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EEPW首頁 > 設計應用 > 帶“電”玩具充電電源管理系統設計

日本无码高清视频  劉桄序,劉光乾(四川科技職業學院鼎利學院,成都?611745)

本文引用地址:http://p808.cn/article/201909/405216.htm

  摘?要:許多玩具都采用的“可充電”功能,為帶“電”系統的設計工程師們帶來了難題。

  本文以典型的恒流充電、恒壓充電及恒流恒壓充電三種進行分析,并結合當前最為主流的新型芯片為應用,給出較為合理的三類電路的系統設計。

  關鍵詞:;電源管理;電源設計

日本无码高清视频  0 額定電壓是值考慮

  玩具一般采用電壓為5 V左右的電源供電電路。由于常見的電池規格有兩種,一種是堿性性電池,電池單元電源電壓為1.5 V,即此類規格的電路設計為1.5 V的倍數,如3 V、4.5 V、6 V、9 V等。還有一類就是以充電電池單元為設計的電源電路,即以1.2 V為單元電池供電電路設計,常見的為3.6 V、4.8 V、6 V等。而超級電容的單元電壓,根據不同的材質不同,在1~3 V之間均有,而常見的超級充電電容電壓為:2.5 V、2.7 V等,這樣,在電容電路中,如要直接替換原堿性電池或鎳氫、鋰離子充電電池,則需要計算電容的電壓和其組合形式。

  1 充電最大值考慮

日本无码高清视频  在選用電容作為儲能元件時,不能按照常規的充電最大電壓進行設置,而只能按照標稱電壓進行設計。如鋰電池的標稱電壓為3.6 V,則實質是最大充電電壓為= 2 ×3.6 V≈4.2 V,取4.2 V為最大值,決不允許超出,否則鋰離子電池就可能被充壞。而鉛酸蓄電池的最大充電電壓,通常也是按 2 倍關系進行設置,但一般沒做嚴格要求,如電動車內的鉛酸蓄電池,標稱為48 V的電池組,理論設置最大充電電壓= 2 ×48 V≈54 V,而在實際電路應用中充電電路設置最大電壓確為56 V,有些領域的充電電壓達到1.5倍以上,這樣電池也是容易被充壞的(見圖1)。當采用電容為電源單元時,只能按標稱電壓進行充電,否則將可會充爆電容(見圖2)。

  3 充電電流倍率考慮

日本无码高清视频  充電倍率是表征充電電池在充電的時的快慢一種量度,是指電池在規定的時間內充電至其額定容量時所需要的電流值,它在數值上等于電池額定容量的倍數,即“充電電流/電池額定容量=充電倍率”。常規的充電電池電路設計的充電電流倍率經典值C=1/10額定電流,也就是充電時常按照10 h左右進行計算。如標稱為10 A的蓄電池,其充電電流為1 A,需要充電10 h。這種考慮主要是針對充電電池的化學特征,為了有效地使用可充電電池,小電流充電勢必是有效保護電池的一種有效方式。

  電容的充電則是按照時間常數設定而設計。電容器的充電時間常數,是電容的端電壓達到最大值的0.63倍時所需要的時間,通常時間達到5倍的充電時間常數后就認為充滿了(見圖2)。充電時間常數的大小與電路的電阻有關,按照公式計算: t RCc =,其中 R 是電阻;C是電容。

  4 小電流充電電路

  根據電容器的充電特征可以看出,在充電中是累積電荷進行存儲的過程。在玩具的電路中,由于都是為兒童準備的,故此在電路設計中采用小電流充電,滿足一些小功耗的電路是完全可行的。比如,玩具車的遙控器,這種耗電小的電路供電,即可采用小電流充電滿足要求。

  此處以TPS 7A78為例,設計一款小于300 mA的為日本无码高清视频的電路。TPS 7A78有較高的整體效率,采用內部半橋降壓的模式進行降壓,減少了外圍電磁元件的換能降壓,只用外部電容器來主動鉗制和校正準確的輸出電壓。改電源電路內部獨特的架構,允許備用功率將從幾100 mW減少到只有幾 mW,自損耗相當的小。采用內部泵電源電路與外部電容器結合,電路整體積可以做到很小能方便嵌入到玩具內。

  圖3所示電路為TPS 7A78實現5 V/300 mA的充電電路充電采用編程方式進行控制,能為一些小功耗玩具的

日本无码高清视频  根據實際的對22 F/5 V單體電容進行充電,實測充電圖形如圖4所示。

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  5 電容恒流恒壓充電系統

日本无码高清视频  電容充電都要求是恒壓的,這樣才能保證電容的電壓穩定且不會被過高電壓過充電而導致電容鼓包等損壞,并且電容的充電與電壓是沒有關系的,只與時間常數有關。但為了快速地充電,有效地保證時間常數的有效性,在最短的時間內充滿電,就必須保證有能充滿電容存儲電量的電能供給滿足。故此,在實施充電電路中,經常采用恒流恒壓的電源充電,以保證電容充電的電荷存儲量。

日本无码高清视频  此處為“帶電玩具”設計的便攜式USB充電電源管理系統,就是將充電電源以恒流恒壓的形式為電容進行充電。本文設計采用TI公司新型鋰電池充電芯片系列BQ2405X系列中的BQ24050。BQ24050本身定義為度集成的鋰離子線性充電器芯片,電源輸入具備USB端口或交流適配器輸出兩種,適應較高的電源輸入,且具有輸入電壓保護。BQ 24050只有一個電源輸出,為電池充電,充電分具備恒流和恒壓功能。在充電階段,由于設計有內部控制回路監測IC結溫度,并在超過內部溫度閾值時降低電荷電流,以有效保護充電時的過電流。

日本无码高清视频  BQ 24050內設電功率級和電荷電流感知函數完全結合電路,充電電路具有高精度的電流和電壓調節回路、充電狀態顯示和充電終止功能。預置電流和終止電流閾值是通過外部電阻編程的。快速電荷電流值也可通過外部電阻進行編程而設定,圖5所示為基于BQ24050的800 mA恒流恒壓充電電路。

日本无码高清视频  由于BQ24050本身為鋰電池充電控制芯片,本身對恒流恒壓及保護電路有著嚴格的定義,特別是在保護電路中,具有電壓、電流及溫度方面的保護。

  經過電路充電測試,獲得圖6所示充電波形,從建立充電的準備期,快速進行恒壓恒流充電,到恒壓浮充后減小電流截止提供電流,充電結束。

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  6 結論

  目前帶“電”玩具的電容充電管理電路,將會應用到未來一段時間的玩具電源市場。本文所探討的還是立足于帶線的充電方式,不論是220 V降壓充電還是USB電源充電,都是當前的最流行的方式之一。而未來的玩具充電,電容作為儲能元件是長期應用的一種趨勢,充電模式也會在未來采用無線充電的模式,無線充電的電源電容充電與本文又有一些區別,不在本文的電源充電管理之中。

  作者簡介

  劉桄序(1977—),高級工程師,工程碩士,副院長,主要研究方向:嵌入式、智能硬件方向。

  劉光乾(1975—),工程師,教師,主要研究方向:物聯網、計算機網絡方向。

  本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第10期第55頁,歡迎您寫論文時引用,并注明出處。



關鍵詞: 201910 玩具充電 電容充電 電源管理 電源設計
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