TOP1 便携式设备快速充电电源电路模块

输入选择电路模块

输入选择电路用以实现对外接供电电源的选择，本设计中采用目前主流的USB 供电以及电源适配器供电两种方式，以适应不同的供电环境，外接电源的供电电压需在4.5V～6V 之间，当两者共同存在时，适配器具有优先权，具体实现方法如图3，分以下三种情况：

图 输入选择电路

只有电源适配器供电，PMOS 管截止，输入电压经D1 降压后，给后级电路供电，D1 采用肖特基二极管，导通压降约为0.3V ;只有USB 供电，PMOS 管导通，D1 用于防止USB 接口通过电阻R2 消耗电能;两者同时存在，PMOS 管截止，电源适配器输入电压经D1 降压后，给后级电路供电。

锂电池充电管理电路模块

锂电池充电电路采用CN3052 锂电池充电芯片，CN3052 可以对单节锂电池进行恒流或恒压充电，只需要极少的外围元器件，可编程设定充电电流，恒压充电电压为4.2V。并且符合USB 总线技术规范，非常适合于便携式应用的领域。应用电路如图4只需要很少的外部元件，输出电压4.2V，精度可达1% ，CE 为芯片使能端，高电平有效。绿色LED 用于指示电池是否处于故障状态，红色LED用于指示是否处于充电状态。本设计中TEMP 管脚接到地，未使用温度检测功能。R4 用于设定恒流充电电流。设计中R4 为10KΩ，充电电流为180mA。

图 锂电池充电管理电路

电池输出稳压电路模块

因锂电池电量不同时，输出电压可在大约3.5～4.3V之间变动，采用低压差线性稳压器(LDO)对电池输出电压进行稳压，经稳压后输出恒定的3.3V 电压，本设计采用TPS76333 稳压芯片，只需极少的外围元件，使用方便，此稳压芯片最大可输出150mA 电流。电路图如图5所示。

图 电池稳压电路

外接电源稳压电路模块

因电池供电时，经LDO 电路稳压后，输出电流有限，当有外接电源时，稳压方式采用SPX1117-3.3V 稳压器进行稳压，输出电流可达800mA。交流电经过整流可以变成直流电，但是它的电压是不稳定的：供电电压的变化或用电电流的变化，都能引起电源电压的波动。要获得稳定不变的直流电源，还必须再增加稳压电路。电路图如图6 所示。

图 外接电源稳压电路

系统整体电路模块

系统整体电路如图 所示。由输入选择电路选择外接电源的供电方式，电源输入的电压值为4.5~6 伏，有外接电源时，直接经3.3V 稳压器稳压后输出，如果电池电量不足时，同时通过锂电池充电电路对锂电池进行充电;没有外接电源时，由锂电池供电，经3.3V低压差线性稳压器稳压后输出，供电选择电路根据是否有外接电源，选择由外接电源供电或者锂电池供电。

图 整体电路

系统介绍一种通用性较强、成本低廉的便携式电源系统，讨论分析电源电路的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计电路进行控制，并利用软件进行电路设计和仿真验证。采用外接电源供电，也可由内置锂电池供电，系统最终输出电压均为 3V，系统可广泛应用于各种便携式设备，有较强的实用性和较好的市场前景。

TOP2 简易快速充电电源模块电路模块

采用NEC upd78F0547单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，并可由液晶显示器显示输出的电压、电流值。主电路采用运放LM324和达林顿管组成调节电路，电路设计合理，编程正确。除了完成题目要求外，电路设计了步进设置功能，可设置不同的恒流和稳压值。

恒流、恒压充电电路：这部分电路是整个电路的核心部分，主要由D/A转换电路，恒流、恒压调整电路，检测电路组成。控制电路输送来的数字信号由D/A转换电路IC205转换成模拟信号作为基准电压，然后送到电压比较器IC201的正输入端。输出端取样电阻上取得取样电压信号送到电压比较器IC201的负输入端，与基准电压比较，比较结果由IC201的输出端反馈到T202，控制T202的导通状态。由D201、 D202、R201、T203组成一个恒流源A，恒流值I=2Ud-Ube/R201 。T202的导通状态影响着对恒流源A的吸收电流，从而改变恒流源A对调整管T201基极的驱动电流，稳定调整管T201的输出值。为减小输出纹波，调整管T201使用达林顿三极管。调整管T201基极电流由一恒流源提供，进一步减小电源电压波动对调整管T201带来的影响。电路采用悬浮驱动。

电位器W103以及单片机(内含A/D转换)组成电压检测电路。W103将输出电压的取样信号送单片机内部的A/D电路进行转换，转换得到的数字信号由单片机处理，并由LCD显示器显示测量值。取样电阻R202、IC202以及单片机(内含A/D转换)组成电流检测电路。取样电阻R202上的取样信号送 IC202处理、送单片机内部的A/D电路进行转换，转换得到的数字信号由单片机处理，并由LCD显示器显示测量值。

图恒流、恒压充电电路原理图

图 D/A转换电路原理图

控制电路：控制电路主要由NEC upd78F0547单片机及外围电路、键盘电路等组成。单片机接收检测电路传输来的信号，经过A/D转换后将电压和电流值显示到液晶上。该电路能够通过按键设定电源的输出电压值和电流值，通过控制D/A芯片的设定值实现控制输出电压值和电流值。并根据检测实际输出的电流(压)值与设定值比较后，调整D /A芯片的设定值 ，使得电源的输出稳定、可靠。

图CPU电路原理图

图 键盘电路原理图

显示电路：采用4行8列的汉字液晶屏显示实际的设定电流值、设定电压值、实际输出的电流值、实际输出电压值。电压分辨率0.1V。电流分辨率1mA。液晶屏能够在设定时显示设定的电压和电流值。

图 LCD显示电路原理图

电源电路：具有2组输出直流输出，一组为主输出DC18V，作为充电电路的能源输入;另一组输出±DC 12V和DC 5V，给本电源中控制电路、恒流(压)调整电路、显示电路等部分提供工作电源。

图 电源电路原理图

恒流输出时，在100mA(慢充)和200mA(快充)可设置的基础上，增加了电流值从100MA---200MA可调功能，步进为20 mA。可设置多种恒压输出状态，恒压输出值为：10V，9V，12V。以直流电源为核心，NEC upd78F0547单片机为主控制器，通过键盘来设置直流电源的输出电流，并可由液晶显示器显示输出的电压、电流值。由单片机程控设定数字信号，经过 D/A转换器输出模拟量，再经过运算放大器隔离放大，控制输出功率管的基极，随着功率管基极电压的变化而输出不同的电流(压)。可稳定地实现恒压或恒流充电状态，并在恒流输出时可设置电流100mA慢充和200mA快充，电压(流)波动和纹波电压(流)小，并具有过热保护和自动恢复功能。

充电电源

充电电源charging supply 供蓄电池充电用的整流装置。早期采用交流电动机-直流发电机组(又称旋转式机组)作充电电源，20世纪60年代以后，由电力电子器件组成的充电电源取代。充电电源常采用单相(或三相)半控整流电路(由晶闸管和二极管混合组成，负载电压不能反向)或不控整流电路(由无控制动能的整流二极管组成)加接交流调压器的整流电路，在直流电路中，需用平波电抗器抑制直流电流脉动，防止电流断续。

充电方式

蓄电池充电方式通常有：①恒电压充电。充电电压恒定，充电电流随蓄电池电压上升而减小，直至为零。②恒电流充电。为防止气泡和酸雾，常用分阶段递降电流的恒流充电法。③恒电压恒电流充电。先恒流充电，当电压达到产生气泡时再恒压充电。④定出气率充电。先用大电流充电，待蓄电池出气率到某恒定值时，降低充电电流，使出气率稳定在较低数值。⑤恒温充电法。蓄电池温度升到某定值后，降低充电电流，使蓄电池温度保持在规定值。此外，50年代以后出现脉冲充电、放电和快速充电技术。其充电时间只需数十分钟(常规充电需数十小时)。快速充电电源除有充电电路，还有放电电路。各类充电电源除主电路外，都需有相应的检测和控制电路。

详细信息

供蓄电池充电用的整流装置。早期采用旋转式机组(交流电动机-直流发电机组)作充电电源，20世纪60年代以来逐渐由电力电子器件组成的充电电源取代。

蓄电池充电方式通常有以下 3种：①恒压充电方式。充电电压恒定，充电电流随蓄电池电压上升而减小，当充电电流为零时充电结束。②恒流充电方式。充电过程中电流保持恒定，在实际应用中，常采用分阶段恒流充电法，因充电后期，如充电电流仍保持充电开始时的电流值，则会激起大量气泡和酸雾，蓄电池温度上升，导致电池极板损伤，容量降低。为此，充电后期要适当减小充电电流，即起始阶段充电电流大，后阶段充电电流小。③恒压恒流充电方式。具有恒压充电和恒流充电两种特性。在充电初期按恒流充电，当电压达到产生气泡时，再按恒压充电。充电电源常采用单相(或三相)半控整流电路或不控整流电路加接交流调压器的整流电路。在直流电路中用平波电抗器抑制直流电流脉动，防止电流断续。按充电方式不同都有相应的检测电路和自动控制或手动调节电路。用于固定蓄电池浮充电用的充电电源，一般采用恒压恒流充电方式，且要求具有下列特性：恒压控制精度高;直流输出电压能从蓄电池放电完毕时的低电压到平均充电电压范围内方便地调节;输出电压-电流特性应具有限制过流的下垂特性。

除以上常规充电法外，尚有以下两种充电方法：①定出气率充电法。充电过程初期，用大电流充电，当蓄电池的出气率达到某一恒定值时，气体检测元件发出控制信号，及时降低蓄电池的充电电流，从而使出气率稳定在较低数值。②恒温充电法。充电过程中，蓄电池温度将升高，当温度达到一定数值后，通过恒温器或热敏元件检测,并及时发出控制信号，进而降低充电电流,使蓄电池的温度保持在规定值。

脉冲充电、放电去极化快速充电法是50年代初期研究成功的快速充电技术。充电时间从常规充电法的数十小时缩短到数十分钟。此法的蓄电池的充放电电流波形如图所示。 　快速充电电源除有充电电路外，尚有放电电路。放电电路可利用各种直流静止开关使蓄电池直接对R-L进行能耗放电;也可用有源逆变电路使蓄电池对交流电网馈电，同样起到放电效果。快速充电电源在充、放电主电路之外，还得有相应的检测以及程序控制触发电路。