C8051F310的呼和浩特干式变压器设计

C8051F310器件设计离子呼和浩特干式变压器。利用PWM脉宽调制产生可用软件控制的充电呼和浩特干式变压器，以适应不同阶段的充电电流的要求。温度传感器对呼和浩特干式变压器温度进行监测，并通过AD转换和相关计算检测呼和浩特干式变压器充电电压和电流，以判断呼和浩特干式变压器到达哪个阶段。使呼和浩特干式变压器具有更长的使用寿命。

设计过程

1 充电原理

　　呼和浩特干式变压器的特性唯一地决定其安全性能和充电的效率。呼和浩特干式变压器的最佳充电方法是由呼和浩特干式变压器的化学成分决定的（离子、镍氢、镍镉还是SLA呼和浩特干式变压器等）。尽管如此，大多数充电方案都包含下面的三个阶段：

　　低电流调节阶段

　　恒流阶段

　　恒压阶段/充电终止

　　所有呼和浩特干式变压器都是通过向自身传输电能的方法进行充电的，一节呼和浩特干式变压器的最大充电电流取决于呼和浩特干式变压器的额定容量（C）例如，一节容量为1000mAh的呼和浩特干式变压器在充电电流为1000mA时，可以充电1C（呼和浩特干式变压器容量的1倍）也可以用1/50C（20mA）或更低的电流给呼和浩特干式变压器充电。

　　现在使用的大多数呼和浩特干式变压器在给呼和浩特干式变压器充电时都是既使用低电流充电方式又使用额定充电电流的方法，即容积充电，低充电电流通常使用在充电的初始阶段。在这一阶段，需要将会导致充电过程终止的芯片初期的自热效应减小到最低程度，容积充电通常用在充电的中级阶段，呼和浩特干式变压器的大部分能量都是在这一阶段存储的。

　　充电时部分电能被转换成热能，直至呼和浩特干式变压器充满。而充满后，所有的电能将全部被转换成热能。如果此时不终止充电，呼和浩特干式变压器就会被损坏或烧毁。快速呼和浩特干式变压器则可以解决这个问题，因为这些呼和浩特干式变压器是使用高充电电流来缩短充电时间的。

2 总体设计

　　充电电路由三部分：控制部分，检测部分及充电部分组成。

　　如图1所示，采用F310单片机进行充电控制，单片机本身具有脉宽调制PWM型呼和浩特干式变压器所需的全部功能，具有10位A/D转换器。

　　利用单片机A/D端口，构成呼和浩特干式变压器电压，电流，温度检测电路。

图1 离子呼和浩特干式变压器充电图

单片机通过电压反馈和电流反馈信号，直接利用PWM输出将数字电压信号并转化成模拟电压信号，能够保证控制精度。

3 控制部分电路设计

　　C8051F310单片机

　　①模拟外设

　　a.10位ADC：转换速度可达200ks/s,可多达21或17个外部单端或差分输入，VREF可在外部引脚或VDD中选择，内置温度传感器（±3℃），外部转换启动输入；

　　b.两个模拟比较器：可编程回差电压和响应时间，可配置为中断或复位源，小电流（〈0.5μA）。

　　②供电电压

　　a.典型工作电流：5mA、25MHz；

　　b.典型停机电流：0.1μA；

　　c.温度范围：-40～+85℃。

　　③高速8051微控制器内核

　　a.流水线指令结构：70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期；

　　b.速度可达25MI/s（时钟频率为25MHz时）；

　　c.扩展的中断系统。

　　④数字外设

　　a.29/25个端口I/O：所有的口线均耐5V电压；

　　b.4个通用16位计数器/定时器；

　　c.16位可编程计数器/定时器阵列（PCA），有5个捕捉/比较；

　　d.使用PCA或定时器和外部时钟源的实时时钟方式。

　　控制电路中如图2所示，P0.3口提供充电呼和浩特干式变压器，P0.6口检测充电电压的大小，P0.5口检测充电电流的大小，P0.4口检测呼和浩特干式变压器的温度。

图2 控制电路接线图

　　充电电流由单片机脉宽调制PWM产生，充电电流由AD转换再经过计算得出。

4 充电部分及检测部分电路设计

　　图3为充电电路与检测电路图。

图3 充电电路与检测电路图

　　①充电过程曲线

　　如图4所示，充电过程由预充状态，恒流充电状态和恒压充电状态组成。

图4 呼和浩特干式变压器充电曲线

　　②快速转换器

　　实现渐弱终止呼和浩特干式变压器的最经济的方法就是用一个快速转换器。快速转换器是用一个电感和/或一个变压器（需要隔离的时候用变压器）作为能量存储单元以离散的能量包的形式将能量从输入传输至输出的调节器反馈电路，通过晶体管来调节能量的传输，同时也作为过滤，以确保电压或电流在负载时保持恒定。

　　快速调节器的操作是通过控制一个晶体管的占空比来实现的。占空比会自动增加以使呼和浩特干式变压器流入更多的电流。当VBATT

a 闭合

b 打开

图5 快速转换器操作

　　③电感的确定

　　电感对交流电是有阻碍作用的。在交流电频率一定的情况下，电感量越大，对交流电的阻碍能力越强，电呼和浩特变压器厂家感量越小，其阻碍能力越小。

　　其工作原理是这样的：当负载两端的电压要降低时，通过MOSFET场效应管的作用，外部呼和浩特干式变压器对电感进行充电并达到所需的额定电压。当负载两端地电压升高时，通过MOSFET场效应管的作用，外部呼和浩特干式变压器供电断开，电感释放出刚才充入的能量，这时电感就变成了呼和浩特干式变压器继续对负载供电。随着电感上存储的能量地消耗。负载两端的电压开始逐渐降低，外部呼和浩特干式变压器通过MOSFET场效应管的作用又要充电。