一种大容量充电电池的 DC-DC充电器设计与实现.pdf

一种大容量充电电池的DC-DC充电器设计与实现胡攻,等
种大容量充电电池的DC-DC充电器设计与实现
胡玫,王永喜,刘保录
(兰州工业学院电子信息工程学院什肃兰州,730050)
摘要:针対大容量充电电池(容量大于2000mAh)的充电器的电流变化率和能量转换效率低,设计一款输出电压为18V
24V,最大输出电流为2A的DC:-DC.充电器。充电器电路采用BUCK(降压型)开关电源的基本結构,主要包括大功率开关管
LC儲能滤波电路以及光耦隔离电路。同时利用单片机、键盘、显示器以及电流传感器等电路实现了输出电流的检测、显示以及
步进可调的功能。测试結果表明,室温下输入电压为24V~36V时,输出电流在1A~2A范固内以0.1A步进可调,电流变化率
不大于2%,电能转换效率可达90%。
关键词:充电电池;开关电源;开关管;电流变化率;转换效率
中图分类号:'M368
文献标识码:A
D)OI编码:10.14016/j.cmki.1001-9227.2016.03.046
Abstract: A D-D charger of the high-capacity rechargeable attery which has the capacity of more than 2000 mah is designed
with maximal output current of 2A and 18V 24V output voltage, because current rate of change and transfer efficiency of charger are
lower The charger circuit adopts the BUCK struclure. And then high power switch Lube, LC energy-storage filtering circuil and optical
coupling isolation circuit are selected. So the functions of output current detection, displaying and stepping adjustment are achieved by
using the single chip microcomputer, keyboard, monitor, and current sensor circuit. The test results show that when the input voltage of 2.
36V al room temperature, Ihe oulpul currenl is IA-2A with stepping adjustment of O IA. The current rale of change was less than 2%
and transfer Efficieney can reach 90Y
Key words: Rechargeable Ballery Switching Power Supply Switch Tube; Current Rale of Change: Transfer Efficiency
组成。由单片机产生的PWM信号控制DC-DC充电器主电
路中的开关管的导通和截止,使输出电压し,稳定在18V
随着便携式电子产品的高速发展和可循环使川的产品的24V的范同内,同时利用电流传感器检測输出电流,再经MD
广泛应用,大容量充电电池的需求也日盗増加,与之匹配的充转换器转换为数字电压信号,送给单片机后,进行显示。通过
电器则要求有更高的精度,可靠性,效率以及更低的成本。而按键调幣PWM信号的古空比就可间接调幣DC-D)C.充电器
开关电源在低功耗、高效率、高精度等方面有突出优点,所以主电路的输出电流,达到输出电流步进可调的功能。
普通线性稳压电源逐渐被开关电源所取代,广泛应用于便携
式电子设备的充电电池的供电电源中引。
2功能模块电路设计
本文采川BUCK(降压型)开关电源的基本结构“,设2.1DC-DC充电器主电路
计了一款输出电压为18~24V,最大输出电流为2A的DC
节大容量允电电池的终止电压约为2.85V,饱和电压
DC充电器。该允电器具有检测、显示以及步进可输出电流约为4.2V,因此DC-DC充电器主电路的输出电压为2.85V
的功能。测试结果表明,室温下输入电压为24V~36V时,输
4.2V,现以5节容量为2200mAh的18650型充电电池设计
出电流在1A~2A范国内以0.1A步进可调,电流变化率不大DC-DC:充电器主电路,因此该电路的输出电压し1为18v
于2%,电能转换效率可达90%。
24V
1DC-DC充电器的系统结构
-DC充电器主电路采川BUCK(降压刑)开关电源的
基本结构,主要由大功率开关管、LC储能滤波电路以及光耦
nkd h4 haba haldhda4n/h hd
隔离电路组成?,如图2所示。单片机提供的PWM信号
DC-DC3充电器PWM控制门
电路
经由HCPI2630光电耦合器接至开关管,控制开关管的通断
工作。通过改变PWM的占空比,实现充电电压U」稳定在18
自流稳
电池
DC-DC充电し
24V范围内。
器主电络
压电源
IRF640N是増强型N沟道人功率场效应管,漏源电压达
电流检测
到200V,漏极电流可达18A,完全满足本设计要求,可作为
RUCK降压型开关电源的人功率开关管。由电感1、C1和C
同构成储能滤波电路,将人功率开关管IR640N输出的断
A/D转换
单片机
助电源
续脉冲电压变成连续的丫滑直流电压。电容C:和C2对输入
信号进行波。
按键
显示
ICPL2630是双通道逻辑输出的高速光电耦合器,将单
,AL。LA,LLAL,a
,d2
片机输出的PWM信号与BUCK降压型开关电源电路有效的
图1DC-DC充电器的系统结构图
隔离,防止这两部分电路互相影响,因此GND)、GN)2和GND
C-DC充电器由DC-DC充电器主电路、PWM控制电不共地。PWM信号从引脚1输入,当信号为高电平时
路、电流检测电路、A/ID转换电路、单片机、按键和显示电路
P12630的其中一个光电耦合器导通,此时光耦的电源电
压10V施加在开关管的栅源极之间,使得开关管处于导通状
态,反之,PWM信号为低电半时光耦断开.开关管处于截止状
收稿日期:2015-11-09
基金项目:甘耐省高等学校科研项目(2015A-163
态。?此通过调整PWM信号的占空比继而控制开关管的导
作者筒介胡攻(1982-),女,甘永昌,顶士,讲师,主要研究方向为计算通时间,实现充电电压し」稳定在18~24V范用内,充电电流
机测量与控制。
I在1A~2A范闹内步进可调的功能。