图2系统控制结构框图
3.2.1志愿检测
系统电压采样采用精密电阻分压方法,将测量电压范围转换成0-2.56V,然后通过1倍的差分ADC通道转换成数字信号,在充电过程中将测得的电压值与预先设定的值进行比较,再控制调整PWM占空比完成对充电电压的控制与调节。
3.2.2电流检测
在系统电流的榆测上,由于选用ATtiny261的ADC差分通道,这就要求其正端输入电压必须大予负端输入电压。困此,在电路设计上,通过串联在电流主回路中的高精度采样电阻RsenseB和RsenseA,经ADC2-ADCl和ADCl-ADC0两对32倍的ADC差分通道(参见图3),分别完成对充、放电电流的检测。可见,差分ADC的选用,既保证了电流采样的精准,又避免了因电路中引入差分远放所带来的功率损耗问题,很好的满塑封电感器足了系统性能与功耗两方面的要求,充分体现了ATtiny261的优势。
图3电池保护电路
3.2.3温度检测
温度检测确保了安全充电步骤的执行。系统中使用ATtiny261的毖上湿度传感器,通过ADCIl进行温度检测。测量电压与温度基本成线性关系,约lmv/°C的精度可提供充分精度的温度测量。如欲获得更高精度的温度检测,可通过软件写入校准值的方法来实现。
3。2。4 PWM控制
设计中,在前述稳压管反馈控制的摹础上,在反馈环节中引入PWM的方法控制充电。其基本控制思想是利用单片机的PWM端口,在电感器生产不改变PWM波周期的前提下,通过电流及电压的反馈,用软件的方法调整PWM占空比,从而使电流或电压按预定的充电流程进行。
因系统进入充电工作状态后,受锂电池终止充电电压的限制,其最高电压不得高于12.7V,所以开关电源中的稳压管Zl始终处于截止状态,充电过程完全由PWM的控制来实现。以恒压充电为例,在充电电压调整之前,单片机先快速读取充电电压检测值,然后将设定的电压值与实际读取值进行比较,若实际电压偏高,则提高PWM占空比,使线性光耦PC817的发光二极管的电流1F增大,致使TNY268的EN脚置为低电平,其片内功率MOSFET关断,输出电压降低。反之,则降低PWM占空比->IF减小->EN脚为高电平,片内功率MOSFET接通,输出电压升高。在预充电,恒流充电阶段对电流的调整,是通过采样电阻将电流转换为电压进行的,因此其PWM控制调整过程与恒压阶段完全类似。当充电结束时,PWM持续输出占空比为1的高电电感器参数平,关断TNY268P的片内MOSFET,中断功率转换回路,实现充满后自动停充。
为保证采样的准确,尽量避免由于ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的波纹干扰,所有采样点都经过阻容滤波处理,并在软件PWM的调整过程中采用了数字滤波技术。
3.2.5 按键与显示
充电器的功能按键响应由ATtiny261的外中断来实现,与LED显示相配合可获知池放电状况,并提醒系统即将终止。系统充放电的每个状态都与相应LED显示对应。可根据电压检测判断是否有电池装入及提供电池短路保护,并给出LED报警信号。
3.3保护电路
由于锂电池的化学特性,在使用过程中,其内部进行电能与化学能相互转化的化学正反应。但在菜蝗条件下.如对其过充电、过放电和过电流将会导致电池内部发生化学副反应,该副反应加剧则会严重影响锂电池的性能与使用寿命,甚至会引起爆炸而导致安全问题,因此锂电池保护电路显得至为重要。
如图3所示,该电路选用精工的多节锂电池保护芯片S8233构成,可对电池电压和回路电流进行有效监测,并通过对MOS管FET-A或FET-B的控制在某些条件下关断究、放电回路以防止对电池发生损害。与其它电池保护芯片如S8254相比较,S8233还可通过外接MOS管FET1,FET1及FET3来保证锂电池组的充电平衡,这是其它类似芯片所不具备的优点。通过单片机对S8233芯片CTL端子的控制,可实现对锂电池的故障保护。
4贴片电感 软件设计
系统软件采用汇编语言编写,并在AVR Studio4环境下编译调试完成。整个系统软件内充电主程序和中断服务子程序组成。主程序主要完成系统、变量及看门狗定时器的初始化.控制系统实现充电功能。单片机完成初始化后,根据电池状况判断应该进入哪一个充电阶段,然后通过AD采样与中断响应完成PWM的调整,实现相应阶段的控制。主程序流程见图4。程序中通过AD中断子程序来改变PWM占空比,定时中断子程序来控制最大充电时间,外中断来判断电池组放电状态。
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