，减少连接线，提高电路的可靠性，降低成本。

这要求设计者应熟悉器件的种类、功能和特点。

   ⑷．把单元电路组装成待设计系统。

设计者应考虑各单元之间的连接问题。

各单元电路在时序上应协调一致，电气特性上要匹配。

此外，还应考虑防止竞争冒险及电路的自启动问题。

   衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠地工作。

此外还应考虑经济实用、容易操作、维修方便。

为了设计出比较合理的电路，设计者除了要具备丰富的经验和较强的想象力之外，还应该尽可能多地熟悉各种典型电路的功能。

只要将所学过的知识融会贯通，反复思考，周密设计，一个好的电路方案是不难得到的。

3．掌握安装、布线、调试等基本技能，巩固常用仪器的正确使用方法。

4．通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

第三章设计原理

3.1原理器件

MAX712

MAX712图片

MAX712是MAXIM公司生产的镍镉电池快速充电器专用集成电路．它具有多种可编程功能，能使充电过程全部实现自动化，并且充电时问短，充电效率高，使用方便灵活活。

可广泛用作笔记本电脑、移动电话等的充电装置，是一种很有推广价值的产品。

其同类产品还有MAX713,区别只是后者采用负电压斜率检测技术

该MAX712/MAX713快速充电镍金属氢化物（NiMH）和镍镉（NiCd）电池由直流来源至少l.5V高于最大电池电压。

1至16节电池可以充电速率高达到4C。

一个电压斜率检测模拟到数字的转换，定时器和温度窗口比较确定充电完成后，MAX712/MAX713提供动力由通过板上+5V的分流稳压直流电源。

他们从电池的一个最大的SOA何时不充电。

低边电流检测电阻器允许电池充电电流进行调节，同时仍在电池供电的负载。

通过检测的MAX712零终止快速充电电压斜坡，而MAX713采用负电压斜率检测计划。

这两款器件都进来16-引脚DIP和SO封装。

外部电源进步党转录sistor，阻塞二极管，三个电阻和三个电容器是唯一需要的外部元件。

对于高功率充电的要求，MAX712/MAX713可配置为开关模式电池充电器，尽量降低功耗。

两种评价包可供选择：

快速订购MAX712EVKIT浸评价的线性充电器，以及MAX713EVKIT-因此，要评估开关模式充电器。

a、MAX712的性能特点：

（1）它采用零电压斜率检测技术，对1N16节串联的镍镉（NiCd）或镍金属氢化物（NiMH）电池，能以C/2~4C速率的大电流进行快速充电，还能以C/16的速率进行涓流充电。

（2）可配市售的各种220V插头式AC/DC电源变换器，向MAX712提供直流电压VDC，要求VDC至少应比总的电池电压高出1V。

（3）可编程。

它具有多种编程方法。

第一种方法是设定电池数量（1~16节电池串联），共计16种编程方式。

第二种方法是设定充电时间，从22~264min（折合0.3~4.4h），总共有16种编程方式。

第三种方法是设定涓流充电电流的大小，从IFAST/64~IFASI/8，有4种编程方式。

只需改变相应管脚的接法，即可进行编程，使用简便、灵活。

（4）利用外部电阻可设定快速充电电流IFAST值。

（5）内含电压斜率检测器、温度比较器、定时器。

根据电压斜率、电池温度或充电时间的检测结果，均可判定电池是否巳充好电。

一旦充好，就立即从快速充电自动切换到到涓流充电，确保电池不受损害。

（6）采用闭环调节系统，调节环路分电压环、电流环两种。

（7）利用逻辑电平输出，可指示出充电状态：

快速充电，涓流充电或未接电池。

（8）外围电路简单，仅需外接PNP型硅功率管、阻塞二极管和3只电阻、3只电容，即可构成功能较完善的电池充电器。

（9）静态功耗低，充电效率高。

不充电时最大静态电流仅为5μA,充电时能将绝大部分电能转换成电池的化学能。

当VDC较高时，利用外部共基极电路可降低MAX712的功耗。

塑封MAX712的极限功耗为842mW。

b、MAX712的管脚功能

MAX712采用DIP-16封装，管脚排列如下

BATT+、BAIT_——分别接镍镉电池的正端、负端。

V+——内部+5V并联稳压器的引出端，该端相对于BAIT_端的电压为+5V，电源电流最小值为5mA。

GND——公共地。

VLIMIT——设定BATI+~BATT_端之间的电池电压最大值EM。

设电池个数为N,此端接V+时，EM=1.65N（V）；接VREF端时，EM=VLIMI•N（V），并且VUMIT应小于

+2.5V。

VREF——内部2.OV基准电压源的输出端，可提供1mA的输出电流。

PGM0、PGM1——设置串联电池的数目No将二者分别接V+、VREF、BATT_端或开路时，即可对1~16节电池进行编程。

PGM2、PGM3-内部定时器引出端，用于设定快速充电时间t。

将这两端分别接V+、VREF、BATT_或开路时，可在22~264min之内设定充电时间，与此同时，PGM3端还设定了从快速充电切换到涓流充电时，涓流充电电流ITR的大小。

T—一由负温度系数热敏电阻RT检测到与温度成正比的热敏电压输入端

TH——过温度比较器的阈值。

当热敏电压VT>VTL时，快速充电结束。

TL—一欠温度比较器的阈值。

当VTTL才开始充电。

TL应低于充电器的最低工作温度。

—F—A—S—T—C—H—G——漏极开路的快速充电逻辑电平输出端（负逻辑），外接上拉电阻。

在快速充电时此端为低电平；在快速充电结束或转入涓流充电时变成高电平。

CC——电流环路的补偿端。

在CC与BATT_之间接补偿电容。

DRV——驱动外部PNP功率管的引出端。

c、MAX712的基本原理

MAX712的内部框图：

MAX712内部主要包括：

定时器，电压斜率检测器（内含A/D转换器），温度比较器，+5V并联式稳压器，上电复位电路（r、C0和反相器F）,控制逻辑，电流和电压调节器（内含电流比较器和电压比较器），电池电压比较器，温度比较器（过温度比较器、欠温度比较器），2.0V基准电压源，N沟道MOS场效应管。

MAX712的输入端应接220V插头式AC/DC电源变换器。

由电源插头、电源变压源、桥式整流器和滤波电容器组成，输出电压为VDC。

VDC分3V、4.5V、6V、9V、12V、15V、18V等规格。

输出电流有150、200、300、450、500、750、800、1000mA等规格。

所用滤波电容一般取470~1000μF。

电池充电过程分5个阶段进行。

通电前，MAX712只从电池上吸收极少的电能，这对应于阶段1。

在接通VDC而上电复位信号到来之前，处于涓流充电状态（阶段2）。

当复位信号来到时，只有EM/N>0.4V（0.4V为欠压锁定电压），就转入快速恒流充电，此时充电电压迅速升高而充电电流很快就保持恒定（阶段3）。

当电池电压不再升高，斜率为零时表示已充好，就快速充电切换到涓流充电（阶段4）。

关断电源后进入阶段5，充电电流又将至零。

如图：

3.2原理图设计

3.2.1电路原理图的一般设计步骤：

（1）开启PROTEL2004电路原理图编辑器进入SCH的设计环境，这样才能进行设计与编辑工作；

（2）根据估计的原理图大小设置电路图低的大小及版面；

（3）在图纸上放置要设计的电路图元器件；

（4）调整好电路图上的元器件位置之后进行布局布线；

（5）再对布局布线后的线路图进行调整，使得电路图在版面上均匀，看上去有舒服感；

（6）对所绘制的电路图存盘处理，保存下来以备需要时调用和打印；

3.2.2PROTEL2004电路原理图常用的工具设置方法：

（1）主工具条——执行设计管理器DESIGNEXPLORER下的VIEW/TOOLBARS/MAINTOOLS。

（2）绘制原理图工具条——执行VIEW/TOOLBARS/WIRINGTOOLS。

（3）绘图工具条——执行VIEW/TOOLBARS/DRAWINGTLLOS。

（4）电源及接地工具条——执行VIEW/TLLOBARS/POWERLBJECTS。

（5）模拟信号源工具条——执行VIEW/TOOLBARS/SIMUATIONSOURCES。

常用器件工具条——执行VIEW/TOOLBARS/DIGITALOBJECTS。

（7）PLD工具条——执行VIEW/TOOLBARS/PLDTOOLS。

（8）选择PROTEL2004内附的标准尺寸图纸：

可执行菜单命令DESIGN/OPTIONS或直接用鼠标键移动到设计图纸中间，双击鼠标右键，出现下拉菜单后选择DOCUMENTOPTIONS，然后选择SHEETOPTIONS选项卡进行设置，因PROTEL2004/SCHEMATIC提供了内附的十多种公美制图纸尺寸供用户使用可在选项卡的STANDARDSTYLES栏的下拉菜单中选取。

1.自定义图纸

如需要自定义图纸尺寸，可在选项卡的CUSTOMSTYLE栏中选中USECUSTON的复选框，激活自定义图纸功能，自定义图纸的尺寸最大为支持65英寸*65英寸，CUSTOMSTYLE各项含义：

CUSTOMWIDTH——自定义图纸的宽度

CUSTOMHEIGHT——自定义图纸的高度

XREFREQION——X轴参考坐标分格

YREFREGION——Y轴参考坐标分格

MARGINWIDTH——边框的宽度

2.设置图纸方向

使用菜单命令DESIGN/OPTIONS选择SHEETOPTIONS选项卡进行设置，在OPTIONS栏中的ORIENLATION项下选择LANDSCAPE——电路图在显示及打印时为横向。

PROTRAIT——电路图在显示及打印时为纵向。

注意：

在通常情况下，在绘制及显示时为横向，而在打印时为纵向。

3.设置图纸标题栏

PROTEL2004提供了两种标题栏格式，可在OPTIONS栏中的TITLEBLOCK项下选择。

STANDARD——为标准图纸的标题栏形式

ANSI——为ANSI标题栏形式

SHOWREFERENCEZONES——复选框用来设置边框中的参考坐标

SHOWBORDER——复选框用来设置是否显示图纸边框

SHOWTEMPLATEGRAPHICS——复选框主要设置是否显示画在摸板内的图形，文字及专用字符串等

（9）设置图纸颜色

PROTEL2004提供了两种图纸颜色设置，颜色种类可达239种。

可在OPTIONS栏中的BORDER和SHEET项下选择，颜色种类可在BASICCOLORS项中选取。

BORKER——图纸边框颜色的设置

SHEET——图纸底色的设置

DEFINECUSTONCOLORS——该按钮为用户自定义颜色，可以对色调（E），饱和度（S），亮度（L），红（R），（U）等项进行设置，调用满意颜色后加入自定义颜色栏中。

（10）设置电路图文档组织属性

可执行DOCUMENTOPTIONS的对话框，选中ORGANIZATION选项卡，在该选项卡中可填入设计公司名称，单位地址，图纸编号及图纸的总数，文件的标题，名称以及日期等。

3.2.3装载元件库

装载元件库的步骤：

使用鼠标单击设计管理器中的BROWSESCH选项卡，然后单击ADD/REMOVE按钮，屏幕将出现的“CHANGELIBRARYFILELIST”对话框。

用户也可以选取菜单DESIGN-ADD-REMOBELIBRARY命令来打开此对话框。

DESIGNEXPLORER99/LIBRARY/SCH文件下选取元件库文件，然后双击鼠标或单击ADD按钮，此元件库就会出现在SELECTEDFILES列表框中。

元件库文件类型为。

DDB文件。

常用的元件库有EELOGIC、DB和MISCELLANEOUSDEBICES、DB。

点击“OK”按钮，完成该元件库的添加。

将所需要的元件库添加到当前编辑环境下后，元件库的详细列表将显示在设计管理器中。

3.2.4画出原理图

（1）进入PROTEL2004设计界面

点击WINDOWS任务栏上的开始菜单上的PROTEL2004，进入设计管理器。

（2）新建一个原理图文件

执行FILE/NEW或FILE/，弹出NEWDOCUMNT对话框，选取SCHEMATICDOCUMENT图标，然后单击OK按钮，这时，系统默认的文件名为“SHEET1”，用户也可以在

设计管理器中更改该文件名，更改后显示在设计数据库中，如选择FILE文件中的对话框为NEWDESIGNDATABASE，则可在DATABSEFILE文件栏中输入你要创建的文件名。

例如创建FAA。

DDB只要将栏中的字母清除掉输入FAA字母，点OK即可。

则在设计界面的标题栏中新创建了一个FAA的数据库文档，这时再执行文件设计管理器中的FILE/NEW则在弹出的NEWDOCUMENT对话框中选中SCHEMATICDOCUMENT图标，操作方法同上。

（3）装载元件库

在设计绘制电路原理图时，首先要在内存中装入所要设计绘制的电路原理图元器件，以备调用，一般只载入常用的元件库，特殊的元件库则当需要时临时载入。

这样才不会因装载过多的文件库占用较多的资源，而降低应用程序的执行速度。

（4）设置电路图大小

用鼠标点击设计管理器DESIGNEXPLORE下菜单的DESIGN/OPTIONS，按图纸要求选STANDARD项的A4，最后按OK钮则设置完毕，或直接用鼠标右键双击设计图纸中间也可完成图纸设置工作。

（5）放置元器件库

用鼠标键点击设计管理器中的BROWSESCH选项卡，然后单击ADD/REMOBE按钮，屏幕将出现一对话框，CHANGELIBRARYFILELIST改变元件库文件一览表，选取菜单C：

/PROGRAMFILES/CESIGNEXPLORER99/LIBRARY/SCH。

1．在SCH文件夹下选取文件库文件，MISCELLANEOUSDEVICES。

DDB后，双击鼠标左键或点击ADD按钮零件库文件便出现在SELECTEDFILES框中。

2.用同样方法可选取PROTELDOSSCHEMATICLIBRARIES。

DDB零件库文件。

3.用鼠标左键点击该对话框的OK按钮，则完成了元器件的装载。

（6）元件的选取

1.过输入元件编号来选取元件如果知道元件编号名称，可直接通过激活设计管理器的PLAC通E/PART或直接点取电路绘制工具条上的按钮WIRINGTOOLS工具条的上排最右端符号，会打开图的COMPONENTLIBRARYREFERENCE的对话框，在该对话框中输入元件的名称，例如可输入NE555集成块名称，点击OK则可见出现DESIGNATOR对话框，要你输入当前元件的流水号，默认值为U？

可输入ICI点击OK则可见该元件粘在鼠标箭头上，跟着鼠标走，把它拖到图纸上，若要改变该器件放置方向可按空格键，X键或Y键来达到自己满意的效果，点击鼠标左键则可把该器件放在工作面上，完成上述一次操作后，系统会再次弹出

COMPONENTLIBRARYREFERENCE对话框等待我们输入下一个元器件，全部器件输入完后只要点击CANCEL键则可。

2.通过元件列表中选取该操作必须通过设计管理器窗口的元件库管理列表进行。

同样装载MAX713方法为：

在设计管理器中选中BROWSESCH栏，选中BROWSE的LIBRARIES项，点击下面的滚动条，击活PROTELDOSSCHEMATICLINEAR。

L项，在下面的对话框4N25系列的对话框。

移动滚动条，当出现NE555元件时，用鼠标左键指到16脚的单片机元器件上，双击鼠标左键，这时16脚的单片机元器件则粘在鼠标箭头上，编辑16个引脚。

3.使用DIGITALOBJECTS工具条放置元器件该工具条可以执行VIEW/TOOLBARS/DIGITALBOJECYS来装载，数字元件工具条主要为用户提供了常用规格电阻，电容，二级管，三极管等元件。

只要选中了某元件后，就可用鼠标键进行操作。

6.编辑及调整元器件和手工布线

SCHEMATIC中所有的元件都又一套相关也可改变的属性，有些属性是在文件库中定义的，而另一些则只能在绘图编辑时定义，可在放元器件到图纸前编辑，也在元件放置到图纸上再编辑。

方法为：

前者在元器件粘在鼠标箭头上时，按键盘的TAB键即可，后者可通过击活DEIT/CHANGE来实现，之后，将鼠标移动到要编辑的元件上。

单击鼠标左键来完成，也可使用鼠标左键双击所要编辑的元器件来完成该元件的属性编辑操作。

选中目标