放电电路。
1.放电电路:此电路为恒流电子负载。放电电流可以设置,最大1A。
使用VT7放电,通过外壳散热,R50采样最大0.5V代表1A,通过运放DA1:1放大3倍(1+R14/R8),放大后的电压送到CPU的35脚(ADC2),作为放电的电流显示。
通过VD2接到37(PA7)上拉后,可保证上电后不在放电状态,当CPU控制开始后可以正常工作。因为此时给负输入端一个接近5V的电压,运放输出为0。
正输入端通过电阻R21接到由CPU过来的PWM脉冲,作为控制放电电流,CPU可以通过采样的电压值调整PWM的占空比。
充电电路:
充电电路采用了BUCK和BOOST电路相结合的方式工作,当充电电池的电压小于供电电压时采用降压电路BUCK,当充电电池的电压大于供电电压时采用升压电路BOOST,总之充电的电源要高于电池电压。
工作于BUCK方式时,DA3:1接受CPU的13(OC1B)输出的PWM, VT14等部分工作,V+_IN通过VT14-L1-VD6输出,VT14关断时VD5续流。此时DA3:2的CPU的14(OC1A)=0。 工作于BOOST方式时,DA3:2接受CPU的14(OC1A)输出的PWM,VT16等部分工作,V+_IN通过VT14-L1-VT16-VD6输出,VT116关断时升压。此时DA3:1的CPU的14(OC1A)=1。 其他部分为保护电路,在CPU还没正常工作前使各部分电路处于关断状态,确保外电路的安全。如CPU的15(PD6)控制的VT1和VT8。
由于充电工作于开关状态,因此效率较高。CPU是通过检测到充电的电流,控制PWM的输出,实现调节的。
充电电流检测电路:
采样电阻0.05欧姆,最大电流6A。
运放DA2:1放大倍数为1+10/1.5=7.7倍,最大输出电压为0.05*6*7.7=2.3V。
CPU的参考电压为2.5V,由TL431产生。检测的电流变换成电压后接近参考电压,可以提高AD转换的精度。 运放DA2:2我不太理解有什么用,从原理图上看是检测有没有电池接上了,如果电池断开了,把回路也断开。可这有什么意义呢?
理想二极管电路:
这部分电流比较简单,就是个防反接二极管。二极管接在地回路上,反接时充电器不工作。 正向时,栅源有电压,MOS可以导通。反向时,就无法导通了。
代替二极管的优点是损耗小,因为二极管有个正向压降0.7V,而MOS管是呈电阻性的,一般的可以做到10-30毫欧。如果按照1A电流算,二极管消耗0.7W,而MOS管最大只有0.03W。
平衡充电:
多节电池串联使用时,由于电池特性不同,充电时会出现先充满的情况,如果再充会对电池有损坏,因此需要将充满额电池停止充电,未充满的继续充电,这就是平衡充电。实现平衡充电的方法很多,并联电阻法是一个比较简单的方法,即当一个电池充满后,在这个电池上并联一个电阻,让串联的充电电流从电阻流走,电池的电流被旁路了,就不会过冲了。哪个电池充满了就并联哪个,直到最后一个充满后整个充电结束。
图中电阻R146,R152,R158,R164,R174,R180为1206封装的表贴电阻,阻值为120欧姆,6个并联在一起为20欧姆。当锂电充满电时电压为4.2V,此时流过的电流为(4.2-0.2)/20=0.2A,这个电流就是平衡充电的电流,比正常充电是要慢很多的。
平衡点电压检测:
在平衡充电时,需要检测串联电池组的每个中间点的电压,根据这些电压判断充电的策略:如果某节电池充满了,需要对其并联电阻。如果某节电压过低,需要采取慢速充电或者停止充电并告警。
为了让CPU能够正确识别这些电压,图中对不同的电压做了不同的变换,如BATT-,BAL1,BAL2采用直接分压,通过多路电子开关DD1(74HC4051)送至CPU的AD转换;
而BAL3-6是采用运放进行差分放大得到的。当然,转换后的电压也是放在模拟开关里,和上图部分最终一起送到cpu的31(ADC6)上。通道的切换由cpu的PB5-7选择。