毕业设计论文-蓄电池

1、毕业设计论文独创性声明本人所呈交的毕业论文是在指导教师指导下进行的工作及取得的成果。除文中已经注明的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。作者签名：日期：锂离子电池组用充电器的设计和实现摘要随着科学技术的不断开展，各种各样的电池和充电器也相继被创造和生产，现在人们对充电器的要求不仅仅满足于它的平安，而且要有更短的充电时间。本设计正是为某种产品的锂电池组进行精确和较为快速的充电。本文先介绍了锂离子电池的各个方面，然后介绍了普通锂离子充电器的分类、充电时间的计算等方面，最后介绍了本设计中的锂离子电池组用充电器

2、的工作原理、工作流程和设备硬件的总体设计方案。本文重点介绍了其单体充电器和保护电路的实现以及电气和结构的设计。最后对充电器的开展前景进行了预测。关键词：锂离子电池；锂离子充电器；单体充电器的实现；保护电路；电气设计；结构设计The Design and Implementation of Lithium-ion Battery ChargerABSTRACTWith the continuous development of science and technology, a variety of batteries and chargers also have been invented a

3、nd the produced. It is now not only meeting the requirements of the charger to its security, but should have a shorter charging time. This design is just offering precise and rapid charging to the lithium-ion battery of some product. First, the paper introduces the various aspects of lithium-ion bat

4、tery, and then introduces the general classification of lithium-ion battery charger and the calculation of charging time , and lastly introduces its scheme design of principle of operation , work process and hardware equipment. The papers focuses are introducing the realization of the single charge

5、and Protection IC , and the design of electricity and structure. Finally, the development and prospects of the charger is predicted.Keywords: Lithium-ion battery; Lithium-ion charger; Implementation of single charger; Protection IC; Electrical design ; Structural design目录摘要2ABSTRACT.31绪论.62锂离子电池组用充电

6、器的概述.72.1 锂离子电池.72.1.1 锂离子电池的概述72.1.2 锂离子电池的组成72.1.3 锂离子电池的种类82.1.4 锂离子电池的优缺点.82.2 充电器的背景.102.2.1 充电器的分类.102.2.2 充电器的充电时间计算.132.2.3 充电器国内外的现状.132.3 锂离子电池组用充电器的原理.142.3.1 锂离子电池充电器的组成.152.3.2 锂离子电池充电器的工作过程.152.4 锂离子电池组用充电器的应用.192.4.1 研究目的.192.4.2 研究意义.203锂离子电池组用充电器的设计.203.1锂离子电池组用充电器的设计要求.203.1.1 锂离子电

7、池组充电器设计要求.203.1.2 主要技术参数要求213.2 电气设计.223.2.1 电气结构设计.223.2.2 单体充电器设计.253.3 结构设计.293.3.1 外形设计.293.3.2 布线设计.304锂离子电池组用充电器的实现31 单体充电器的实现.314.1.1 恒压恒流电路实现.314.1.2 恒流源的电路实现.394.1.3 LM339电压比较器.424.1.4 恒压恒流转换电路实现.434.2 保护电路实现.444.2.1 温度保护电路实现444.2.2 整组电压保护电路实现.484.3 制作效果.495结语与展望.49致谢.54参考文献.55附录.561绪论锂离子电池

8、是近几年出现的金属锂蓄电池的替代产品。锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为含锂的过渡金属氧化物。充电时，正极中锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向负极运动与电子合成锂原子，放电时，锂原子从负极石墨晶体内外表电离成锂离子和电子，并在正极处合成锂原子。锂离子蓄电池重量轻，储能大，功率大，无污染，寿命长，自放电系数小，温度适应范围宽泛等许多突出的优点。大量充电电池的被使用，使之相应的大量充电器的生产。充电器图1-1所示，指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于 、相机等等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变

9、换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。图1-1 充电器的结构2锂离子电池组用充电器的概述2.1 锂离子电池2.1.1 锂离子电池的概述锂离子电池(Li-ion Batteries)是锂电池开展而来。所以在介绍Li-ion之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是二氧化锰或亚硫酰氯，负极是锂。电池组装完成后电池即有电压，不需充电，这种电池也可以充电，但循环性能不好。在充放电循环过程中容易形成锂枝晶，造成电池内部短路，所以一般情况下这种电池是禁止充电的。后来，日本索尼公司创造了以炭材料为负极，以

10、含锂的化合物作正极的锂电池，在充放电过程中，没有金属锂存在，只有锂离子，这就是锂离子电池。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样，当对电池进行放电时即我们使用电池的过程，嵌在负极碳层中的锂离子脱出， 又运动回正极。回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。在Li-ion的充放电过程中，锂离子处于从正极负极正极的运动状态。Li-ion Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运发动一

11、样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。2.1.2 锂离子电池的组成锂离子电池根本有钢壳、铝壳、圆柱、软包装这些系列，其组成也大同小异，主要由正极、隔膜、负极、有机电解液和电池外壳组成。1正极活性物质一般为钴酸锂，现在又出现了镍钴锰酸锂材料，电动自行车那么用磷酸铁锂，导电集流体使用厚度1020微米的电解铝箔。2隔膜一种特殊的复合膜，可以让离子通过，但却是电子的绝缘体。3负极活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。 4有机电解液溶解有六酯类溶剂，聚合物的那么使用凝胶状电解液。5电池外壳分为钢壳现在方型很少使氟磷酸锂的碳酸用、铝壳

12、、镀镍铁壳圆柱电池使用、铝塑膜软包装等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。2.1.3 锂离子电池的种类不可充电的锂电池有多种，目前常用的有锂二氧化锰电池、锂亚硫酰氯电池及锂和其它化合物电池。1、锂二氧化锰电池(Li-MnO2)锂二氧化锰电池是一种以锂为阳极负极、以二氧化锰为阴极正极，并采用有机电解液的一次性电池。该电池的主要特点是电池电压高，额定电压为3V(是一般碱性电池的2倍)；终止放电电压为2V；比能量大(金属锂的理论克容量为3074mAh)；放电电压稳定可靠；有较好的储存性能(储存时间3年以上)、自放电率低(年自放电率10)；工作温度范围2060。该电池可以做成不同的外形以满足不同

13、要求，它有长方形、圆柱形及纽扣形(扣式)。2、锂亚硫酰氯电池(Li-SOCl2)该类电池的比能量是所有商业化电池中最高的，放电电压特别平稳，一般用于不能经常维护的电子设备、仪器上，应用领域很窄。而锂离子电池作为可充电电池，其被生活和工作中广泛应用。是目前 、笔记本电脑等现代数码产品中应用最广泛的电池，但它较为“娇气，在使用中不可过充、过放(会损坏电池或使之报废)。因此，在电池上有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。 锂离子电池充电要求很高，要保证终止电压精度在1%之内，目前各大半导体器件厂已开发出多种锂离子电池充电的IC，以保证平安、可靠、快速地充电。2.1.4 锂离子电池的优缺点锂离子

14、电池作为现在日常生活中最普遍最常用的电池之一，其必然有很多的有点。锂离子电池的有点如下：1、高能量密度锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40-50%，镍氢的20-30%。2、高电压一个锂离子电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池。3、无污染锂离子电池不含有诸如镉、铅、汞之类的有害金属物质。4、不含金属锂锂离子电池不含金属锂，因而不受飞机运输关于禁止在客机携带锂电池等规定的限制。5、循环寿命高在正常条件下，锂离子电池的充放电周期可超过500次。6、无记忆效应记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象。锂离子电池不存在这

15、种效应。7、快速充电使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器可以使锂离子电池在一至两个小时内得到满充 当然，锂离子电池也必然会存在着一定的缺点，如：1、电池本钱较高。主要是电池使用主要材料的价格高如钴酸锂、高纯电解铜、高纯电解液等材料价格昂贵，电解质体系提纯困难。另外，生产过程控制要求很高，增加了管理和设备运行本钱。2、钴酸锂的电池不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电池内阻相对其他类电池大。故要求较小的放电电流密度，一般放电电流在1C以下，只适合于中小电流的电器使用。但现在使用镍钴锰酸锂和磷铁做正极的电池，用于电开工具和电动车等，已经可以10-20C放电。3、需要保护线路控制。A、 过充

16、保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致漏液等问题；故必须在4.1V-4.2V的恒压下充电；B、 过放保护：过放会导致活性物质的恢复困难，故也需要有保护线路控制。2.2 充电器的背景2.2.1 充电器的分类充电器，英文名称为Charger。通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的设备。充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于 、相机等等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。充电器有很多，如铅酸蓄电池充电器

17、、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镉涅电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路多功能充电器、电动车蓄电池充电器等。目前市场上的充电器主要分为恒流充电器和自动充电器两种。恒流充电器恒流充电器如图2-1是市场上最常见的充电器，从镍镉电池时代，就开始使用恒流充电器。恒流充电器通常使用慢速充电电流，它的使用相比照较简单，只需将电池放在电池仓中即可充电。需要注意的是，对充电时间的计算要准确。 对充电时间的计算有个简单的公式：充电时间=/充电电流。例如：对1200mAH的电池充电，充电器的充电电流为150mA，那么时间为1800mAH/150mA等于

18、12小时。当然在很多时候并不能计算出正好的时间，可以挑离得最近的半小时以方便记时。例如：充电器的电流为160mA，对1400mAH的电池充电，那么时间为2100mAH/160mA约为13小时，而不用计算到分。恒流充电器的构造简单，工作稳定，是一种不错的充电方式，对电池寿命的影响小。但它也有其局限性，首先必须计算时间，另外随着镍氢电池的容量越来越大，恒流充电所需的时间也越来越长，对使用带来了一定的不便。图2-1 恒流充电器2快速自动充电器快速自动充电器如图2-2越来越受到大家欢送，它具有充电速度快，平安等特点。但也有一局部人对它有疑虑，因为快速充电器根本都使用快充电流来充电，这些人怕它会对电池的

19、寿命产生影响。但是大电流充电对电池寿命的影响是很小的，在很多情况下都要用到快速充电甚至超高速充电，充电电流有时可以到达2C或更高。大电流并不是电池杀手，真正对电池寿命产生影响的是大电流充电时产生的高热。使用快速充电器的另一个问题是，当充电时间到了之后如果忘记停止充电，对电池的伤害要远大于慢速恒流充电器过充产生的伤害。因此为了解决过充问题，快速充电器一般都采用了比方电压斜率判断法等方法来判断电池是否接近充满，这些充电器都使用了控制电路或者IC芯片来完成这一任务。当电池接近充满时，控制电路会自动转入涓流充电模式，对电池进行涓流充电。采用涓流电流对电池进行充电的好处是很明显的，其一如前所述，涓流充电

20、能将电池充的很满，其次就是不用担忧过充的问题，因此使用这类充电器的最大好处就是不用再去计算时间。具体的使用方法可以查看各自的使用说明书，以防操作不当。快速充电器有一个分支就是超高速的充电器，这类充电器应用范围不大，设计、结构和工艺都很复杂，因此价格相当昂贵。在一些特殊的场合，人们需要在很短的时间内充好电池使用，这就需要使用超高速充电器。由于超高速充电器需要极大的充电电流，有些甚至使用了2C-3C的充电电流，其发热问题尤为严重，仅仅采用余弦波充电还不够，因此这类充电器很多都采用在一个余弦波后插入一个很短暂的放电这种方法。这种做法可以缓解由于反电势消耗充电电流所产生的热量积累，从而进一步控制温度。

21、图2-2 快速自动充电器充电器在生活应用可被分为民用、工业用、军用等。民用的通常有 充电器、电脑充电器、电瓶车充电器等。而工业用的那么比民用的在性能价格等诸多方面要高一点。军用的那么是性能最好，当然，价格也是最高的。充电时间计算电池容量看电池外面的标注，充电电流看充电器上标注的输入电流。 1、充电电流小于等于电池容量的5时：充电时间小时电池容量mAH充电电流(mA)2、充电电流大于电池容量的5，小于等于10时：充电时间小时电池容量mAH充电电流(mA)3、充电电流大于电池容量的10，小于等于15时：充电时间小时电池容量mAH充电电流(mA4、充电电流大于电池容量的15，小于等于20时：充电时间

22、小时电池容量mAH充电电流(mA)5、充电电流大于电池容量的20时：充电时间小时电池容量mAH充电电流(mA)2.2.3 充电器国内外的现状目前中国是全球锂离子充电器最大的生产地，去年共计生产了5亿个充电器，其中1亿多个销售在国内，其余都销往国外。而内地市场上有超过几百家的锂离子充电器制造商，其中大多数为中小型企业，平均每家厂商的月产能在几十万个以上，广东省聚集了最多的锂离子充电器制造商。我国在锂离子电池方面的研究水平，有多项指标超过了USABC提出的2021年长期指标所规定的目标，已能自主开发出用量在5080公斤以下，可适用于电动自行车、电动摩托车、电油混合动力车、油电混合动力电动车，行驶距

23、离在80公里以内的小型、轻型供上下班使用的家用电动小轿车的锂离子蓄电池，并有足够好的平安行驶性能。从1997年开始产业化经验的苏州星恒作为国家锂离子动力电池产业化示范工程工程基地，其研发的动力电池组已通过美国UL认证和欧盟独立组织Extra Energy的测试认证，并在苏州建成第一条动力锂离子电池的生产线并顺利试产，目前已实现量产。国外，像飞思卡尔推出了一系列锂离子电池充电器集成电路产品MC34671、MC34673和MC34674，具有高精确度和高集成度。电池充电器集成电路可以在整个温度范围内提供0.4%的输出电压精确度和5%的充电电流精确度。这些电池充电器集成电路为单个锂离子或锂聚合物电池

24、提供高达1.2A的充电电流。高输入电压功能(最高达28V)是专为消除手持器件所需的外部输入过电压保护电路的需要而设计的，有助于降低系统本钱和电路板空间。Maxim(美信)也推出MAX8814首款额定28V的单输入充电器，可以承受高达28V的输入瞬态变化。该器件通过集成Maxim专有的温度及恒流恒压(CCCV)调节电路，可以防止快速充电过程中出现过热，简化了硬件设计。2.3 锂离子电池组用充电器的原理2.3.1 锂离子电池充电器的组成充电电路由三局部：控制局部，检测局部及充电局部组成。如图2-3所示，采用专用控制芯片进行充电控制，充电控制芯片一般本身具有脉宽调制PWM型开关稳压电源所需的全部功能

25、，具有采样电路。可直接构成电池电压，电流，温度检测电路。充电控制芯片通过电压反应和电流反应信号，直接利用PWM输出将数字电压信号并转化成模拟电压信号，能够保证控制精度。图2-3充电器一般结构实现电流可调充电器的最经济的方法就是用一个可调的快速开关电源实现的图2-4。快速开关电源是用一个电感和/或一个变压器需要隔离的时候用变压器作为能量存储单元以离散的能量包的形式将能量从输入传输至输出的开关调节器反应电路，通过晶体管来调节能量的传输，同时也作为过滤开关，以确保电压或电流在负载时保持恒定。快速开关电源调节电流的操作是通过控制一个晶体管开关的占空比来实现的。占空比会自动增加以使电池流入更多的电流。图

26、2-4 可调开关电源工作原理2.3.2 锂离子电池充电器的工作过程锂离子充电器先以恒流工作，再以恒压的方式给电池充电，当电池电流下降一定的数值时，可认为充电完成如图2-5。如图2-5所示，是充电过程中充电电流I和充电时间t的关系。充电器先以I1的电流给锂电池充电，过了t1时间，等到锂电池的电压到达某一需要的值时，充电器的工作状态变成了恒压充电。 而图2-6表示的是恒压恒流切换过程中电压V和时间t的关系。由于锂电池充电前其内部本身的电在先前使用时是不会被用尽的，所以锂电池本身就有一个电压U0，在恒流充电的过程中，锂电池内部的电压从U0慢慢增加到U1，然后就以U1的恒压对锂电池进行充电，直至完成整

27、个充电过程。充电电流I充电时间tt1 恒流充电恒压充电0I1图2-5 充电过程中I-t关系图充电电压U充电时间tt1 恒流充电恒压充电0U0U1图2-6 充电过程中U-t关系图1.放电恒流、恒压充电器在充电过程中，对电池有一个采样的动作，目的是对电池的保护以及确认充电是否完成。通过比较三种采样方式，采用最好的采样方式。1直接采输出点电压如果2-7采用的就是通过连接线直接采样输出点电压。这种采样的有点在于结构简单，无需额外的本钱。但是，由于连接线存在的一定的电阻，当连接线很短的时候，我们可以无视其电阻，采样的精度就会很高；但是，当电源和电池有一定的距离时，也就是说采样点和电池有一定的距离时，由于

28、U=IR，连接线上会消耗一定的电压，导致采样的电压=电池两端的电压-连接线上消耗的电压，这样就导致采样的电压和电池两端的电压存在比较大的偏差，也就是说采样精度很差。图2-7 AB两点间采样2充电间隙采样充电间隙采样就是指在充电的过程中停止一会儿的充电去采样，然后恢复充电这样一个循环的过程图2-8。充电间隙采样的结构跟图2-7相似，就是在里加一个开关，自动控制电路的通断。当开关处于闭合时，其采样的原理和直接采样时一样的。而充电间隙采样时在开关处于断开的一小段时间内去对电池进行采样，这时，连接线的电流为0，由U=IR可以看出，连接线两端的压降等于0，这个时候的采样精度就非常的高了。这种采样方式还有

29、一个优点就是不增加其制造本钱。充电间隙采样的缺点在于由于采样的时候没有电流，也就是充电是停止的，所以导致充电的不连续，充电时间也就相应的变长了。图2-8 间隙采样时间图中，t1为充电时间 t2为采样时间3采用独立输出采样线采用独立输出采样线采样图2-9就是在锂电池的两端在增加两个独立的采样线。由于在采样线上不通过电流，所以采样线上的压降是0，这样，采样的精度和间隙采样的精度一样，都是有着很高的采样精度。和间隙采样比起来还有一个优势就是保证了充电过程的连续。但是既保证了采样的精度，还保证了充电过程的连续，当然也会存在着自身的缺乏，而这个唯一的缺乏就是增加了两个采样的，导致整个充电器本钱的上升。但

30、是，对于那些对精度和时间要求特别的工程上，这些本钱也缺乏为奇了。图2-9 采用独立导线采样一个充电器必须有对电池以及消费者在平安方面的保护，锂离子充电器有以下三大保护。1单体过压保护：，当时应能自动停止充电。2当输出端或电池组发生短路、开路、反接时，应能自动停止充电。3过压保护：当电池组电压大于30V时，应能自动停止充电。2.4 锂离子电池组用充电器的应用2.4.1 研究目的当今社会，由于许多锂离子电池产品，像 、数码相机相机、PDA等一系列和人生活密切相关的，几乎是每个人每天都要使用的产品的被生产，越来越多的平安问题也随之产生，而在这许多的平安问题之中，绝大局部是来自于锂电池充电器。充电过程

31、中的自然、爆炸等诸多的问题的产生，使得锂电池充电器在设计和制造过程中的要求越来越高。然而，随着人们生活水平的提高，对锂电池充电器的设计要求也不仅仅只是在平安方面的，还在于诸多其他的方面，比方说充电速度的快慢、电量的计算等。在平安方面，一个高性能的锂离子电池充电器， 以保证锂离子电池在使用中防止过充电、过放电等损害现象的发生，从而，随之带来的是要求锂电池充电器具有严格与完善的保护电路，才能真正实现各项平安保护特性。在平安对锂电池充电的同时加快充电的速度，使使用者在短时间内能对锂电池再次的使用。2.4.2 研究意义锂离子充电器能对军用方面的锂离子电池进行平安的充电，对单体过压保护、整体的过呀保护、

32、短路、开路、短接时的都能有一个对电池的保护作用。在平安的同时，加快对锂离子电池组的充电时间，这样，锂离子电池组就能尽快的投入到下次的使用当去。3锂离子电池组用充电器的设计锂离子电池组用充电器的设计要求3.1.1 锂离子电池组充电器设计要求35Ah锂离子电池组充电器是35Ah锂离子电池组的专用充电设备，要求该设备能自动以先恒流后恒压的方式对锂离子电池组进行充电，同时可以显示各单体电池的电压、单体电池充电状态、电池组总电压和充电器总电流。3.1.2 功能设计要求35Ah锂离子电池组为2并7串组成，共14支单体电池。单体电池实际容量约21Ah，电池组实际容量约42Ah。其中将两个并联的单体电池定义为

33、一节电池。锂离子电池组充电器应对每节电池单独进行充电，而不是整组串联充电。a设备应提供的充电方式为：对每节电池，先恒流充电到一定的电压4.2V，再恒压4.2V充电此时充电电流会逐渐下降，当电流值下降到一定数值暂定0.5A时，可认为充电完成。恒流充电电流为4A，充电时间应小于10小时。bc故障保护：当输出端或电池组发生短路、开路、反接时，应能自动停止充电d电池组过压保护：当电池组电压大于30V时，应能自动停止充电e面板显示信息：充电时应能显示七节电池各自的实时电压，电池组总电压，充满状态指示。3.1.2 主要技术参数要求35Ah锂离子电池组充电器的主要技术要求如下：a输入电压输入电压指设备工作时

34、所需要提供的电源电压要求，包含电压参数要求和频率参数要求，具体要求为：输入电压交流220V10%，输入频率50Hz1%，该设备主要工作与市电供给的场合。b充电精度充电精度要求包含恒压精度要求和恒流精度要求两个方面。0.05V。恒流精度指的是蓄电池组在恒流充电状态时的平均输入电流。该电流直接影响到充电时间的快慢。如42Ah容量的电池组在4A的充电状态下需要充电42Ah/4A=10.05h，在6A的充电状态下需要充电42Ah/6A=7h ,因此直接影响到充电完成时间。在考虑根本充电时间的同时还要考虑电池的化学转换速度，电池的发热情况，以及导线在大电流下所消耗的额外能量等。本充电器设计时综合考虑到充

35、电时间小于一个工作间隙12小时，同时尽量减少电缆线对电源的损耗，因此本设计确定的恒流充电电流为4A0.5A。c均衡要求均衡要求指的是充电完成后各单体电池之间的电压差。主要反映了各电池均衡程度。由于在使用中各电池特性会有所差异，因此，在每次放电结束进行充电时必须保证各单体电池充到相同的电量水平，否那么会造成局部电池长期处于亏电运行状态，从而影响电池组的寿命和容量。本设计中要求在完成充电并待电压稳定后各单体单池电压差90获得通过一个低阻抗的DMOS功率开关使用。该系列由，5V和12V的固定输出电压和可调输出电压4种。简单的切换提供了一个完整的设计使用的外部元件数量最少的概念。一个高固定频率振荡器2

36、60KHz允许使用体积更小尺寸的元件。一个标准的与LM2679使用电感器，可从几个制造商获得从而极大地简化了设计过程。其它功能包括能够降低输入溢出在电源接通上的电流，增加了软启动定时电容，逐步翻开稳压器。该LM2679系列也有热关断和电阻内置可编程电流功率MOSFET的限位开关保护装置，负荷条件下的故障电路。输出电压保证公差为 2。时钟频率为控制在1 11容限。LM2679的特性：效率高达92%简单，易于设计使用现成的现成外部元件电阻器设计的电流限制在3A到7A这样一个范围。120兆欧的DMOS输出开关。，5V和12V的固定输出和可调至37V版本 2的最大输出偏差超过满负荷生产线和负载条件宽的

37、输入电压范围：8V至40V260 kHz固定频率的内部振荡器软启动功能-40 +125C的工作环境温度LM2679的应用：设计简单，效率高90降压开关稳压器高效系统的前线性电压调节器监管机构电池充电器2LM2679封装及引脚说明以下是三种不同封装LM2679俯视图。图3-3 TO-263封装1SWITCH OUTPUT-输出开关这是一个MOSFET功率输出开关直接连接到输入电压。开关给一个电感器，一个输出电容和负载电路根据内部脉冲宽度调制PWM控制提供能量。他PWM控制器是一个固定的内部260KHz振荡器。引脚1的电压在Vin开关开和低于接地的外部肖特基二极管开关关2INPUT-输入电源输入电

38、压连接到引脚2。除了向负载提供能量，输入电压也提供了LM2679的内部电路的阻抗。为保证性能的输入电压必须在范围为8V至40V的。为了到达最正确的电源输入引脚性能应始终靠近引脚2的输入电容。3C BOOST-升压电容电容器必须从引脚3连接到引脚1的开关输出。该电容增强对上述内部MOSFET栅极驱动输入电压，充分翻开它。这最大限度地减小在电源开关传导损耗。4GROUND-接地这是在电源的所有部件连接接地参考。在快速转换，例如与LM2679执行的高电流应用，它建议广泛地使用，以尽量减少飞机在整个电路信号耦合。5CURRENT ADJUST电流调整LM2679主要特点是能够定制峰值开关电流限制到一个

39、特定的应用程序所需的水平。这减少了需要使用外部组件，必须物理尺寸，以适应目前的水平例如在输出短路，这些情况可能会比正常工作电流电路的要求更高。一个由引脚5的电阻连接到地建立了一个电流I引脚5伏/ RADJ，设置通过电源开关的峰值电流。开关的最大电流是固定在一个37125 / RADJ水平。6FEEDBACK反应这是一个两阶段的高增益放大器，驱动器的PWM控制器的输入。要连接到了引脚6的电源实际输出设置直流电压。对于固定输出设备，5V和12V的输出，一个导线直接连接到输出是所有所需的内部增益设置电阻内部的LM2679提供。对于可调输出版本需要两个外部电阻来设置直流输出电压。在电力供给稳定运行重要

40、的是要防止任何电感耦合通量的反应输入。7SOFTSTART软启动图3-4 TO-220封装图3-5 LLP-14封装注：*没有连接*连接到电路板的引脚93LM2679的电学特性主芯片LM2679 LM2679-12，LM2679-ADJ的电学特性表1-表4特性符号参数条件典型值最小值最大值单位VOUT输出电压VIN=8V 40V,100mAIOUT5AV效率VIN = 12V, ILOAD = 5A82%表2 特性符号参数条件典型值最小值最大值单位VOUT输出电压VIN=8V 40V,100mAIOUT5AV效率VIN = 12V, ILOAD = 5A82%表3 LM2679-12特性符号参

41、数条件典型值最小值最大值单位VOUT输出电压VIN=8V40V,100mAIOUT5A12V效率VIN = 12V, ILOAD = 5A92%表4LM2679-ADJ特性符号参数条件典型值最小值最大值单位VOUT输出电压VIN = 8V 40V, 100mA IOUT 5AVOUT Programmed for 5V121V效率VIN = 12V, ILOAD = 5A84%所有输出电压形式的电学特性表5LM267工作范围是40C 125C.正常类型的时候TA=TJ=25C除了另有规定的版本，5V和可调版本中，VIN =12V在，其他版本中VIN = 24V。表5 所有输出形式的电学特性设备

42、参数符号参数条件典型值最小值最大值单位IQ静态电流3.3V,5.0V和可调类型，VFEEDBACK = 8V；12V类型，VFEEDBACK = 12V6mAVADJ电流限制电压调整VICL电流限制AIL输出损耗电流VIN = 40V, 软启动引脚 = 0VVSWITCH = 0VVSWITCH = 1V6mARDS(ON)导通电阻开关ISWITCH=5Af0振荡器频率测量开关引脚260225280kHzD占空比最大占空比最小占空比910%IBIAS反应偏置电流VFEEDBACK = 12V只适用可调整类型85nAVSFST软启动电压界限VISFST软启动引脚电流软启动引脚=0VAJAJAJC

43、热电阻65452C/WC/WJAJAJAJC5635262JAJA55294LM2679-ADJ在这个锂离子电池组充电器中，选用一个可调节的LM2679-ADJ主芯片图3-6所示。图3-6 LM2679-ADJUnregulated DC input-稳压直流输入Css-软启动电容式中：是软启动电流，通常取37A，是软启动时间，从设计要求中取得，输出电压，从设计中取得，最大输入电压，从设计中取得。图3-6中R1,R2的取值如下：式中是反应电压，取值为1.21V。R1取值通常为1K适宜，而的取值是14.8V，所以，最接近标准的1公差值，使用4.1.2 恒流源的电路实现图3-5 LM2679恒流电

44、路LM2679提供了完善的DC-DC转换功能，具有比较高的电压精度，然而其只具有最大电流限制功能，并不具有恒流功能，为了实现恒流功能，需要对其增加电流反应回路。具体设计图见图3-5。线路在电源输出回路中增加了采样电阻R22，当充电器对电池充电时，采样电阻把反映电流变化的电压送入运算放大器进行放大，放大后的电压输入到另一组运算放大器的正端，用于与基准比较。电流基准电压又R31、W、R32分压取得。当电流值变大时输出到比较器正端的电压大于由电阻分压所得的基准电压时，运算放大器输出高电平，该电平通过电阻和二极管加到LM2679的调整端，使调整端点位升高，LM2679停止输出，此时输出电流下降，导致加

45、到运算放大器输入端的电流电压下降，运放输出低电平，由于二极管的隔离作用，该电平不再对LM2679的调整端产生影响，LM2679恢复输出。以此循环，使电流值固定在相对恒定的状态。恒流源控制电路中，使用了运算放大器进行电压的放大和比较。具体计算如下：反相比例放大器 图3-6 反相比例放大器电路如图3-6所示。当开环增益为 大于104以上时，反相放大器的闭环增益为： 由上式可知，选用不同的电阻比值Rf / R1，Auf可以大于1，也可以小于1。假设R1 = Rf ， 那么放大器的输出电压等于输入电压的负值，因此也称为反相器。放大器的输入电阻为：RiR1，直流平衡电阻为：RP = Rf / R1 。其

46、中，反应电阻Rf不能取得太大，否那么会产生较大的噪声及漂移，其值一般取几十千欧到几百千欧之间。 R1的值应远大于信号源的内阻。 2比较器图3-7 比较器当运算放大器处于开环工作状态时，器功能类似于比较器图3.-7。当正端输入大于负端时，输出高电压，当正端输入小于于负端时，输出低电平电压。本设计中使LM324的特点：3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nALM324A5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。图4-6 LM324管脚连接图LM124/LM224/LM324是四运放集成电路，它采用14管脚双列直插塑料陶瓷封装，外形如图4-6所示。它的内部包含四组形式完

47、全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+、“-为两个信号输入端，“V+、“V-为正、负电源端，“Vo为输出端。两个信号输入端中，Vi-为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。主要参数：参数名称测试条件最小典型最大单位输入失调电压U01.4V RS=0-mV输入失调电流-50nA输入偏置电流-45250nA大信号电压增益U+=15V，RL=5k88k100k-电源电流U+=30V，Uo=0，RL=-mA共模抑制比4.1.3 LM339

48、电压比较器LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1失调电压小，典型值为2mV；2电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3比照较信号源的内阻限制较宽；4共模范围很大，为0Ucc-1.5VVo；5差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6输出端电位可灵活方便地选用。LM339集成块采用C-14型封装，图3-4为外型及管脚排列图。图3-4 LM339外型及管脚排列LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+表示，另一个称为反相输入端，用“-表示。用作比较两个电压时，任意一个输

49、入端加一个固定电压做参考电压也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点，另一端加一个待比较的信号电压。当“+端电压高于“-端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-端电压高于“+端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差异大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻称为上拉电阻，选3-15K。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压根本上取决于上拉电阻与负载的值

50、。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。4.1.4 恒压恒流转换电路实现锂离子电池充电器具有自动的恒压恒流充电转换功能，在此功能中，使用比较器对其单体电池的充电电压进行检测，当大于一定值时，说明电已根本充满，此时由恒流充电状态进入恒压充电状态。电路图见图4-7图4-7 恒压恒流转换电路引脚3和12接电源电压，引脚5接锂电池采样电压就是一个输入电压用V5表示，引脚4参考电压用V4表示接的是一个恒压恒流切换的比较电压。当锂电池两端电压大于引脚4的比较电压，即V5V4时，比较器LM339输出一个高电平，此时，三极管的基极B和发射极E没有电压差，所以三极管中没有电流产生，这时候通过继电器中也没有电

51、流产生，所以这个时候是一个恒压的充电状态。而反之，当锂电池两端的电压大于引脚4所设置的电压，即V5Ur时，输出为高电平UOH。图3-5b为其传输特性。图4-9 根本单限比较器图4-10为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/R1+R2*UCC。同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+端电压大于“-端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-端电压大于“+端，比较器反转，Uo输出为零电位，使保护电路动作，调节R1的值可以改变门限电压，既设定温度值的大小。图4-10 过热

52、检测保护电路2迟滞比较器迟滞比较器又可理解为加正反应的单限比较器。前面介绍的单限比较器，如果输入信号Uin在门限值附近有微小的干扰，那么输出电压就会产生相应的抖动起伏。在电路中引入正反应可以克服这一缺点。图4-11a给出了一个迟滞比较器，人们所熟悉的“史密特电路即是有迟滞的比较器。图4-11b为迟滞比较器的传输特性。图4-11 迟滞比较器不难看出，当输出状态一旦转换后，只要在跳变电压值附近的干扰不超过U之值，输出电压的值就将是稳定的。但随之而来的是分辨率降低。因为对迟滞比较器来说，它不能分辨差异小于U的两个输入电压值。迟滞比较器加有正反应可以加快比较器的响应速度，这是它的一个优点。除此之外，由

53、于迟滞比较器加的正反应很强，远比电路中的寄生耦合强得多，故迟滞比较器还可免除由于电路寄生耦合而产生的自激振荡。如果需要将一个跳变点固定在某一个参考电压值上，可在正反应电路中接入一个非线性元件，如晶体二极管，利用二极管的单向导电性，便可实现上述要求。图4-12为其原理图。图4-12 免除自激振荡图4-13为某电磁炉电路中电网过电压检测电路局部。电网电压正常时，1/4LM339的U42.8V，比较器翻转，输出为0V，BG1截止，U5的电压就完全决定于R1与R2的分压值，为2.7V，促使U4更大于U5，这就使翻转后的状态极为稳定，防止了过压点附近由于电网电压很小的波动而引起的不稳定的现象。由于制造了

54、一定的回差迟滞，在过电压保护后，电网电压要降到242-5=237V时，U4U3，电磁炉才又开始工作。这正是我们所期望的。图4-13 电网过电压检测电路局部3双限比较器窗口比较器图4-14电路由两个LM339组成一个窗口比较器。当被比较的信号电压Uin位于门限电压之间时UR1UinUR2或UinUR1输出为低电位UO=UOL，窗口电压U=UR2-UR1。它可用来判断输入信号电位是否位于指定门限电位之间。图4-14 LM339组成的窗口比较器4.2.2 整组电压保护电路实现整组电压保护电路图4-15工作原理与温度保护电路类似，只是比较的电压不是由热敏电阻产生，而是由电池两端电压分压得到的。图4-1

55、5 整组电压保护电路 制作效果图4-16是35Ah锂离子电池组用充电器的整体，里面包含了7个开关电源模块、7各单体充电器模块、8个四位半的电压表、1个四位半电流表。图4-16 整体分布5 结语与展望1.锂离子充电器市场巨大1 市场根据诺基亚公司2021年全球 销售量将达亿部，虽然较比2021年有所下跌，但是即使按照每部 在出厂时只配一个锂离子充电器，该市场的需求也要12亿个之多。根据市场调研公司赛迪参谋的预测，2021年中国MP3销量到达200多万台，与此同时，MP4和MP5等新概念播放器也突破200万台，去年这两个市场总计需要400多万个锂离子充电器。2汽车市场，锂动力电池是混合动力车的趋势

56、新能源汽车开展未来在于电池之争2021年伊始，全球重要汽车企业丰田汽车旗下子公司丰田通商，与澳大利亚矿业公司Orocobre Ltd.合作，在阿根廷开发锂矿和碳酸钾矿，参加到南美锂产业争夺。本次合作，丰田通商将投资45亿美元，其中日本政府将给该合资公司提供一笔低息贷款，占合资公司总投资额的60%。根据Motorlink汽车报道称，到2021年，全球汽车用锂电池市场的规模将上升至248亿美元，比2021年增长215倍。预测称，目前70%的锂离子电池应用于 和笔记本电脑，随着混合动力车和电动汽车的普及，全球新能源汽车市场有望急速扩大，各国也开始参加到这场事关本国未来新能源汽车开展的“锂电大战之中。

57、一些专业人士认为，锂正成为继石油之后最重要的动力资源之一，而运用锂电池动力的新能源汽车将成为未来汽车产业的开展方向。2021年，中国汽车产能已经超过1350万辆，中国已经成为全球汽车业的中心，因此未来中国汽车市场也将成为全球新能源汽车开展的又一个主战场，锂电大战在所难免。2.锂离子电池加快拉动锂的需求上涨的汽油价格和增强的绿色消费意识已使全球汽车工业重新审视其动力驱动系统，可充电的锂离子电池现已成为混合电动车HEV的适用技术而脱颖而出。 分析人士指出，从面对近零排放观点出发，混合电动车HEV电池用锂的销售额到2021年预计会超过5亿美元。目前，Rockwood控股公司、智利SociedadQu

58、imicayMinera(SQM)公司和FMC公司是世界上最大的锂生产商，其效益缘于锂得到大量新的应用。1车用锂离子电池开展前景看好 锂在锂离子电池中的应用已获确认。应用的第一阶段是 ，每节电池需用约1/10盎司的碳酸锂。第二应用阶段是手提电脑，需用碳酸锂是 使用量的约10倍。 插电式混合电动车HEV使用的锂电池，需用的锂为手提电脑用锂量的100多倍。 锂离子电池预计将成为HEV发挥性能的关键，插电式混合电动车HEV使用燃烧式发动机和电力驱动两个系统。HEV包括插电混合系统(PHEV)，该系统在使用燃烧式发动机之前，因贮存有足够电力，可藉电池电力驱动一定距离。另外，纯电动车(EV)不设置燃烧式

59、发动机，只靠电池电力驱动。预计锂离子电池可使插电式混合电动车HEV的价格和性能与以天然气为动力的汽车相比较。 2锂生产量不断扩增 Rockwood、SQM和FMC公司占锂生产量约3/4，中国的一些小型生产商占锂生产量约1/4。SQM公司生产全球碳酸锂供给量约35%。Rockwood公司通过其特种化学品业务部Chemetall公司生产世界碳酸锂约30%，而FMC公司生产量约占5%10%。 2021年，全球锂资源的消耗量为8万吨，预计5年后，仅美国1000万辆锂电汽车的需求量就将消耗10万吨锂资源。自2005年以来，锂的价格暴涨，由每吨10多万元涨到2021年11月的每吨60多万元。江西省锂电新能源产业基地于2021年11月17日在江西省宜春市开园。据悉，这是全国首个锂电产业基地，宜春将在3年内将其打造成亚洲最大的碳酸锂生产基地，5年之内打造成中国最大动力锂电池生产基地。江西宜春