本设计可实现在输入电压、输入电流较小的情况下高效收集电能对蓄电池/干电池完成充电。该充电器分升压电路，降压电路和控制电路，显示电路四部分，控制电路中由继电器及集成运算放大器LM324n完成电路变换。升压电路主要采用采用max629芯片，降压压电路主要采用采用mc34063芯片，控制电路路中使用LM324n芯片决定继电器两端电压，从而决定继电器中开关的转换，决定降压电路、升压电路的工作状态。显示电路利用单片机AT89S51与模数转换芯片ADC0809，能够测量0－5V之间的直流电压值，四位数码显示。控制电路无需外加辅助电源而能自供电。从而实现在某一连续电压变换中可实现持续充电。此充电器充电效率高，而且因为系统由分立元件搭建，成本很低。 关键词：MAX629;MC34063; AT89S51；ADC0809；电路变换
ABSTRACT
This design allows the input voltage, input current is
relatively small and efficient collection of energy on the batteries / battery is fully charged. The charger circuit sub-step, step-down circuit and control circuit of three parts, the control circuit in the relay and integrated circuit operational amplifiers LM325n complete transformation. Step-up circuit mainly by max629 chip, buck voltage circuit mainly by mc34063 chip control circuit road in the decision to use LM325n chip voltage across the relay to determine the conversion relay switch and decided to step-down circuit, boost circuit the work of the state. No external auxiliary power supply control circuit which can be self powered. To achieve voltage conversion in a continuous charge can be sustained. The charger efficiency, but also because the system set up by the discrete components, the cost is very low.
Key words: MAX629; MC34063; AT89S51；ADC0809； circuit transformation
目 录
第一章 1.1 1.2 第二章 2.1 2.2 第三章
绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 系统功能指标„„„„„„„„„„„„„„„„2 系统设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„3 系统结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„3 系统测试方案„„„„„„„„„„„„„„„„4 系统升压、降压电路设计„„„„„„„„„„„„5
3.1 升压芯片简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„5 3.2 降压芯片简介„„„„„„„„„„„„„„„„„„7 3.3 升压电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„9
3.3.1 升压电路图„„„„„„„„„„„„„„„9 3.3.2 升压电路工作原理„„„„„„„„„„„„10 3.4 降压电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11
3.4.1 降压电路图„„„„„„„„„„„„„„„11 3.4.2 降压电路工作原理„„„„„„„„„„„„12
第四章
系统控制电路设计„„„„„„„„„„„„„„„13
4.1 控制电路工作电路图„„„„„„„„„„„„„„„13 4.2 控制电路工作原理„„„„„„„„„„„„„„„„14 4.2.1 LM324简介 „„„„„„„„„„„„„„„„„„14 4.2.2 控制电路工作原理„„„„„„„„„„„„„„„15
第五章 系统显示电路设计„„„„„„„„„„„„„„„„16 5.1 电路原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16 5.2 系统板上硬件连线„„„„„„„„„„„„„„„„17 5.3 程序设计内容„„„„„„„„„„„„„„„„„18 5.4 c语言源程序„„„„„„„„„„„„„„„„„18
第六章 测试结果分析„„„„„„„„„„„„„„„„„22 6.1 升压电路测试结果„„„„„„„„„„„„„„„„22 6.2 降压电路测试结果„„„„„„„„„„„„„„„„22 6.3 系统输入输出测试结果„„„„„„„„„„„„„„22 6.4 测试结果分析„„„„„„„„„„„„„„„„„23
第七章 致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„24 参考文献
第一章 绪论
1.1 引言
社会信息化进程的加快对电力、信息系统的安全稳定运行提出了更高的要求。在人们的生产、生活中，各种电气电子设备的应用越来越广泛，与人们的工作生活的关系日益密切，越来越多的工业生产、控制信息等重要数据都要由电子信息系统来处理和储存。而各种用电设备都离不开可靠的电源，如果在工作中间电源突然中断，人们的生产和生活都将受到不可估量的经济损失。对于由交流供电的用电设备，为了避免出现上述不利情况，必须设计一种电源系统，他它能不间断的为人们的生产和生活提供以安全和操作为目的的可靠的备用电源。为此，以安全和操作为目的的备用电源设备上都使用蓄电池。这样，即使电力网停电，也可以利用电能收集充电器进行储蓄电能。
在太阳能电池处于阴雨天/风力发电机处于小风的情况下，这些发电系统只能输出较低的电压，同时电流也比较小，这种情况下，通常传统的直接向蓄电池充电的控制器因电压达不到蓄电池充电电压难以向蓄电池实现充电，或者达到充电电压但电流过小而损失太大达不到充进蓄电池的目的。本系统以芯片max629,芯片mc34063交替工作实现对充电电池持续供电功能，在出现低压和小电流的情况下可以实现小电流的高效收集，而且系统由分立元件构成成本很低。
1.2 系统功能指标
本设计的目的是实现在输入电流，输入电压较低的情况下实现对充电电池的充电。 指标如下：
1. 在Rs=100，Es=10V～20V,充电电流Ic大于（Es-Ec）/(Rs+Rc)。 2. 在Rs=100,能向电池充电的Es尽可能低。
3. Es降低到不能向电池充电，最低至零时，尽量降低电池的放电电流
4. 在Rs=1，Es=1.2V～3.6V时，已尽可能大的电流向电池充电 5. 降低成本
第二章 系统结构设计
2.1 系统结构
输入 升压电路 电压比较 切换电路 电池充电 电压显示 降压电路 电池充电
图2.1 系统总体框图
当电压输入在0.8v—4.0v时，继电器没有工作，升压电路处于连通状态，升压电路工作，开始对充电电池工作。当电压大于4.0v时则通过lm324n进行电压比较后，继电器两端电压达到吸合电压，继电器开始工作，升压电路停止工作，电路切换，降压电路开始工作。基本可以实现，当系统输入电压为0.8v—4.8v时实现持续充电，且当系统输入电压大于4.8v时这该系统可实现恒定电压对蓄电池进行充电。
2.2 系统测试方案
R sRc 充电器（包括监控电路和直流电源 变换器） Es IcRdEc 直流电源模拟可充电池 图1 测试原理示意图（Es和Ec用稳压电源提供，Rd用于防止电流倒灌）
充电器及测试原理示意图如图。该充电器的核心为直流电源变换器，它从一直流电源中吸收电能，以尽可能大的电流充入一个可充电池。直流电源的输出功率有限，其电动势Es在一定范围内缓慢变化，当Es为不同值时，直流电源变换器的电路结构，参数也可以不同。监控和控制电路有直流电源变换器供电。可充电电池的电动势Ec=3.6v.内阻Rc=0.1。
第三章 系统升压电路、降压电路设计
3.1 升压芯片简介
MAX629是一种低压供电的DC--DC转换器，输入电压在0.8～Vout范围内，;输出电压可根据外围电路参数变化在- 28V 至+ 28V 之间转换。并独有限流脉冲频率调制（pulse—frequency—modulation,PFM），在各种负载状态下均有很高的效率。是一种成本低廉、使用灵活、设计简单的芯片。
POL27LXMAX 629SHDN18Vcc
图1 MAX 629芯片引脚
引脚1：SHDN：关断输入端。当SHDN为低电平（逻辑电平）时为关断模式；当SHDN和Vcc相连时，为正常模式。
REF3MAX 629 6GNDFB45ISET引脚2：POL：极性输入端。改变极性和FB的门限值能够调节正极性输出电压或负极性输出电压。当POL=GND时为正极性输出电压；当POL=Vcc时为负极性输出电压。 引脚3：REF：参数输出引脚。 引脚4：FB：反馈输入引脚。
引脚5 ISET：Lx电流限制设置端。该引脚的连接方式参改变片内开关管峰值电流的限制值。 引脚6：GND：地线。
引脚7：LX：片内开关的漏极端 引脚8：Vcc：芯片电源输入引脚。
3.2降压芯片简介
34063是一单片双极型线性集成电路专用于直流变换器控制部
分，片内包含有温度补偿带隙基准源 ，一个占空比周期控制振荡器驱动器和大电流输出开关 ，能输出1.5A的开关电流它能使用最少的外接元件构成开关式升压变换器降压式变换器和电源反向器。
图2 MC34063芯片引脚 特点：
★能在3.0v—40v的输入电压下工作 ★短路电流限制 ★低静态电流
★输出开关电流可达1.5A（无外接三极管）
★输出电压可调
★工作振荡频率从100HZ至100KHZ ★可构成升压、降压或反向电源变换
3.3 升压电路
3.3.1 以MAX629为核心的升压电路
3.3.2 升压
电路
工作
原理
二极管采用
1N5819 或
MBR0540L 肖
特基二utVo981D2N5I0u1C4DGNu.12R1R20CDDGNGN9H817u4N5I0u1C1DGN2.2k 1k 74LXFBDcGN68VcDGNTELFSHDNSIPOREu.115230C3DGNVin极管,电感采用典型值47μH ,应注意增大电感将减小流过的峰值电流,从而降低输出电流;而减小电感,又将增大流过的峰值电流导致内部电流比较器延时。输出电压Vout由R1,R2确定:R1 = R2(Vout/Vref- 1) (1)式(1) 中Vref = 1.25V ,可见输出电压V OU T只与R1 、R2有关,只需选定R1 、R2的阻值,即可确定输
3.4 降压电路
3.4.1 降压电路图
MC340638Rsc0.33721 D1Vin100uFC15R22.2k 3.6K634704220uH图4 以MC3VoutR11k 2.2KC2330uF 3.4.2 降压电路工作原理
MC34063组成的降压电路原理如图4。工作过程：
1．比较器的反相输入端(脚5)通过外接分压电阻R1、R2监视输出电压 。其中，输出电压Uo=1.25(1+ R2/R1)由公式可知输出电
压 。仅与R1、R2数值有关，因1．25V为基准电压，恒定不变。若R1、R2阻值稳定，U。亦稳定。
2．脚5电压与内部基准电压1．25V同时送人内部比较器进行电压比较。当脚5的电压值低于内部基准电压(1．25V)时，比较器输出为跳变电压，开启R—S触发器的S脚控制门，R—S触发器在内部振荡器的驱动下，Q端为“1”状态(高电平)，驱动管T2导通，开关管T1亦导通，使输入电压Ui向输出滤波器电容Co充电以提高U。，达到自动控制U。稳定的作用。
3．当脚5的电压值高于内部基准电压(1．25V)时，R—S触发器的S脚控制门被封锁，Q端为“0”状态(低电平)，T2截止，T1亦截止。
4. 振荡器的Ipk 输入(脚7)用于监视开关管T1的峰值电流，以控制振荡器的脉冲输出到R—S触发器的Q端。
5. 脚3外接振荡器所需要的定时电容Co电容值的大小决定振荡器频率的高低，亦决定开关管T1的通断时间。
第四章 系统控制电路设计
4.1 控制电路工作电路图
+JC4.7uF2R31KR22K311R11K降压DC/DCEs-4LM324GNDGND2'3'GNDGND 21'1升压DC/DC3GND +Uo4.2 系统控制电路工作原理 图5 系统控制电路 GND 4.2.1 LM324 简介
LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V. LM324的特点： 1.短跑保护输出 2.真差动输入级 3.可单电源工作：3V-32V 4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）
5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。 7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列 9.输入端具有静电保护功能
4.2.2 控制电路工作原理
如图所示，集成运放芯片LM324中由虚短原理得点2，点3的电压相等。故2点电压和输入电压相等。由虚短原理及欧姆定理得继电器两端电压/输入电压=（R1+R2）/R2，故输入电压值决定继电器两端电压值。
控制电路中，升压电路的两端接到继电器的常闭触点，降压电路的两端接到继电器的常开触点。
当输入电压小于0.8v时，降压电路、升压电路均不工作。当电压大于0.8v时，升压电路开始工作。输入电压经过集成运放后使继电器两端的电压小于继电器的吸合电压，故降压电路不工作。直到输入电压升到4.0v后，输入电压经过集成运放后使继电器两端电压大于继电器的吸合电压，则降压电路导通，升压电路断开，并且这一段时间该系统对蓄电池进行持续充电。之后升压电路能够实现恒定的一输出电压对蓄电池充电。
第五章 系统显示电路
5.1 电路原理图
图6 电压显示电路
5.2系统板上硬件连线
a) 把“单片机系统”区域中的P1.0－P1.7与“动态数码显示”区
域中的ABCDEFGH端口用8芯排线连接。
b) 把“单片机系统”区域中的P2.0－P2.7与“动态数码显示”区
域中的S1S2S3S4S5S6S7S8端口用8芯排线连接。
c) 把“单片机系统”区域中的P3.0与“模数转换模块”区域中的
ST端子用导线相连接。
d) 把“单片机系统”区域中的P3.1与“模数转换模块”区域中的
OE端子用导线相连接。
e) 把“单片机系统”区域中的P3.2与“模数转换模块”区域中的
EOC端子用导线相连接。
f) 把“单片机系统”区域中的P3.3与“模数转换模块”区域中的
CLK端子用导线相连接。
g) 把“模数转换模块”区域中的A2A1A0端子用导线连接到“电源
模块”区域中的GND端子上。
h) 把“模数转换模块”区域中的IN0端子用导线连接到“三路可
调电压模块”区域中的VR1端子上。
i) 把“单片机系统”区域中的P0.0－P0.7用8芯排线连接到“模数转换模块”区域中的D0D1D2D3D4D5D6D7端子上。
5.3 程序设计内容
i. 由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号，而此时的
ADC0809的CLK是接在AT89S51单片机的P3.3端口上，也就是要求从P3.3输出CLK信号供ADC0809使用。因此产生CLK信号的方法就得用软件来产生了。
ii. 由于ADC0809的参考电压VREF＝VCC，所以转换之后的数
据要经过数据处理，在数码管上显示出电压值。实际显示的电压值 (D/256*VREF)
5.4 c语言源程序
#include unsigned char code dispbitcode[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7, 0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; unsigned char code dispcode[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66, 0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x00}; unsigned char dispbuf[8]={10,10,10,10,0,0,0,0}; unsigned char dispcount; unsigned char getdata; unsigned int temp; unsigned char i; sbit ST=P3^0; sbit OE=P3^1; sbit EOC=P3^2; sbit CLK=P3^3; void main(void) { ST=0; OE=0; ET0=1; ET1=1; EA=1; TMOD=0x12; TH0=216; TL0=216; TH1=(65536-4000)/256; TL1=(65536-4000)%256; TR1=1; TR0=1; ST=1; ST=0; while(1) { if(EOC==1) { OE=1; getdata=P0; OE=0; temp=getdata*235; temp=temp/128; i=5; dispbuf[0]=10; dispbuf[1]=10; dispbuf[2]=10; dispbuf[3]=10; dispbuf[4]=10; dispbuf[5]=0; dispbuf[6]=0; dispbuf[7]=0; while(temp/10) { dispbuf[i]=temp%10; temp=temp/10; i++; } dispbuf[i]=temp; ST=1; ST=0; } } } void t0(void) interrupt 1 using 0 { CLK=~CLK; } void t1(void) interrupt 3 using 0 { TH1=(65536-4000)/256; TL1=(65536-4000)%256; P1=dispcode[dispbuf[dispcount]]; P2=dispbitcode[dispcount]; if(dispcount==7) { P1=P1 | 0x80; } dispcount++; if(dispcount==8) { dispcount=0; } } 第六章 测试结果分析 5.1 升压电路测试结果 Vi1 Vo1 0.5 0.0 0.8 4.0 1.6 4.1 2.4 4.1 3.2 4.1 4.0 4.1 (单位：V) 5.2 降压电路测试结果 Vi2 Vo2 2.4 0 3.2 0 4.2 3.7 4.8 4.1 5.6 4.1 6.4 4.2 （单位：V） 5．3 系统输入输出测试结果 Vi Vo 0.8 4.0 1.6 4.1 2.4 4.1 3.2 4.1 4.0 4.1 4.8 4.1 5.6 4.1 6.4 4.2 5.4 测试结果分析 由测试结果得，升压电路都在0.8v后实现对蓄电池的稳定充电，降压电路在4.2v后实现对蓄电池的稳定充电，在4.0v时顺利完成了升压电路及降压电路的转换。均达到预期效果，本作品已经顺利完成。 第七章 致谢 经过数月的努力，在老师和同学帮助下，我完成了大学生涯的最后一段历程---“毕业设计”。在此，特向所有曾经帮助、鼓励过我的老师和同学们致以最衷心的感谢！ 首先,感谢我的指导教师孟繁英院长，他在题目的选择、方向都给予我莫大的帮助。，孟院长渊博的学识和严谨的科研作风都给我留下了深刻的印象，这不仅使受益非浅，而且也培养了我严肃认真的科研态度和真抓实干的动手能力。这将对我以后的学习和工作乃至一生产生深远的影响。 同时还要感谢韩丽英老师及在设计中指导过我的老师,谢谢你们对我的帮助。 的确，这次毕业设计是对我动手能力的一次锻炼，使我受益非浅，我感觉通过这一段时间的学习，不但实践能力增强了许多，而且在理论上也有了更深的认识。这都离不开老师们平时的谆谆教诲和尽心辅导。 一股暖意细水长流，源自内心而又淌遍全身，岂是三言两语能够说得清，道得明的。我恨我无法用准确生动的语言来淋漓尽致地描述自己的真实感受，只好将它深深地埋在心底，化作一道虔诚的祝福：愿导师合家欢乐，一生平安。同时，也将祝福送给每一位帮助过我的师长。 参考文献 ［1］ 钱聪.电子线路分析与设计［Ⅳ］ 西安：陕西人民出版社，2002 ［2］ 江晓安.模拟电子技术［Ⅰ］ 西安：西安电子科技大学出版社， 2002 ［3］ 苏丽萍.电子技术基础［Ⅱ］ 西安：西安电子科技大学出版社， 2002 ［4］李雅轩.模拟电子技术［Ⅳ］ 西安：西安电子科技大学出版社， 2000 ［5］ 谈文心.模拟集成电路原理及应用［Ⅲ］ 西安：西安交通大学出版社，1995 [6] 康华光.电子技术基础[Ⅳ] 北京：高等教育出版社，2002 [7]戴伏生.基础电子线路设计与实践[Ⅰ] 北京：国防工业出版社，2002 [8]李雄杰.模拟电子技术教程[Ⅲ] 北京：电子工业出版社，2004.9 [9]郭维芹.模拟电子技术[Ⅰ] 北京：科学出版社出版，1993.8 [10]张毅刚.mcs-51单片机应用设计 哈尔滨：工业大学出版社，1997 [11]赵修科.开关电源中的磁性元件 辽宁：科学技术出版社，2002.1 [12]S.Maniktala.王志强译.开关电源的设计与优化 北京：电子工业出版社，2006.12 [13]S.Maniktala.Switching Power Supplies A to Z Newens,2006.7 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容