[OurDev开源充电器] 原理图验证工作分解

lvhaian

充电器初版的原理图已经发布了，接下来是验证工作。由于这是一份大家的工作，不是一两个人短时间可以做完的，但是对于我们这个特殊的团体来说我相信应该是可以完成的。
    验证这份电路图的设计工作我想使用一份《 计算说明书 》来完成，不知道大家意向如何。我希望当时报名参加充电器原理图设计的人能够加入进来。
   
    目的：1：验证原理图每一个参数的设计合理性。
          2：在实验中测量的对象和参照大纲。
          3：给最终项目成功与否的评估中提供评估的依据。

    现在我把这份计算说明书拆分一下：

    备注１：以下提及的 MOSFET 上面的功耗计算都包括 特殊电阻上面的功耗计算。
　　备注２：以上所有测量项都按照 10位 ADC　分辨率　，８位 ADC 有效精度计算。并且假设　3.75V　基准电压准确的条件下。

    1：充电主回路的参数计算：
       （1） AVR 的最高可控的 PWM 周期（在特定的充电回路中 MOSFET 可控开关频率下面）。
       （2） 几种特定电压下面需要的最小电感量 Lmin。 备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 1.25V 镍氢和镍镉电池。（此项需要结合第一项）
       （3） 几种特定电压下面 MOSFET 上面的功耗。 备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 1.25V 镍氢和镍镉电池。
       （4） 几种特定电压下面充电回路中 MOSFET 上面的实际开通电压值，即电阻分压值。备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V

       （5） 几种特定电压下面需要的最小电感量 Lmin。 备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 4.2V 锂电池。（此项需要结合第一项）
       （6） 几种特定电压下面 MOSFET 上面的功耗。 备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 4.2V 锂电池。
       （7） 几种特定电压下面充电回路中 MOSFET 上面的实际开通电压值，即电阻分压值。备注： 9V, 12V, 15V, 24V
      
       后三项为极限值计算：
       （8） 几种特定电压下面需要的最小电感量 Lmin。 备注：12V, 15V, 24V 充 10V 电池。（此项需要结合第一项）
       （9） 几种特定电压下面 MOSFET 上面的功耗。 备注：12V, 15V, 24V 充 10V 电池。
       （10） 几种特定电压下面充电回路中 MOSFET 上面的实际开通电压值，即电阻分压值。备注：12V, 15V, 24V

    2：放电主回路的参数计算：
       （1） AVR 的最高可控的 PWM 周期（在特定的放电回路中的 MOSFET 可控开关频率下面）。
       （2） 几种特定电压下面 MOSFET 上面的功耗。 备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 1.25V 镍氢和镍镉电池。
       （3） 几种特定电压下面 MOSFET 上面的功耗。 备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 4.2V 锂电池。
      
       后一项为极限值计算：
       （4） 几种特定电压下面 MOSFET 上面的功耗。 备注：12V, 15V, 24V 充 10V 电池。

    3：电压采样回路参数计算：
       （1） 电压采样量程计算。
       （2） 几种特定电压等级下面采样精度和采样分辨率以及量程的计算。备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 1.25V 镍氢和镍镉电池。
       （3） 几种特定电压等级下面采样精度和采样分辨率以及量程的计算。备注：5V,  9V, 12V, 15V, 24V 充 4.2V 锂电池。

       后一项为极限值计算：
       （4） 几种特定电压等级下面采样精度和采样分辨率以及量程的计算。备注：12V, 15V, 24V 充 10V 电池。

    4：充电电流采样回路参数计算：
       （1） 电流可测量量程。包括充电电流和放点电流
       （2） 充几种特殊电池的电流采样的分辨率，精度以及量程。备注：1.25V 电池，4.2V 电池 ，10V 电池。包括充电和放电。

    5：温度采样回路参数计算：
       （1） 温度采样分辨率，精度，以及量程。

    6：目前 ADC 扩展按键回路的参数计算：
       （1） 目前电路中的按键测量的电压范围分配。
       （2） 计算更佳的阻值分配使各量程电压均匀。

    7：线路板总功耗
       （1） 静态功耗
       （2） 充 两节 1.25V 电池最大功耗；
       （３）充一节 4.2V 电池最大功耗；
　　　　（４）充一节　10V 电池最大功耗；






　　以上的一些计算说明书是我觉得需要的计算项目，可能存在一些问题，也可能有一些疏忽的地方，希望大家补充。
　　所有的测量项目定下来以后希望大家报名认领下来，让我们一起完善我们的第一份原理图。

martin7wind

顶，请安哥把 需要测试那些 mos 列出来吧

lvhaian

不需要测量多款 MOSFET，不然工作量太大了。我觉得我们不是测量MOSFET性能，我们是应用，只要选择一款适合满足我们需要的就可以拉。

我们争取先把 MOSFET　定下来就可以进行计算工作了。

armok

是的，同意安哥。 找有应用经验的人推荐一款比较常用的型号，然后再详细计算是否满足我们的应用需要。

Cocal

大力支持lvhaian，祝贺进入最核心地带。

定下来选用哪款（或者数款）mos管，大家就可以开始算了，最好能整理出计算方法，这样谁有新的管子要用，自己算一下有没有优势先。现在大家推荐管子，都还比较感性。

第6各问题我提个建议吧，考虑到电阻计算比较麻烦，并且要增加好几个阻值不常用的电阻，不如把电路改成这样，牺牲0.1ma静态电流，换取按键电压分布均匀，充电器由于不是便携设备，这点功耗应该不敏感。




*后来才想起来如果没有按键key脚悬是个问题，因此增加100k上拉电阻，只要这个电阻相对其它几个等值电阻足够大，就不太会发生太大影响，具体阻值选择还需要仔细计算一下，如果lvhaian觉得可行，我抽时间来算。

STM32_PLC

安哥:

在计算书的 线路板总功耗 一部分中,关于
（2） 充 两节 1.25V 电池最大功耗；
（３）充一节 4.2V 电池最大功耗；
（４）充一节　10V 电池最大功耗

三个内容,个人认为意义不大.根据不同的充电方法这个值差异很大,尤其是超快速充电,功率还是非常大的,而涓流充电,功率就很小.
所以认为意义不大,而且也没办法实际计算(不能明确充电算法).


突然想到一些东西,关于MOSFET的,因为我们最终会有多种充电算法和多种充电电压,建议Mosfet的适应能力需要强一些,能够耐受更强的负荷才行.

上次看到一个 一小时快冲,连风扇都用上了,所以我坚持认为应该使用TO-220封装的Mosfet.

lvhaian

【4楼】 Cocal :

      你推荐的电路我觉得比现在图中的按键电路好，不过我建议把100K 的那个电阻换为 510K。使用510K 上拉，应该可以确定无按键按下时电平的稳定了，那样效果更好一点，你看呢？

【5楼】 trinove 阿力
      线路板总功耗虽然意义不大，就是看一下最大功耗为多少，好确定我们的供电电源的最大功率，不需要非常准确，但是我们应该在充电时对功耗有个感性的认识啊，我只是个建议，如果最大功耗计算有难度的话，可以删去。

Mosfet 的事情你和 Grant 来定吧，我就提供一下参考意见吧。

Grant

关于MOSFET我再考虑一下吧，我想MOSFET使用DPACK或TO220封装是有这个必要。

STM32_PLC

定，还是需要Grant 来定的，我也只能是提供参考意见。

lvhaian

【8楼】 trinove 阿力

     主动一点嘛，哈哈。

     不要所有的压力都让 Grant 来承担拉。

STM32_PLC

我当然可以主动一点，但是可能会和Grant有冲突，这点希望Cocal、Grant和安哥，还有大家能够谅解。

我来说一下我的想法吧。

我们现在在指标上给自己设计一个圈套，把我们自己捆住了。
我解释一下，按照之前的技术指标，我们的充电器需要能够在 5V和7-28V环境下工作。
这个定义就是问题，5V环境，我们可以直接使用5V的N/P-Mosfet，然后用MCU直推Mosfet，完全可以工作。可是这个结构在高压的时候又不能工作了，原因是MCU控制脚只能是5V，要增加驱动线路，然而这个驱动线路在5V下是否可以正常工作又需要仔细考虑。

我们对于Mosfet的认识，给我们很大的困惑
5V的Mosfet多数用于低压微环境，对于28伏这种电压，显得不是那么合理。尤其是到了28V/20W了，这种5V的Mosfet在国内并不是那么常见的。现在放电部分很轻松的找到了一个N管，但是P管却很难找到。

其实我们完全有办法从一开始就摆脱这种困境的，（以下内容大概和Grant有冲突）
首先，我认为充电器的输入电压应该使用一个更加宽而合理的范围，12-28V（直流）/ 9-20V（交流），交直两用。
对于输入电源的要求，也就不需要5V/3A这么强烈的定义（这个不是标准件），我们可以做规定 开关电源大于 25W，变压器大于 30VA。（需要实现超快速、大功率充放电的，请自行增加电源功率）
相信大家都能找到能用的电源。（工业电源、打印机电源、笔记本电源基本上都符合啊，实在不行用计算机的ATX电源，这样还没有电源的话，就到市场上去买个变压器吧，这个总不困难了吧）

这样电源的问题解决了，然后顺其自然的，MOSFET 的问题也解决了，为什么呢？ 我们大家就可以选择很多很多 P/N mosfet ，因为现在可以制作一种明确的 10V电压的驱动线路了。这样一来，各种常见的功率型Mosfet都可以用上了，比如9540/540配组等等。这个选择就多如牛毛了。而且增加输出电流，无非就是改个管子（这个220封装，现在有200A可供选择，绝对没问题，我手边就有一百多安培的管子）
而且对于大家的意义在于，容易买到，容易替换。

不考虑5V 只用高电压，驱动部分就不用那么费神（作驱动器的朋友都有现成的驱动线路），Mosfet的选择上也简单一些。
其实改变并不多，功能上也没有变化。而且本身也就全范围支持了大功率输出，又可以解决不能对大型电池组的充电问题。

To 安哥：
对于板子的静态功耗还是需要有个定量的测量和认识的。


说了这么多，还要重申一点，我会发表自己的意见，但是会尊重和执行Grant的决定。

Grant

trinove客气了，很感谢你的意见。

我在7楼提到要考虑MOSFET，也同样也是基于多数5V的Mosfet用于低电压场合，对稍微高一点的电压支持并不是非常合适。这同样也是我会在另一个帖子里面会提到16V以上的充电电压要求自行焊接MOSFET的原因。


如果放弃5V，势必会对参与者造成一个门槛。就好像我有很多MOSFET(从100mA到100A)、可控硅(从800mA到40A)、IGBT、MCU(从8位到32位)一样，对于我来说，这些东西是非常容易等到的东西，甚至有时都不愿意看见这些器件，可没办法，工作的一部分。我是如此可其它的人呢，是否也是这样？

对于电源我相信同样也是这样，我现在确实拿不出一个闲置的可以自由使用并且可以满足这个充电器28V电压要求的电源，当然我把公司的直流源抱回来用用那是另一回事，而这对于电源工程师来将肯定是不可能的事情。

可我从事MCU这个行业已经6年了，而且在深圳这种电子产品最不缺的地方。闲置的12V以上的电源我确实没有，我都是如此，那其它参与者呢？是否都可以做到电源无需我们为他们多虑？


所以我的观点还是想坚持5v系统。对于12-28V（直流）/ 9-20V（交流），交直两用我们是否可以将它放到下一个版本里？也许到时根本不需要这个要求，就直接支持220V交流不是更好。


TO220我认为支持没有问题，放弃SO8，在另一个帖子中也同样回复了。

STM32_PLC

Grant 不要生气，我还是坚持要分析一下5V系统的劣势

1 5V高精度的3A电源确实不好找，虽然只是15W，但确实是不多的，你有不代表大多数人都有。有可调电源的，使不使用5V倒是没有关系的。
2 当进行大电流充电的时候，5V电源需要3A的电流，大家必须选择较粗的导线才行，要确保长时间工作导线不会有什么意外。
3 因为电流大，导线发热后阻抗会加大，（各家使用导线长度不同，直径不同，结论会有很大差异），5V电源到了充电器端就会下降，恶劣一点的话，就会影响到MCU的运行
4 我们这个是功率产品，虽然不过20-30W，却也有很多功率上的不确定。比如电池有短路或者意外短路，因为MCU的5V和主回路的5V是在一起的，则瞬间我们的MCU也就over了，谈不上什么保护不保护的。
5 Buck电路因为意外，损耗飞升，还没有等MCU有动作，MCU的5V电压应该已经不行了。即使MCU还能坚持勉强工作，则我们的ADC早就发飚了。
6 当外界、内部有任何不良影响，直接就会作用到MCU的电源上，MCU或许可以耐受一些，ADC电源耐受不了，AD的值很可能为此发飚。

总结一下，我的意思就是说，5V电源会造成MCU部分的运行不可靠，进而带来系统的不可靠。
顺便说一句，你认为一个5V/3A的电源便宜，还是一个12V/30VA的变压器便宜？（别忘了，功率差不多翻了一倍了）

关于Mosfet，我估算了一下，基本上需要把定义修改了才能使用，但是转换位置不一样。
转换位置在直流20V，当系统电压高于20V，则驱动回路必须有特别设计。
对于系统电压5-20伏之间，可以直接采用OC加上拉的方式来驱动 P/N mosfet  不论电压是多少都没有问题。
对于大于20伏的系统，就必须进行G级驱动电压的限制，也就是说，驱动回路需要刻意设计。
使用驱动电压限制的驱动回路来在5V情况下工作，很有可能带来G级驱动电压不足4.5伏的问题，这个时候就产生了开通困难。（别告诉我可以选3.3V的mosfet）


国人常常是因陋就简，可我们的现在并不陋，所以我认为没必要简！

Grant

我只不过是在和你交换我们各自考虑的立场何观点，何来生气一说？顺便回答一下吧：

1、3A@5V给出只是一个最小指标，要求电源可以满足这个指标就可以使用。并非说4A@5V就不可以使用，因此不存在标准不标准件一说；

2、这个导线是电源适配器端的连线，对于charger的本身，无论使用什么电源，充电回路的铜皮都是要可以满足通过2A的最小指标的；

3、这个我做过测试，如果使用的电源确实可以做到的话，MCU是可以完全正常的干活的，确实供给MCU的电压会有抖动，并且会稍有下降，但一般MCU的工作电压范围足以应付。这同样也是为什么Vref会选一个TL431，并且电压会选一个小于4.5V的原因之一，采样部分没修改之前也是这样做的。

4、也许电池会短路、也会意外，MCU只是GND和充电回路GND使用相同的，我想最多不济就是MCU不干活吧？SMPS一般都会带有短路保护，这也是我一直不说用线性电源的原因。如果真是电池自己本身短路了，就算关闭供电回路又能有什么作用？MCU唯一能作的恐怕就是警告指示吧。

在lvhaian与我的沟通中，lvhaian提过另外一个问题，就是假如我的MCU就是出故障了，MOSFET长开，电池一直大电流充电如何保护的问题。这个问题在第一次QQ聚会上也有人提出过。目前的电路没有加上这个保护功能。

5、在种条件假设在使用任何电源的情况下都有可能。

6、在种条件假设在使用任何电源的情况下都有可能。


对于你的强烈要求，我想我暂时不做否定，容我与armok、lvhaian、 Cocal商量一下吧。

我另外也有几个问题：

1、如果4V电压直接加在电池上(单体、NIMH)，电流会有多大？

2、如果12v电压直接加在电池上(单体、NIMH)，电流会有多大？

3、如果控制4V电压，使电池上(单体、NIMH)的电流要做到2A，最大需要占空比为多大的PWM信号？

4、如果4V电压下的这个占空比到0的调节范围，AVR的PWM是否有足够的分辨率可以做到充电电流正负20mA的误差？

5、如果控制12V电压，使电池上(单体、NIMH)的电流要做到2A，最大需要占空比为多大的PWM信号？

6、如果12V电压下这个占空比到0的调节范围，AVR的PWM是否有足够的分辨率可以做到充电电流正负20mA的误差？


上述基本上可以计算，为什么使用4V，主要考虑Buck电路和整个充电回路的损耗，这只是一个大概的估算。


支持5V以上的系统的目的是为支持电池组，对于单节1.2v电池支持5V才最合用。我考虑5v也是有我自己的原因的，绝非：国人常常是因陋就简如此简单。

STM32_PLC

Grant ，我也没什么好说了，

保护居然要依赖外部电源，没话讲了，万一我们的SMPS不咋地，岂不是火灾！ 关于Mosfet常开的问题，我们之前讨论过，觉得需要在以后的设计中加入的。


首先对于你回应的内容
5V/3A是最低指标，你考虑过这个5V的指标是多少，对于SMPS要求这个5V稳定性是多少？快速甩脱、挂入负载的能力要求怎样？依照之前的技术规格这个要求可不低啊，很快速的从几乎0负载至全负载，再快速甩脱至接近0负载，而且速度还很快，重复周期很短，这个对于开关电源是有相当考验的。你在考验SMPS的PI调解能力。
或许你可以说，没关系，可以增加电容来缓解。对的，确实缓解了。可是电压就要有所波动了。

然后关联的，这个波动的电压，也一并送给了我们可怜的MCU。
“这个导线是电源适配器端的连线”，废话，当然是电源的导线，可是一样要用的呀，不是标准提供的就不管了？
“如果使用的电源确实可以做到的话”，你送我电源，我不知道我的电源能不能做到。
“最多不济就是MCU不干活吧”，我们的目标就是使MCU尽可能的继续干活，要个时不时就不干活的东西有何用。MCU是一切的保障，我们必须尽可能的保障MCU的正常运行，程序出错、死机、复位，都是严重的问题。不要这么轻描淡写的。
电池短路，可以快速切断充电线路，电池可以爆掉，但是可以保护充电器，总不见的为了一个坏电池把充电器赔进去吧！！

还有不知道Grant想过没有，现在毕竟是Buck的SMPS线路，毕竟是功率管的开关，这个对于回路的干扰是很大的。


对于你的问题我用两句话来解释，
1  Uniross 的15分钟快冲，15分钟可以充完 2400mAH的AA电池，电流不算损耗估算也要近10安培，你设计的区区2A，小的很呢！！
2  SMPS用以调节输出电压，单一依靠PWM的精度是没什么意义的，做过SMPS的人应该明白的，为了达到必要的输出精度，要靠PI调节的，单靠PWM的步进意义不大。

算一下吧
使用AVR，晶振以常规的16MHz
8bit PWM  最高频率  62.5KHz
10bit PWM  最高频率  15.6KHz
12bit PWM  最高频率  3.9KHz

我们取 10bit ，也就是理论1024分度，5V情况下，可以步进0.00488伏，28伏情况下，可以步进0.02734伏。如果算电流20mA，分别对应的负载为0.244欧姆和1.367欧姆
7号镍氢电池50-70 mΩ、5号镍氢电池36-43 mΩ、2号镍氢电池20-30 mΩ、18650锂电120-185 mΩ、5号7号碱性电池130-155 mΩ、普通碱性高功率5号7号电池300-400 mΩ、6F22型镍铬电池3000-4800 mΩ、6F22型镍氢电池1500-2200 mΩ、6F22型普通电池5900-7100 mΩ。
所以单靠PWM步进，不论选什么电压都不行。
你必须依赖PI调节才行。

技术上做不到或者以后要做暂时不做的是一回事， 而我是由Mosfet的选择开始讨论关于系统稳定性问题。
不要扯远了

不说了，不说了！ 累的

aleyn

我也来插几句好了， 5V的电源好找，但多数是1A或以下的，最高的也是2A的，要找个3A或以上的，一个字：“难”。
12V的也好找，1A的或2A的，如果充电器用12V的，再转换一下，应该比较容易得到5V/3A。
所以，我也跟阿力持相同意见：外部电源用12-28V（直流）/ 9-20V（交流），交直两用.
至於硬件理论的东西，俺不大懂，就不插话了。

lvhaian

我也给几次参考建议吧：

1：选择电源的问题不多考虑了，毕竟为了不影响进度，这次就把5V 的电源加上吧，做不做的好是另一码事。做的好以后延续，做不好下一版删去，省得引起大家争论了。毕竟现在 5V 的充电环境下面还不需要 3A 的输出能力吧。
   
   电源问题我看这样解决吧，没有合适电源的人由我们从经费中抽取一些给大家买几个开关电源借给大家。有的人就自行解决了，我想大家搞电子开发的人中没有开关电源的是少数拉。

2：保护问题尽量考虑吧，最近新闻里面报出的韩国LG 的手机电池爆炸炸死一个韩国公民，同情一下。为了防止今后我们这里有可能发生危险的隐患，设计的时候尽量考虑到。

3：对于 AVR 的PWM 控制精度来说，我从阿力的帖子中看到的 10bit pwm 最高 15.6KHz，确实不高，看来电路中很多参数还是需要好好算一下了。之前因为我和GRANT对AVR单片机都不是非常熟悉，因此我是在建立在 50K 的基础上面算得。


4：Mosfet 选择TO220 加散热器吧，很容易的事情，一个封装而已，况且散热器很便宜。不过我们为了加强对散热器的散热原理的学习，我们会增加一项散热器的计算。

martin7wind

我发表下意见，

集中的问题就在于 5v的电源，很少有功率超过10w的，这个是不必争论的事实。

但是 12v 2A的电源的确就很多。

可是，事实上，我们做板子，适应所有人手上的电源，更是不现实的。真的最好找的电源，其实是9V/1A，不是吗？

我觉得，要么彻底一点，做到直接进交流，市电220v。成本并不会提高多少。

要么不管这个问题，Grant决定多少就是多少，因为总会有人的开关电源不合适的。

armok

看来大家在电源上有一定的分歧。作为旁观者，我觉得这个分歧应该不难协商。建议Cocal协调一下。不过枫仔也说得没有错：总会有人的开关电源不合适。

另外，补充一下，如果大家研究后觉得有必要采购一批电源作为实验材料，(统一的供电电源可能为大家交流提供便利)，采购一批也不是什么问题。

STM32_PLC

我担心的并非电源的选择，而是稳定性和Mosfet的适用性。我自己做开关电源的，要什么电源我可以一天之内做一打。
我该说的都说了，剩下的就是等决定了
这个部分是 Grant 负责的，Grant有绝对主导和决定权。

有阿莫的支持，我相信Grant会好处理一点。

mowin

献丑了
我来计算一下楼主位提出的第七项：

        7：线路板总功耗
               （1） 静态功耗
               （2） 充两节1.25V电池最大功耗;
               （3） 充一节4.2V电池最大功耗;
　　　　（4） 充一节10V电池最大功耗;

这些计算结果是选择电源的指导性依据。

重要说明：以下计算仅供参考，如有错误，请发贴斧正，以共同提高，谢谢！

设：
BUCK电路效率         n=90%                （最保守的估计，如有异议请提出）
最大充电电流        Icmax=1.5A          （规格书中提出的）

单节NIMH/NICD电池最高端电压 Umax1=1.5V
单节LiON电池最高端电压 Umax2=4.2V
单节10V电池最大最高端电压 Umax3=10V

控制部分供电电压 VCC_5=5V

另:不考虑LM2576的变换效率

（1）、静态功耗
LCD1062: Ilcd=100mA （带背光电流的典型值，不同厂牌产品有区别）
MAX232:  I232=8mA
TL062:   Iop =0.2mA
基准：         Iref=15mA
MCU:         Imcu=30mA  （重要说明：这是一个估计值，数据表没有给出ATmega32工作在16M时的耗电量。

如有错误请指出）

电源指示灯：Ipled=3mA

因此静态功耗
P1=VCC_5*It=5*(100+8+0.2+15+30+3)=781mW=0.78W

（2）、充二节1.25V电池最大功耗
P2=P1+(2*Umax1*Icmax)=0.78+(2*1.5*1.5)=5.28W

如果采用5V电源供电
则:
电源要提供的功率为
Pp=P2/n=5.28/90% ~=5.87W
电源要提供的电流为
Ip=Pp/5=5.87/5 ~=1.17A

如果采用12V电源供电
则:
电源要提供的功率为
Pp=P2/n=5.28/90% ~=5.87W
电源要提供的电流为
Ip=Pp/12=5.87/12 ~=0.49A


（3）、充一节4.2V锂电池最大功耗
P3=P1+(Umax2*Icmax)=0.78+(4.2*1.5)=7.08W

如果采用5V电源供电
则:
电源要提供的功率为
Pp=P3/n=7.08/90% ~=7.87W
电源要提供的电流为
Ip=Pp/5=7.87/5 ~=1.57A

如果采用12V电源供电
则:
电源要提供的功率为
Pp=P3/n=7.08/90% ~=7.87W
电源要提供的电流为
Ip=Pp/12=7.87/12 ~=0.66A

（4）、充一节10V电池最大功耗
P4=P1+(Umax3*Icmax)=0.78+(10*1.5)=15.78W

如果采用24V电源供电
则:
电源要提供的功率为
Pp=P3/n=15.78/90% ~=17.53W
电源要提供的电流为
Ip=Pp/24=17.53/24 ~=0.73A

lvhaian

【20楼】 mowin 雾湾 ，谢谢你的参与。鼓励大家一起参与到计算中来哦！

我简单的看了一下你的计算，大部分我赞同的。

我给几个参考意见吧：

以下 C 为电池容量。

1: 快速充电状态一般为线路的消耗最大功耗状态。
  
   对于镍氢和镍镉电池。
   快速充电状态一般为 1C 以上，假设我们现在就以最大充电电流为 1C ，那么我们可以定我们的最大支持的电池为 2000mAH。
   因此我们最大充电电流可以按照 2A 来算。

   对于理电池，一般充电为 0.5C - 1C 之间，有些特殊的电池可以使用 2C 来充电。
   那么我们选择最通用的方式，我们可以选择 0.8 C。假如我们支持最大的锂电池容量为 2400 mAH。则最大充电电流为 1.92A。

2: 你的最大功耗应该使用 静态功耗 + （充电功耗 / 效率)。不应该为现在的 （静态功耗 + 充电功耗）/ 效率。
   buck电路的效率我们按照 80% 算更加合理一点。
   5V 以上用了LM2576 的平均效率也可以按照 80 % 来算。
   

不知道你觉得呢？

lvhaian

5V/3A 的电源不难找，现成的开关电源有 5V 输出的基本都能达到这个指标 。例如 铭伟开关电源。

还有我们一般的 GPRS 模块中使用的电源都是 5V/3A 的，所以这个电源我们认为不是购买上面没有问题。

接下来不考虑这个问题了。

mowin

谢谢安哥指出错误之处!

以下为更正的计算：
假设：
1、BUCK电路和LM2576电路效率 n = 80%

2、最大充电电流 Icmax = 2A (不管电池容量多大，电路提供的充电电流有一个上限，暂定2A，为方便起见，所有电池用此值计算快充最大功耗,暂不考虑安全问题，实际用多大电流充电在软件中考虑)
   
3、单节NIMH/NICD电池最高端电压 Umax1 = 1.5V

4、单节LiON电池最高端电压 Umax2 = 4.2V

5、单节10V电池最大最高端电压 Umax3 = 10V

6、控制部分供电电压 VCC_5 = 5V

（1）、静态功耗
LCD1062:    Ilcd = 100mA （带背光典型值，不同厂牌产品有区别）
MAX232:     I232 = 8mA
TL062:      Iop  = 0.2mA
基准：      Iref = 15mA
MCU:        Imcu = 30mA  （重要说明：这是一个估计值，数据表没有给出ATmega32工作在16M时的耗电量,如有错误请指出）
电源指示灯：Iled = 3mA

静态总电流
It = Ilcd+I232+Iop+Iref+Imcu+Iled = 100+8+0.2+15+30+3 = 156.2mA
静态功耗
P1 = VCC_5*It = 5*156.2 = 781mW ~= 0.78W

（2）、充二节1.25V电池功耗
P2 = 2*Umax1*Icmax = 2*1.5*2 = 6W

1）采用5V供电，(没有LM2576)电路最大功耗
Pmax = P1+（P2/n) = 0.78+6/80% ~= 8.28W
最大电流
Imax = Pmax/5 = 8.28/5 ~= 1.66A

2）采用12V供电，(有LM2576)电路最大功耗
Pmax = (P1/n)+（P2/n) = 0.78/80%+6/80% ~= 8.48W
最大电流
Imax = Pmax/12 = 8.48/12 ~= 0.71A

（3）、充一节4.2V锂电池功耗
P3 = Umax2*Icmax = 4.2*2 = 8.4W

1）采用5V供电，(没有LM2576)电路最大功耗
Pmax = P1+（P3/n) = 0.78+8.4/80% ~= 11.28W
最大电流
Imax = Pmax/5 = 11.28/5 = 2.26A

2）采用12V供电，(有LM2576)电路最大功耗
Pmax = (P1/n)+（P3/n) = 0.78/80%+8.4/80% ~= 11.48W
最大电流
Imax = Pmax/12 = 11.48/12 ~= 0.96A

（4）、充一节10V电池功耗
P4 = Umax3*Icmax = 10*2 = 20W

采用24V供电，（有LM2576）电路最大功耗
Pmax = (P1/n)+(P4/n) = 0.78/80%+20/80% ~= 25.98W
最大电流
Imax = Pmax/24 = 25.98/24 ~= 1.08A

lvhaian

挺迅速的，效率不错。

STM32_PLC

To 安哥

例如 铭伟开关电源 等的价格并不便宜，谢谢。
当然我并不在乎，但是需要考虑。

To 安哥 mowin 雾湾
脉冲充电时，强充至电阻开始产生阻隔效应，然后使用快速放电的方法消除电池的阻隔效应。（如果我没有记错的话）
根据充电电压、强充时间等的不同，产生的阻隔效应会有不一样的情况。为此而消耗的功率也会不同。
对于慢速充电，则没有上述情况。

个人认为静态功耗有一定意义，计算充电功率仅具有参考意义（对于慢速充电）

mowin

TO　27 楼 阿力

有些资料上说是NICD电池在快充过程中，电池极板会产生结晶导致内阻增大（这会降低充电效率），所以快充宜加入一定宽度的放电脉充，以消除结晶。
这应该是在软件中考虑的事情呀！

其实我比较的关心参数是：各种供电电压下，PWM控制充电电流的精确度！不知道哪位能说说看

lvhaian

参考 《充电器电路设计与应用》 一书中对镍氢，镍镉电池的充电方法介绍



内容提要
充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。本书结合充电器的普及与应用，系统地介绍了二次电池的分类及应用、阀控密封铅酸蓄电池充电器、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镉镍电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路多功能充电器、电动车蓄电池充电器等。本书在写作上把蓄电池、充电器的基础理论知识与充电器的实用电路有机地结合起来，深入浅出地阐述了蓄电池、充电器的技术特性和典型实用充电器电路。
　　本书文字通俗、内容新颖、突出重点、注重实用，可供交通、电信、航天、信息、电视传输、家用电器等行业从事充电器设计与应用的工程技术人员和高等院校相关专业的师生阅读参考。

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我比较赞同楼上【28楼】 mowin 雾湾的看法。

在上面我列出的这本书中对镍镉电池大电流充电常见方法有两种：
1：衡流充电，一般 1C 以上。
2：脉冲充电方法，周期进行充电，然后放电的过程。

所以在第一种模式下面上面 mowin 算得应该没有太大问题。
对于阿力说的脉冲充电方法，我仔细看了书中列出的充电流程后，个人意见：功率可能是小于第一种模式的。

不知道阿力您怎么看呢？


To: 阿力：我提及的铭伟开关电源只是个例子，因为我看了手边几个电源，基本都满足这个条件所以写上了。但是我相信铭伟有，国内的牌子应该都会有。
    这个电源的单价肯定低于 50 元。 后来我看了手边几个 232 转 GPRS 模块上面的电源都是 5V/3A 的方苞，所以我觉得这个电源应该不难买。

STM32_PLC

我并没有说功率一定会大呀，我只是说这样计算对于脉冲充电的意义不大而已。

开关电源 需要购买，肯定是能够买到的，只要你报得出输出规格总有人做的。我们的规格也并不离奇，所以很容易找到的。
但是多数人手边可能没有现成的，这是需要考虑的。

提出电压的问题是基于 稳定性和Mosfet驱动电路 而来的，所以问题的根源不在于电源。只要能解决稳定性和驱动回路的问题（或者修改技术参数），电压的问题自然而然就能够解决的。

希望讨论能够购回到本源问题上。

lvhaian

好的,回到这个帖子的主题上面。

希望大家报名参加原理图设计的人认领计算任务吧。

mp44

电流采样的计算：参考ＡＶＲ４５０：
采样电阻０．１欧．
放电电流２Ａ
充电电流２Ａ
放大倍数为１＋１００／８．２＝１３．２
放大后电压为０．１＊２＊１３．２＝＋／－２．６４
放大器后偏置电压ＶＲＥＦ＝３．７５
最后的电压为１．１１～６．３９Ｖ

在采样充电电流是采样电压会不会超出量程？

lvhaian

To 【32楼】 mp44

最后电压 / 2

mowin

各种电压下的电感值计算：

假设：
MCU时钟频率Fosc=16MHz
饱和电压 Vsat = 0.1V
最大输出电流 Iomax = 2A

采用8位PWM，则PWM频率为：
Fpwm = Fosc/256 =16/256 = 0.0625MHz
周期为：
T = 1/Fpwm = 1/0.0625 = 16uS
占空比50%时，开通时间为：
Ton = T/2 = 16/2 = 8uS

（1）5V电压充1.25V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (5V-0.1V-1.25V)*8uS / 2*2A = 7.3 uH
（2）9V电压充1.25V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (9V-0.1V-1.25V)*8uS / 2*2A = 15.3 uH
（3）12V电压充1.25V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (12V-0.1V-1.25V)*8uS / 2*2A = 21.3 uH
（4）15V电压充1.25V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (15V-0.1V-1.25V)*8uS / 2*2A = 27.3 uH
（5）20V电压充1.25V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (20V-0.1V-1.25V)*8uS / 2*2A = 37.3 uH

（6）5V电压充4.2V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (5V-0.1V-4.2V)*8uS / 2*2A = 1.4uH
（7）9V电压充4.2V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (9V-0.1V-4.2V)*8uS / 2*2A = 9.4uH
（8）12V电压充4.2V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (12V-0.1V-4.2V)*8uS / 2*2A = 15.4uH
（9）15V电压充4.2V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (15V-0.1V-4.2V)*8uS / 2*2A = 21.4uH
（10）20V电压充4.2V电池：
L = (Vin - Vsat - Vout)* Ton / (2 * Iomax) = (20V-0.1V-4.2V)*8uS / 2*2A = 31.4uH

mowin

电压测量部分计算

假设：
参考电压 Vref = 3.75V

（1）电压量程
运放增益设定电阻分别为：
Ra = R38 = R39 = 33.3K
Rb = R33 = R34 = 100K
则电压量程
Vomax = Vref / (Ra/Rb) = 3.75V / (33.3 / 100) ~= 11.26V

10位ADC时的测量分辨率为：
Vstep = 11.26V / 1024 = 11260mV / 1024 ~= 11mV


如有错误请指出，缺少的部分欢迎补充，谢谢！

mowin

按键输入部分计算

按键参考电压为3.75V，R10-R16每个电阻上分得的电压分别为：0.625V
(注：ADC = Vin*1024 / Vref )

按键名称          按键电压        10位ADC结果

ENTER          3.125V                0x355
UP          2.5V                0x2aa
DOWN          1.875V                 0x200
CANCLE          1.25V                0x155
RIGHT          0.625V                 0xaa
LEFT          0V                 0

STM32_PLC

对于按键的模拟值在计算值的10% 范围内，都将判定有效。在模拟采集部分将完成这个判断，并在全局变量中的键值设置为标准数字式键值，比如 1 表示 enter 2表示 up  3表示down 4表示cancel 5表示right 6表示left 等

lvhaian

【37楼】 trinove 阿力

可能你没有参与我们QQ 上面的讨论，我们已经 Cancel 掉 AD 做按键的方案了。

STM32_PLC

晕，怎么不在论坛上发布一下最新消息呀？