智能追光鋰電充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

睡眠模式

內(nèi)部有睡眠狀態(tài)比較器，當(dāng)輸入電壓低于電池端電壓加20mv時(shí)，充電器處于睡眠模式，只有當(dāng)輸入電壓上升到電池端電壓50mv以上時(shí)，充電器才離開睡眠模式，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

輸入電壓源限流模式

當(dāng)CN3063輸入電壓源的電流輸出能力小于所設(shè)置的充電電流時(shí)，器件內(nèi)部的8位模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路根據(jù)輸入電壓源的電流輸出能力自動(dòng)控制充電電流，此時(shí)實(shí)際充電電流可能小于所設(shè)置的充電電流，但是在滿足施加在CN3063的第4管腳VIN的電壓不低于最小工作電壓4.35的前提下，能夠使得充電電流最大化。在這種模式下用戶不需要考慮最壞情況，只要根據(jù)輸入電壓源的最大電流輸出能力設(shè)置充電電流就可以了，非常適合利用太陽(yáng)能電池等電流輸出能力有限的電壓源對(duì)電池進(jìn)行充電。

充電結(jié)束

在恒壓充電狀態(tài)，當(dāng)施加在CN3063的第4管腳VIN的電壓大于4.45V，并且當(dāng)充電電流小于所設(shè)置的恒流充電電流的1/10時(shí)，充電周期結(jié)束。在輸入電壓源限流模式，即使充電電流小于所設(shè)置的恒流充電電流的1/10，充電也將繼續(xù)，不會(huì)結(jié)束。這樣可以保證即使在輸入電壓源的電流輸出能力很微弱的情況下，也能為電池充電。

預(yù)充電狀態(tài)

在充電周期的開始，如果電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端（FB）的電壓低于3V，充電器處于預(yù)充電狀態(tài)，充電器以恒流充電模式充電電流的10%對(duì)電池進(jìn)行充電。

電池電壓Kelvin檢測(cè)

CN3063有一個(gè)電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端（FB），此管腳通過對(duì)芯片內(nèi)部的精密電阻分壓網(wǎng)絡(luò)連接到恒壓充電的誤差放大器。FB管腳可以直接連接到電池的正極，這樣可以有效避免電池正極和CN3063的第5管腳之間的寄生電阻（包括導(dǎo)線電阻，接觸電阻等）對(duì)充電的影響。這些寄生電阻的存在會(huì)使充電器過早的進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)，延長(zhǎng)充電時(shí)間，甚至使電池充不滿，通過使用電池電壓Kelvin檢測(cè)可以解決這些問題。如果將此管腳懸空，那么CN3063一直處于預(yù)充電狀態(tài)，充電電流為所設(shè)置的恒流充電電流的1/10。

設(shè)定恒流充電電流

在恒流模式，計(jì)算充電電流的公式為

其中，表示充電電流，單位為A。表示ISET管腳到地的電阻，單位為歐姆。

在本系統(tǒng)中，設(shè)置500mA的充電電流，因此，=1800V/0.5A=3.6KΩ。

電池溫度監(jiān)測(cè)

為了防止電池溫度過高或者過低對(duì)電池造成的損害，CN3063內(nèi)部集成有電池溫度監(jiān)測(cè)電路。電池溫度監(jiān)測(cè)時(shí)通過測(cè)量TEMP管腳的電壓實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)TEMP管腳的電壓大于46%*VIN超過0.15秒時(shí)，芯片正常工作；如果TEMP管腳的電壓小于46%*VIN超過0.15秒時(shí)，則CN3063認(rèn)為電池的溫度超出范圍，充電將暫時(shí)停止，當(dāng)TEMP管腳的電壓又重新大于46%*VIN超過0.15秒時(shí)，充電會(huì)繼續(xù)。

本系統(tǒng)中將TEMP管腳接到地，禁用電池溫度監(jiān)測(cè)功能，并以DS18B20作為替代，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋰電池電壓，方便觀察。

再充電

當(dāng)一個(gè)充電周期結(jié)束時(shí)，如果電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端的電壓低于再充電閥值時(shí)，CN3063自動(dòng)開始一個(gè)新的充電周期。

恒流/恒壓/恒溫充電

采用恒流/恒壓/恒溫模式對(duì)電池充電，在恒流模式中，如果CN3063功耗過大，器件的結(jié)溫接近115°C，放大器Tamp開始共工作，自動(dòng)調(diào)整充電電流，使器件的結(jié)溫保持在大約115°C。

漏極開路狀態(tài)指示輸出端

有兩個(gè)漏極開路狀態(tài)指示端和，這兩個(gè)狀態(tài)指示端可以驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管或單片機(jī)端口。用來(lái)指示充電狀態(tài)，在充電時(shí)，為低電平；用來(lái)指示充電結(jié)束狀態(tài)，當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，為低電平。當(dāng)電池的溫度處于正常溫度范圍之外超過0.15秒時(shí)，和管腳都輸出高阻態(tài)。當(dāng)電池沒有接到充電器時(shí)，充電器很快將輸出電容充電到恒壓充電電壓值，由于電池電壓Kelvin檢測(cè)輸入端FB管腳的漏電流，F(xiàn)B管腳和BAT管腳的電壓將慢慢下降到再充電閥值，這樣在FB管腳和BAT管腳形成一個(gè)紋波電壓為100mv的波形，同時(shí)輸出脈沖信號(hào)表示沒有安裝電池。當(dāng)電池連接端BAT管腳的外接電容4.7uF時(shí)，脈沖的周期大約為10Hz。系統(tǒng)中管腳接紅色LED, 管腳接綠色LED。

表3列出了兩個(gè)狀態(tài)指示燈及其對(duì)應(yīng)的充電狀態(tài)。

表3狀態(tài)指示燈與充電狀態(tài)關(guān)系

（5）溫度監(jiān)測(cè)

方案一：采用熱敏電阻做傳感器件。熱敏電阻與溫度的變化是非線性的，而8位單片機(jī)的計(jì)算能力有限，在使用時(shí)，需摒棄復(fù)雜的計(jì)算公式，改用查表法算取溫度。溫度的精度值取決于AD采樣精度，溫度表格精度和熱敏電阻精度。

方案二：采用DS18B20溫度傳感器。使用時(shí)，只需編寫嚴(yán)格的時(shí)序，即可直接讀出溫度值，低四位進(jìn)行小數(shù)近似化處理，可以得到較為準(zhǔn)確的溫度值。

由于熱敏電阻與溫度的變化是非線性的，而且無(wú)法使用復(fù)雜的計(jì)算公式得出精準(zhǔn)的溫度值，我們采用方案二，當(dāng)鋰電池溫度大于60°C時(shí)，停止充電。

DS18B20的應(yīng)用電路如圖15所示。

圖15溫度監(jiān)測(cè)

（6）照明燈控制

方案一：通過檢測(cè)光敏電阻阻值的大小，判斷白天黑夜，并根劇光敏電阻阻值調(diào)節(jié)照明燈亮度。

方案二：通過檢測(cè)太陽(yáng)能電池板輸出電壓，來(lái)判斷白天黑夜，并進(jìn)一步調(diào)節(jié)照明燈亮度。

比較兩種方案，方案二中太陽(yáng)能電池板輸出電壓不僅會(huì)受到外界光強(qiáng)的影響，還跟溫度高低等其他因素有關(guān)系，為避免誤判斷，我們采用方案一，且方案一中，根據(jù)光敏電阻阻值大小，更易于使用脈寬調(diào)制（PWM）模擬DA功能。

應(yīng)用電路如圖16所示。

圖16照明燈

當(dāng)檢測(cè)到外界光強(qiáng)低于閥值時(shí)，打開照明燈，并使用STC12C5A60S2單片機(jī)的一路PCA輸出PWM波，模擬DA功能，程序如下：

void SetLed(uchar PWM_LOW)

{

CCON=0; //PCA控制寄存器初始化

CL=0; //PCA計(jì)數(shù)器低8位清零

CH=0; //PCA計(jì)數(shù)器高8位清零

CMOD=0X02; //模式設(shè)置

CCAP0H=CCAP0L=PWM_LOW; //將光敏電阻值送給PCA捕捉/比較寄存器

CCAPM0=0X42; //設(shè)置PCA工作模式

CR=1; //啟動(dòng)PCA計(jì)數(shù)器

}

rg0=GetADCResult(2); //光敏電阻值采集

if(rg0>=0xa0) //電阻值大于閥值時(shí)，調(diào)光

SetLed(rg0-0xa0);

else

SetLed(0); //否則，發(fā)送0，即關(guān)閉照明燈