数字化快速充电系统设计毕业论文.doc
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数字化快速充电系统设计
摘要
随着智能电池在国内的日益普及,与之配套的智能充电器也已经成为国内电源行业研究的新热点,其技术生命力和应用前景将非常广阔.目前,市场上充电器大都采用固定模式对电池进行充电,缺乏自适应能力,不能实时控制充电状态,经常出现电池充电过度、充电不足或电池过热等诸多问题,大大缩短了电池的使用寿命。
本文在调查国内外快速充电技术发展现状的基础上，从智能充电器的市场需求开始，对数字化电池从理论上做了充分的分析，并设计出一种能给多种规格、型号电池进行充电的数字化快速充电系统。
主要设计工作包括：
设计了开关电源，实现了220V市电转换为25V恒压输出；设计了充电电路，实现DC-DC变换；设计了单片机控制电路，实现了充电电压电流的的检测、充电过程的控制、状态的监测、显示等功能，实现对锂离子、镍镉、镍氢电池的快速充电。
关键词：
快速充电；开关电源；控制电路
Designofdigitalrapidchargingsystem
Abstract
Withthegrowingpopularityofsmartbatteryinthecountry,accompanyingsmartchargerhasbecomethenewhotspotinthedomesticpowerindustry,itsvitalityandprospectswillbeverybroad.Atpresent,mostofthefixedmodethebatterychargeronthemarketcharging,thelackofadaptivecapacity,chargestatuscannotbereal-timecontrol,oftenbatteryovercharging,chargingorbatteryoverheating,greatlyreducingbatterylife.
Fastchargingbasisofthestatusoftechnicaldevelopmentinthesurveyathomeandabroadmarketdemandfromthesmartcharger,digitalbatterydoafullanalysisofthetheory,anddesignagiveavarietyofspecifications,modelsofbatterychargethedigitizationfastchargingsystem.Themaindesignworkinclude:
designofaswitchingpowersupply,220Velectricityconvertedto25Vconstantvoltageoutput;chargingcircuitisdesignedtoachievetheDC-DCconverter;designedasingle-chipcontrolcircuit,thechargingvoltageandcurrentdetection,thechargingprocesscontrol,statusmonitoring,displayandotherfunctions,toachievefastcharginglithium-ion,nickel-cadmium,nickelmetalhydridebatteries.
Keywords:
fastcharge;switchingpowersupply;controlcircuit
目录
中文摘要 I
英文摘要 II
1绪论 1
1.1题目背景 1
1.2研究意义 1
1.3国内外发展情况 2
1.4课题主要研究内容 2
2数字化快速充电器理论分析 4
2.1电池的充电特性分析 4
2.2充电模式 5
2.2.1恒流充电 5
2.2.2恒压充电 6
2.2.3快速充电技术的优缺点分析 7
2.2.4充电控制技术 7
2.3开关电源的基本原理 9
3数字化快速充电系统硬件设计 11
3.1总体设计方案 11
3.2单片机XC164CM介绍 12
3.3开关电源电路设计 13
3.3.1AC/DC转换电路 13
3.3.2DC/DC变换器电路的设计 14
3.4充电电路的设计 18
3.5充电控制电路的设计 19
3.6单片机及其外围电路的供电电路的设计 20
3.6.15V供电电路 20
3.6.22.5V供电电路 21
3.7电压和电流检测电路的设计 21
3.7.1电压检测电路 21
3.7.2电流检测电路 22
3.8显示电路和键盘输入电路的设计 22
3.9报警电路的设计 23
4实验结果及分析 25
5总结 26
致谢 27
参考文献 28
毕业设计（论文）知识产权声明 29
毕业设计（论文）独创性声明 30
附录 31
附录A实验原理图 31
附录B印制电路板 32
IV
1绪论
1绪论
1.1题目背景
电源技术是一切设备的基础技术，其水平的高低，直接影响整体性能，形象地讲，电源犹如心脏，是电设备的供电系统，维持着全系统的正常运行，标志电源特性的参数有功率、电压、频率、噪声及带载时参数的变化等等，在同一参数的要求下，又有体积、重量、效率和可靠性能指标。
因此，一个优秀的电源系统，必须既满足特性参数要求，又要满足特定指标的要求。
智能供电系统是一种典型的AC-DC供/充电系统，它不但要把交流220V市电转换成需要的低压直流电，输入给无线通信机，还能给通信机内的蓄电池（包括锂离子、镍镉、镍氢等种类）充电，以备移动时给通信机供电。
目前，这种通信系统主要配备给陆军连队、消防大队、森警巡逻队等，以及应用与武警执勤、野外侦探等无法交流供电的工作环境中。
目前，配备给通信机的电源系统，由于大都属于70年代开发的产品，技术上存在的问题如下：
（1）故障率高，而且维修困难，经常影响作训的正常进行；
（2）由于有些电池性能比较差，充电器缺乏自适应性，经常出现因“过冲”而损坏电池或因“充不满”而影响作训的非常情况；
（3）体积大，笨重，而且效率低，不适应现代化装备要求；
（4）不具备对新一代“数字化电池”的充电功能，针对如上缺点，使用部门多年来一直寻求一种高性能新型电源系统，以便满足国防建设和特殊行业的要求。
1.2研究意义
如今，随着越来越多的手提式电器的出现，对高性能，小尺寸，重量轻的电池充电器的需求也越来越大，电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速安全的充电。
因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。
与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也在不断提高。
从二十世纪六十年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术，可充电电池容量得到了飞速发展。
电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的,由于使用的化学物质的不同,电池有自己的特性.设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电池。
目前所装备的充电器大都采用固定模式对电池进行充电，缺乏自适应能力，不能实时控制充电状态。
经常出现电池充电过度，充电不足或电池过热等诸多问题，缩短了电池的使用寿命，影响了电池设备的工作。
为了解决目前存在的诸多问题，同时适应未来电子
1
装备的数字化，信息化，研究出一种可给多种电池自适应充电的数字化快速充电设备，已解决目前存在的问题。
近年来，电设备越来越广泛的应用与各个领域，而且越来越复杂，对供电系统的要求也越来越高。
除了系统的可靠性、效率、体积和重量等要求之外，一些新的要求在不断提出，例如EMC（电磁兼容）的要求，智能化程度和自适应等，一个新型的充电器，不但具有传统充电器的功能，还能识别被充电电池的类别，然后根据电池的参数，以及环境温度等自适应地生成充电曲线，使得被充电电池在最短时间内，以最佳的方式完成充电工作。
在充电过程中，要不断地检测被充电电池的电压、电流和温度的变化情况及时调整充电曲线。
1.3国内外发展情况
为了适应电设备科技发展的需要，近年来，在充电电源的研究方面主要呈现如下几个特点：
（1）集成化、高密度化：
它包括了两层含义，一是构成MOSFET大功率器件的元件微型化、密集化；二是指MOSFET集成在单片IC中，从而使系统控制、驱动、保护、检测和末级功率放大集成为一体。
（2）高频化：
提高主功率变换器件的开关速度，可明显减少磁性变压器材料和大电解电容体积、重量等。
这也使得开关器件的研制从改进电压、电流的两维体系发展到提高频率的三维体系。
高频化的实现建立在高开关速度功率器件的基础上，电力电子技术的发展为其创造了条件。
（3）智能化：
主要体现在对被充电电池的自适应性和对环境的自适应性方面。
智能化具体表现为能识别被充电电池的类型，能检测到当前状态，并能根据被充电电池的这些信息自动生成最佳充电曲线，保证在最短时间内，高效地将电池充满。
由于自动生成最佳充电曲线与制造厂提供的曲线一致，也保证了电池在充电过程中一直处于理想状态，从而延长了电池的使用寿命。
为了适应这些特点，世界各国都在研究数字化快速充电技术。
目前已经研制出了几十种各类电池快速充电集成电路，譬如，针对镍镉/镍氢电池充电的TEA1100/TEA1101和MAX2003等控制芯片，针对锂离子电池充电的FAN7563、FAN7564、LM3420和BQ2054等控制芯片；主要用于镍镉/镍氢、锂离子等电池的充电的bq2000系列控制芯片；还有铅酸电池充电控制器UC3906、UC3909和bq2031等。
利用这些控制芯片很容易设计成数字化快速充电器。
这些控制芯片针对不同类型的电池，具有明显的特色。
通过最佳组合，可以设计成多种用途的数字化快速充电器。
但是，由于这些芯片功能单一，无法满足本文涉及项目的特殊需要。
1.4课题主要研究内容
根据锂离子、镍镉、镍氢电池的充电特性，完成快速充电系统设计。
掌握快速充电理论和充电电源原理及应用。
具体为：
掌握充电电源的工作原理,种类，发展过程及当前的发展水平；掌握快速充电理论及Ni-H，锂离子电池充电要求；充分对要制作的系统进行论证，充分掌握要害，并进行最佳设计；技术指标：
输入电压范围：
20-28V直流；适用电池范围：
适用于当前便携装备的锂离子，镍镉，镍氢可充电电池，标称充电值：
3.6V，7.2V，12V，14.4V。
充电时间可在30min内使被充电池所充电量不小于标定值得50%（限1AH电池）；充电电池容量：
规定在0.6-2.0AH以内。
输出电压：
5V,12V;额定电流：
2A+0.2A（2A-0.2A）；输出纹波:
=<1%VPP；负载调整率=<1%。
3
2数字化快速充电器理论分析
2数字化快速充电器理论分析
2.1电池的充电特性分析
目前主要的蓄电池有很多种，如:
铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池和锂离子蓄电池等。
这四种蓄电池具有相同的功能就是都可以为最终产品提供可补充的电能，但不同的电池具有不同的特性。
由于本次设计中主要涉及的充
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