（毕业论文41页16054字）摘要：便携式电子产品的快度发展，促使电池的品种增加及性能提高，并且使可充电电池的产量大增，同时对充电器的要求也趋于效率高、体积小、成本低、重量轻并且安全实用。在比较了现有充电器的设计原理后课题设计采用安森美公司生产的低成本、低功耗开关电源控制芯片NCP1215设计电池充电装置的电源电路，输入200~240V交流电压，输出6.5V直流电压，输出功率为7W；采用MAXIM公司生产的快速充电管理芯片MAX712设计电池充电电路。该电池充电装置能对5#镍氢/镍镉电池快速充电，并且在电池充电过程中利用电压变化对充电过程进行控制，防止电池过充电。
关键词：电池；充电器；电源
The Design Of Battery Charging Equipment
Abstract：With the rapid development of portable electronic products, the variety of batteries increase fast, so does the improvement of quality. The output of the rechargeable batteries is enlarged also. Moreover, the requirement for the recharger is tend to be high efficiency, small size, and low cost, light weight, safe and practical. In this paper, the current design principle of chargers is compared. Using the rapid-charging management chip MAX712 produced by MAXIM, the battery refresh circuit has been completed. And the low-cost and low-power switching power controller--NCP1215 made by Ansemi is adopted to design the power circuit. The input voltage of the device is AC 200-240V, the DC voltage output is 6.5V, and the DC power output is 7W. In addition, the device can recharge the #5 nickel-hydrogen/nickel-cadmium batteries quickly, and with controlling the changeable power in the process of charging, the battery can be protected from the over-charging.
Key words：Battery , Chargers, Power Supply
目 录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.1.1 电池充电器 1
1.1.2 开关电源 2
1.2 课题的目的及意义 3
第2章 电池与充电 4
2.1 充电电池相关知识 4
2.2 电池充电的控制 6
第3章 电源原理与设计 7
3.1 直流稳压电源 7
3.1.1 整流电路 7
3.1.2 滤波电路 8
3.1.3 稳压电路 9
3.2 集成稳压电源 10
3.3 开关式稳压电源 10
3.4 开关式电源的控制芯片 11
3.4.1 M51995A 11
3.4.2 NCP1215 12
3.5 电源的设计 12
3.5.1 设计电源的思路 12
3.5.2 NCP1215引脚图及功能 13
3.5.3 NCP1215应用资料 13
3.5.4 NCP1215内部功能块 14
3.5.5 电源电路的计算 18
第4章 充电电路的选择和设计 23
4.1 充电电路的选择 23
4.2 充电电路控制芯片的选择 23
4.2.1 DS2712 23
4.2.2 MAX712 24
4.3 充电电路设计 24
4.3.1 MAX712的内部结构 24
4.3.2 MAX712的引脚及功能 24
4.3.3 充电控制方法 26
4.3.4 充电器电路计算 27
第5章 电路调试 30
5.1 电源电路测试 30
5.2 充电电路测试 30
结论 32
致谢 33
参考文献 34
附录 36
第1章 绪 论
1.1 课题背景
1.1.1 电池充电器
现代社会电池的使用范围已经由40年代的手电筒、收音机、汽车和摩托车的启动电源发展到今天上百种用途。小到从电子表手表、CD唱机、移动电话、MP3、MP4、照相机、摄影机、各种遥控器、剔须刀、手枪钻、儿童玩具等。大到从医院、宾馆、超市、电话交换机等场合的应急电源，电动工具、拖船、拖车、铲车、轮椅车、高尔夫球运动车、电动自行车、电动汽车、风力发电站用电池、导弹、潜艇和鱼雷等军用电池。还有可以满足各种特殊要求的专用电池等。电池已经成为人类社会必不可少的便捷能源。
电池(Batteries)，是一种能量转化与储存的装置，它通过反应将化学能或物理能转化为电能。电池最早诞生于1836年，1899年发明了镍镉电池，1901年发明了镍－铁电池，进入20世纪以后，电池理论和技术处于一度停滞时期．但在第二次世界大战之后，电池技术又进入了快速发展的时期．首先是为了适应重负荷用途的需要，发展了碱性锌锰电池，1951年实现了镍镉电池的密封化，这是镍镉电池发展史上另一个重要的里程碑。在这种电池中，化学反应产生的各种气体不用排出，可以在电池内部化合。密封镍镉电池的研制成功，使镍镉电池的应用范围大大增加。镍镉电池在20世纪80年代得到了迅猛发展。
我国的电池产业虽然起步较晚，但发展很快。2005年，中国镍氢电池产量超过9.6亿只，2006年产量继续以超过15%的速度增长，达到11亿只左右。
随着消费者和产业的环保意识增强，碱性一次电池和含有有毒金属镉等二次电池使用日益受到限制，可充电的镍氢电池和锂电池得到了广泛的使用[1]。
充电器是伴随着充电电池的发展而发展的，早期出现的充电器多为镍镉电池充电器，当镍氢电池逐渐替代镍镉电池后，充电器也主要以镍氢电池充电器为主。
镍镉电池充电器大致可分为三类。
第一类是简单的定时充电器，充电时间是固定的，时间一到，就自动停止充电。此类充电器不适合给镍氢电池充电，镍氢电池不会被完全充满电。
第二类是所谓的“通宵”充电器，它的充电速率就非常低。这类充电器能为镍氢电池充分充电，但是它必须花上很长的时间，使用很不方便。
第三类疾速充电器，它给镍氢电池充电，不需要多余的电路，一旦电池充满后，充电停止。能在2个小时以内给电池充分充电的充电器，就称为疾速充电器，此类疾速充电器会使镍氢电池过度充电。在充电过程中，电池变得很热，那么这就是过度充电的征兆。在充电过程中电池的电压会随著储存电量的增加而逐渐上升，当电池储存的电量达到饱和电极材料无法继续充电时，若继续充电则电解液会起电解，并且在阳极产生氧气，在阴极产生氢气，如此会在密封的电池内部造成内部压力上升，会对电池内部结构造成破坏。像这种现象称之为过度充电，过度充电会使电池的寿命缩短。所以，总的来说专门为镍镉电池充电的充电器可以充镍氢电池但不适用[2]。
1.1.2 开关电源
开关电源自问世以来，显示出强大的生命力，并以其优良特性倍受人们的青睐。目前，它已成为开发国际通用的高效率中、小功率开关电源优选IC，也为新型开关电源的推广和普及创造了条件。
（1） 开关电源的发展趋势
电源是各种电子设备必不可缺的组成部分，其性能优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分线性电源和开关电源两大类。线性稳压电源亦称为串联调整式稳压电源。其稳压性能好、输出纹波电压很小，但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管的功率损耗较大，致使电源的体积和重量大、效率低。开关电源SPS（Switching Power Supply）被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为稳压电源的主流产品[3]。开关电源内部关键元器件工作在高频开关状态，本身消耗的能量很低，电源效率可达80%～90%，比普通线性稳压电源提高近一倍。开关电源也称为无工频变压器电源，它是利用体积很小的高频变压器来实现电压变换及电网隔离的，不仅能去掉笨重的工频变压器，还可以采用体积较小的滤波元件和散热器，这就为研究与开发高效率、高密度、高可靠性、体积小、重量轻的开关电源奠定了基础[4]。
（2） 开关电源的发展历史
开关电源已有了几十年的发展历史。早期的开关频率很低，成本昂贵，仅用于卫星电源等少数领域。20世纪60年代出现过晶闸管（旧称可控硅）相位控制式开关电源，70年代由分立元件制成的各种开关电源，均因效率不够高、开关频率低、电路复杂、调试困难而难于推广，使之应用受到限制。70年代后期以来，随着集成电路设计与制造技术的进步，各种开关电源专用芯片大量问世，这种新型节能电源才重获发展。目前，开关频率已从几十千赫兹左右提高到几百千赫兹至几兆赫兹。与此同时，供开关电源使用的元器件也获得长足发展。MOS功率开关管（MOSFET）、肖特基二极管（SBD）、超快恢复二极管（SRD）、瞬间电压抑制器（TVS）、压敏电阻器（VSR）、熔断电阻器（FR）、线性光耦合器、可调式精密并联稳压器（TL431）、电磁干扰滤波器(EMI Filter)、高导磁率磁性材料、由非晶合金的磁珠（magnetic bead）、三重绝缘线（Triple Insµlated Wire）、玻璃珠（glass beads）胶合剂等一大批新器件、新材料正被广泛采用。所有这些，都为开关电源的推广与普及提供了必要条件[5]。
1.2 课题的目的及意义
目前，镍镉电池和镍氢电池充电器的价格一般都在几十元到几百元之间，但这个小小的充电器如果质量不过关的话，给用使用者带来的危害却不小。
首先，劣质充电器由于配件质量不过关或电器性能不良，自身容易出现短路、过热烧毁等故障，轻则让用户损失充电器，重则会引起各种灾难性的危害如火灾等。
其次，劣质充电器由于输出电流不稳定或不符合规格，会引起电池过热、充电不完全等故障，轻则影响使用，减短电池使用寿命，重则会引起电池爆炸等危险。
在比较了市面上几个充电器的基本设计之后，设计选用开关电源技术和集成电路芯片设计电池充电装置，期望达到安全、实用、快速充电的目的。课题的设计是一次很好的学习机会，独立思考能力和动手能力都在设计中得到锻炼。
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