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采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

電子設(shè)計 ? 來源:郭婷 ? 作者:電子設(shè)計 ? 2018-12-05 07:52 ? 次閱讀

近年來,能源短缺問題日益突出,人們在擔(dān)憂能源枯竭的同時,對能源的浪費卻大得驚人。例如各種廢棄的電池,尤其是遙控玩具車使用的電池,甚至沒用到其能量的一半就被廢棄掉了,這不僅造成能源的浪費,更造成了環(huán)境的污染。因而研制一種收集各種廢舊電池能量的裝置已迫在眉睫。

本文設(shè)計一種以直流電源變換器為核心的電能收集裝置,該裝置可用于人們在旅途為手機(jī)隨時充電,也可用于礦工照明等。該充電器可將直流電源的能量傳遞到3.6 V以上的可充電電池中。系統(tǒng)根據(jù)輸入電壓不同采用MC34063和HT7750來構(gòu)建供電電路給電池充電,經(jīng)過89C51單片機(jī)控制 AD0832來檢測電源輸出電壓的大小,從而判斷是否對電池進(jìn)行充電,并且檢測時間的長短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定 ,并通過數(shù)碼管顯示出來。為了提高單片機(jī)的工作效率,對單片機(jī)處于休眠和工作兩種狀態(tài)進(jìn)行斷續(xù)的檢測。

1. 系統(tǒng)設(shè)計框圖

電能收集充電器的核心為直流電源變換器,從直流電源中吸收的電能轉(zhuǎn)移到可充電電池中。電能收集充電器是將輸入的功率盡可能大的輸送到所需充電的設(shè)備中,使得充電器的充電效率盡可能提高。該充電器對輸入電壓要求低,并且可以最大可能的吸收直流電源中的能量,比一般的充電器節(jié)能。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖1 系統(tǒng)框圖

根據(jù)電壓Ui 取值的大小采用兩種直流電源變換器,當(dāng)電壓為1.1 V< Ui <3.6 V 時,采用HT7750 組成的Boost升壓電路來實現(xiàn);當(dāng)供電電源大于3.6 V時,電路是用單片機(jī)控制集成芯片MC34063來實現(xiàn)的。MC34063的工作電壓是3~40 V,所以電源輸入電壓只需要在3 V以上就可以讓它工作。單片機(jī)能通過自身休眠來提高效率,還可以檢測電壓值控制電池的充電,并且由數(shù)碼管顯示出檢測的時間長短,這個時間可以根據(jù)用戶的要求任意調(diào)節(jié)。這樣的電路直觀、穩(wěn)定、可靠,并且在實際運用中,在接負(fù)載的情況下,它能穩(wěn)定的達(dá)到所需要的電流值和電壓值。同時電路簡單易懂,容易調(diào)試數(shù)據(jù),成功率高。

2. 硬件電路設(shè)計

2.1 升壓電路設(shè)計

升壓電路主要由HT7750組成,HT7750轉(zhuǎn)換器具有高效率和低紋波。該系列具有超低啟動電壓、高輸出電壓精度。只需要3個外部元件即電感、穩(wěn)壓管、電解電容,以提供固定輸出5 V電壓。電路如圖2所示。

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖2 升壓電路

2.2 供電電路設(shè)計

供電電路是由MC34063芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路,此芯片是一款可降壓也可升壓型的采用PWM 調(diào)節(jié)方式的開關(guān)穩(wěn)壓電源芯片,MC34063的工作電壓范圍為3~40 V.此電路是把輸入進(jìn)來的電壓進(jìn)行穩(wěn)壓處理達(dá)到所需電壓值,同時此電壓還可以作為單片機(jī)和ADC0832 的工作電壓。電路構(gòu)成如圖3所示。

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖3 供電電路

2.3 控制電路設(shè)計

采用8051 單片機(jī),它擁有編程靈活、功能強(qiáng)大、而且廉價的好處,與INTEL公司的8096系列16位單片機(jī)相比,8051更具有明顯的價格優(yōu)勢 .同時能夠滿足需要,成為首選。它可以自身休眠來減小功耗,提高效率,它由基準(zhǔn)電源電路輸出穩(wěn)定的5 V電壓供電,主要起到檢控電壓的作用。89C51單片機(jī)控制AD0832來檢測電源輸出電壓的大小,從而判斷是否對電池進(jìn)行充電,并且檢測時間的長短可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行設(shè)定,通過數(shù)碼管顯示出來。這里用的ADC 是ADC0832 芯片,它是一個串行的ADC,它具有速度和精度都足以滿足此電路,在ADC0832 的VCC 腳與基準(zhǔn)電路供電的輸出腳間接一個大電容從而使輸入給ADC0832 的電壓更穩(wěn)定。電路構(gòu)成如圖4所示。

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖4 控制電路

2.4 充電電路設(shè)計

該電路是通過單片機(jī)對充電電路的控制從而實現(xiàn)對電池的充電,起到開關(guān)作用。并且電路中加入了LED燈,從而顯示充電器是否工作。電路如圖5所示。

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖5 充電電路

3. 軟件部分的設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件采用C 語言來編寫,所有代碼在UV2下編譯調(diào)試。軟件程序設(shè)計主要檢測電源輸出電壓的大小,從而對判斷是否對電池進(jìn)行充電,同時單片機(jī)通過自身休眠來減小功耗,提高效率。程序主流程圖如圖6所示,休眠時間控制流程圖如圖7 所示。

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖6 主流程圖

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

圖7 休眠時間控制流程圖

4 測試方法與結(jié)果

(1)當(dāng)輸入電壓Ui 為10~20 V 時,取電源內(nèi)阻Rs為100 Ω,可充電池的內(nèi)阻Rc 為0.1 Ω,由理論計算得:

Ic > (Es - Ec) (Rs + Rc)

即:

Ic > (20 - 3.6) (100 + 0.1) = 163.8 mA

實際測量時Ic = 164.6 mA>163.8 mA,滿足了設(shè)計的要求。測試數(shù)據(jù)見表1。

本設(shè)計的工作效率由輸出電壓U*out 與輸出電流Iout的乘積比上輸入的電壓Uin 與電流Iin 的乘積。即:

η = (Uout*Iout ) (Uin*Iin )

(2)當(dāng)Ui 從0逐漸升高時,能啟動充電功能的Ui 為0.28 V;當(dāng)Ui 為0時,系統(tǒng)最大反向充電電流僅為0.09 mA。

表1 高壓參數(shù)表

采用MC34063和HT7750的直流電能收集充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

5. 結(jié)語

本文設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的直流電能收集充電器,該充電器在輸入電壓低至1 V的情況下仍能將能量傳遞至3.6 V以上的可充電池中。同時制作了實驗樣機(jī)并對實驗樣機(jī)進(jìn)行了測試。實驗結(jié)果表明該充電器具有工作電壓范圍寬,效率高,適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性好等優(yōu)點。從一定程度上解決了廢棄電池能源的浪費及對環(huán)境的污染。

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