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一种电能收集充电器的研制

发布时间:2020-06-30 23:15:54 阅读: 来源:过滤器厂家

当前,便携式电子设备进入千家万户,蓄电池已成为便携式电子设备中不可或缺的组成部分,而充电器在这其中扮演着重要的角色。电池要发挥其设计所需的性能不仅取决于它的设计技术和工艺,而且很大程度上要依赖于充电器的性能。电能收集充电器是一种环保型充电器,能将其他直流电源中极少的电能收集起来充入电池中,以减少能源浪费。本文研制的电能收集充电器就是基于这一思想设计的。采用TI公司的TPS5430和TPS61200两款新型直流变换芯片作为变换核心,进行模块化设计制作。实验验证了输入电压为0.3 V~20 V时,充电器输出电压可稳定在3.6 V,能高效地对可充电电池充电。1 系统方案设计1.1 系统功能指标 系统研制的目的是实现输入电压在0.3 V~20 V下,高效能地对可充电电池充电,其基本结构框架如图1所示。

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1.2 总体方案设计 系统采用单片机C8051F330进行监测和控制,直流电源变换器由DC-DC集成升压芯片TPS61200和DC-DC集成降压芯片TPS5430组成。当Es3.6 V时,单片机控制模拟开关切换到由TPS61200组成的低输入电压直流升压电路;当3.6 VEs6 V时,通过C8051F330控制限流开关TPS2010闭合,直接输出持续的直流充电电流;当6 VEs20 V时,单片机控制TPS5430使能有效,切换到TPS5430直流降压电路,以较高效率向充电池输出电能。系统总体结构图如图2所示。

2 主要硬件电路设计2.1 降压电路 当10 VEs20 V时,选用DC-DC降压芯片TPS5430组成降压电路,TPS5430输入电压范围为5.5 V~40 V,内部集成导通电阻为110 mΩ的MOS管,固定开关频率500 kHz,最高效率可达到95%。电路如图3所示。

设定图3降压电路输入电压为10 V~20 V,输出电压3.6 V~5 V可调,电感值为100 μH。滤波电容取值时要考虑实际应用中电路的稳定性(取值不当容易引起电路自激),同时为了减小输出纹波,电容ESR值应尽量小。因此在降压电路中采用100μF的瓷片电容,二极管采用正向导通压降只有0.3 V的SR360肖特基二极管,以降低损耗。2.2 升压电路 当Es3.6 V时,选用DC-DC升压芯片TPS61200,TPS61200输入电压范围为0.3 V~5.5 V,输出可调电压最大可达5.5 V。选取TPS5430可以使启动电压很低,同时为了提高效率,使充电电流升高,采用单片机控制三个开关实现分段控制,开关管可接不同限流电阻,具体电路如图4所示。

设定图4升压电路输入电压为0.3 V~3.6 V,输出电压为5 V,在图4中电感值取3.3 μH;输入电容建议取最小值为4.7 μF的陶瓷电容;输出电容根据COUT(MAX)=5×L(μF/μH)取值为10μF。2.3 检测控制电路 超低功耗单片机C8051F330为监控核心,采用间歇工作方式,可进一步降低能耗,改善充电效果。3 系统软件设计流程 本系统每0.5 s通过A/D对直流电源输出电压Es和充电电流采样一次,并通过液晶显示电压数值和电流值,同时判断Es值的大小,控制切换到对应的直流变换器,剩余时间内单片机自动进入休眠模式以降低功耗。系统程序流程图如图5、图6所示。

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