內(nèi)容摘要：以SPCE061十六位單片機(jī)作為控制核心，來實(shí)現(xiàn)對電壓電流的檢測、充電速度的調(diào)整和的工作狀態(tài)的顯示。恒流源電路主要由高精度運(yùn)放OP07和IRF640組成，恒壓電路是由LM7805與相關(guān)電路構(gòu)成的。充電電壓、電流通過SPCE061內(nèi)A/D采樣對輸出數(shù)據(jù)檢測和顯示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)充電狀態(tài)的切換。過溫保護(hù)通過DS18B20溫度傳感器的檢測實(shí)現(xiàn)。采用OCMJ4×8C中文液晶顯示工作狀態(tài)，并有開機(jī)檢測功能，實(shí)現(xiàn)了良好的工作界面。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)控充電，恒流，恒壓，SPCE061
　　一、 充電電源方案論證與選擇
　　充電電源的主要部分是恒流源和恒壓源，因此實(shí)現(xiàn)恒流輸出和恒壓輸出是設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。
　　方案一，采用充電芯片U2402B作為充電電源的核心部件，U2402B能夠?qū)崿F(xiàn)對充電過程、充電電流、溫度的控制；再加上單片機(jī)的控制，能夠很好的實(shí)現(xiàn)對電路的控制。通過外圍電路的設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)輸出達(dá)到800mA的電流，完全滿足題目的要求。集成度高，穩(wěn)定性好。但所用芯片對電流與電壓的切換存在一定局限性，而且不能保證負(fù)載對電流的變化滿足題目的要求。
　　方案二，采用恒流源與恒壓源切換的方式實(shí)現(xiàn)。恒壓源采用由LM7805和高精度運(yùn)OP07構(gòu)成的恒壓源，具有輸出穩(wěn)定，紋波小的特點(diǎn)。脈沖調(diào)寬式（開關(guān)式）恒流源通過改變調(diào)整器的工作脈沖寬度達(dá)到恒流的目的。這種恒流源調(diào)整器工作在開關(guān)狀態(tài)、功率損耗小、效率高達(dá)70%～95%，但紋波電流大，輻射干擾強(qiáng)、恒流精度低。
　　方案三，以SPCE061單片機(jī)作為中樞控制系統(tǒng)，采用恒流源與恒壓源切換的方式實(shí)現(xiàn)。恒壓采用由LM7805和高精度運(yùn)OP07構(gòu)成的恒壓源，具有輸出穩(wěn)定，波紋小的特點(diǎn)。恒流源由IRF640大功率場效應(yīng)管和OP07組成，輸出恒流精度高，紋波小，負(fù)載對輸出電流的影響小。綜合考慮后決定采用此方案。
　　二、硬件電路設(shè)計(jì)
　　1、總體設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1系統(tǒng)框圖
　　系統(tǒng)在SPCE061控制下，完成對恒流充電、恒壓充電和溫度的檢測與控制，并用LCD顯示結(jié)果。
　　2、恒流源和恒壓源
　　（1）壓控恒流源充電電路設(shè)計(jì)
　　電路原理圖如圖2所示。該恒流源電路由運(yùn)算放大器、大功率場效應(yīng)管Q1、采樣電阻R3、負(fù)載電阻RL等組成。
　　
　　圖2壓控恒流源原理圖
　　電路中調(diào)整管采用大功率場效應(yīng)管IRF640。采用場效應(yīng)管易于實(shí)現(xiàn)電壓線性控制電流,既能滿足輸出電流100mA和200mA的要求,也能較好地實(shí)現(xiàn)電壓近似線性地控制電流。因?yàn)楫?dāng)場效應(yīng)管工作于飽和區(qū)時(shí),漏極電流Id近似為電壓Ugs控制的電流。即當(dāng)Ud為常數(shù)時(shí),滿足：Id=f（Ugs）,只要Ugs不變,Id就不變。
　　在此電路中,R3為取樣電阻,采用康銅絲繞制（阻值隨溫度的變化較小）,阻值為1歐。運(yùn)放采用OP-07作為電壓跟隨器,UI=Up=Un,場效應(yīng)管Id=Is(柵極電流相對很小,可忽略不計(jì))所以Io=Is=Un/R2=UI/R2。正因?yàn)镮o=UI/R2,電路輸入電壓UI控制電流Io,即Io不隨RL的變化而變化,從而實(shí)現(xiàn)壓控恒流。
　　（2）恒壓源充電電路設(shè)計(jì)，電路如圖3。
　　
　　圖3恒壓電路
　　穩(wěn)壓電路選用LM7805CT正輸出三端穩(wěn)壓器，穩(wěn)壓值的容差為±5％，電壓調(diào)整率，其數(shù)值約為0.01%，滿足題目的要求，此電路通過調(diào)節(jié)R1來改變OP07的輸出，從而動態(tài)控制輸出電壓，達(dá)到穩(wěn)壓的效果。
　　3、數(shù)據(jù)采集電路
　　為保證精度A/D需要10位，SPCE06lA有8個(gè)10位模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，可直接通過端口(IOA[0~6])輸入。
　　模擬輸入量取自恒流電路負(fù)載RL兩端的電壓值，當(dāng)電壓值≥10V時(shí)，單片機(jī)控制充電電路切換充電方式，由恒流充電方式轉(zhuǎn)變成恒壓充電方式，
　　4、顯示單元
　　選用OCMJ4×8C中文液晶顯示器，能夠顯示充電模式（快充、慢充），充電電流（mA），負(fù)載溫度（）。增加了開機(jī)檢測模塊，檢測是否接入負(fù)載。當(dāng)未接入負(fù)載時(shí)，顯示“請插入充電電池”。當(dāng)接入負(fù)載時(shí)，顯示工作時(shí)的相關(guān)參數(shù)。
　　5、過熱保護(hù)
　　DS18B20可以程序設(shè)定9~12位的分辨率，精度為±0.5°C。能夠與單片機(jī)直接通信，方便了控制。在與單片機(jī)連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與DS18B20的雙向通訊。當(dāng)負(fù)載溫度≥60時(shí)，單片機(jī)使充電電路停止工作，當(dāng)負(fù)載溫度降到一定程度時(shí)，重新啟動充電電路。
　　三、控制軟件設(shè)計(jì)
　　軟件設(shè)計(jì)流程圖見圖4。
　　
　　圖4軟件流程圖
　　四、測試數(shù)據(jù)及測試結(jié)果分析
　　1、測試儀器
　　TDS1001型示波器，HP34401A型數(shù)字萬用表，WY2174型低頻電子電壓表。
　　2、輸出電流測試
　　電源工作在恒流狀態(tài)時(shí)，通過測量采樣電阻上的電壓得到測量電流，采樣電阻為1歐。波紋電壓用電子電壓表測量。
　　（1）100mA恒流充電

　　（2）200mA恒流充電

　　從表中測量數(shù)據(jù)可知，改變負(fù)載電阻時(shí)，輸出電流變化的絕對值≤2mA，紋波電流≤1mA。
　　3、輸出電壓測試
　　電源工作在恒壓狀態(tài)時(shí)，用電壓表直接測量輸出端得輸出電壓。

　　從表中測量數(shù)據(jù)可知，改變負(fù)載電阻時(shí)，輸出電壓波動小于0.2V，輸出紋波電壓小于10ｍＶ。