后備電源充電電路
為提高恒溫恒濕培養(yǎng)箱的可靠性，特配備后備電源，由8節(jié)2400mAh的 NiMH電池串聯(lián)組成。由于培養(yǎng)箱是一封閉環(huán)境，即使220VAC突然斷電，也能 保溫一段時(shí)間，這段時(shí)間單片機(jī)對溫濕度進(jìn)行監(jiān)測顯示，超過設(shè)定范圍立即報(bào) 警。1節(jié)NiMH電池能提供1.2V電壓,8節(jié)串聯(lián)則可提供9.6V電壓，經(jīng)過DC-DC 得到5V電壓，保障由傳感器、單片機(jī)、液晶、蜂鳴器等器件組成的監(jiān)測電路的 工作。監(jiān)測電路的電流約100mA,充電電池2400mAh,可保障監(jiān)測電路連續(xù)工 作約24h,能夠滿足需求。’
鐐氫電池組被封閉在箱體內(nèi)，當(dāng)系統(tǒng)接入市電時(shí),正確的充電操作不僅對 電池容量的獲得至關(guān)重要，而且，可以避免岀現(xiàn)高溫、過度充電以及其它 對電池使用壽命產(chǎn)生不利影響的條件。凌特公司的充電管理芯片LTC4011為實(shí) 現(xiàn)NiMH電池的可靠、堅(jiān)固和安全快速的充電提供了完整的獨(dú)立型解決方案。 LTC4011在一個(gè)20引腳TSSOP封裝中提供了完整的功能組合，比ETC4010 增加了 PowerPathTM控制輸Hitop-off充電指示器、DC功率檢測輸入的功能， 并提供了有限的熱敏電阻選項(xiàng)。
LTC4011采用的充電終止方法利用了電池電壓和電池溫度的變化，旨在可 靠的指示達(dá)到滿充電狀態(tài)的時(shí)間(作為所選充電電流的一個(gè)函數(shù))。為了讓電池 顯示正確充電終止所需的電壓和溫度模式，充電電流必須足夠高(在0.5C至2C 之間)。圖3-15示出了一種顯示充電電流、電池溫度和每節(jié)電池電壓的典型快速 充電模式。該模式顯示充電周期的終止是由溫升速率(DT/Dt)造成的。-DV充電 終止算法在滿充電電流開始流動(dòng)之后立刻生效。一個(gè)固定的延時(shí)用于防止因深 度放電電池或最近未充電電池的電壓波動(dòng)所導(dǎo)致的充電誤終止。對于接近滿充 電的電池，-DV終止序列立即開始，以防止發(fā)生過度充電。在充電周期中，-DV 和DT/At終止法均有效。對于NiMH電池，-DV終止要求單節(jié)電池電壓從峰值 電壓下降10mV,或者溫升速率(DT/Dt)每分鐘高于1C。測量每30秒進(jìn)行一次， 而且要在4次測量結(jié)果一致的情況下才終止充電。一般來說，DT/Dt終止會(huì)在
充電周期的早期出現(xiàn)。如果發(fā)生這種情況，則LTC4011將增加一種充電電流有 所減小的top-o任充電操作（持續(xù)1/3設(shè)定時(shí)間）。Top-ofif充電只在給NiMH電 池充電時(shí)采用。在充電周期結(jié)束之后，充電器將繼續(xù)監(jiān)視電池電壓。如果該電 壓由于電池上加有一個(gè)外部負(fù)載或自放電的緣故而降至一個(gè)固定門限電平以
下，則開始一個(gè)新的充電周期，并立即啟用充電終止算法。
圖3-16 8節(jié)NiMH電池充電電路
Fig.3-16 8-CeU NiMH fast charger
外部DC電源通過一個(gè)起輸入整流器作用的功率二極管或P溝道MOSFET 連接至充電系統(tǒng)和VCC引腳，防止在輸入短路至地或DC輸入端上出現(xiàn)反向電 壓極性的情況下遭受災(zāi)難性的系統(tǒng)損壞。當(dāng)輸入把VCC引腳電壓驅(qū)動(dòng)至高于 BAT引腳電壓時(shí)，LTC4011將自動(dòng)地加以檢測。確定當(dāng)連接了外部DC電源時(shí) 在VCC上產(chǎn)生的最小滿負(fù)載電壓的公式為VCC(MIN)=(n*2V)+0.3V,式中n為 電池組中串聯(lián)電池的節(jié)數(shù)。本設(shè)計(jì)中外部DC由220VAC穩(wěn)壓至24V供電。 LTC4011將在各種VCC和BAT電壓組合條件下進(jìn)行正確的充電操作。在低壓差 或VCC電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于BAT電壓的條件下運(yùn)作LTC4011將強(qiáng)制PWM頻率大大 低于550kHz.如果一個(gè)大的Vcc至BAT電壓差有可能引發(fā)噪聲，則LTC4011 將禁止充電并將其設(shè)定為一個(gè)故障。
通過把CHEM引腳設(shè)置為適當(dāng)?shù)碾妷罕憧蛇x擇所需的電池化學(xué)組成。本設(shè) 計(jì)將其與GND相連，則選擇的是一組與鐐氫電池充電有關(guān)的專用參數(shù)。
充電電流釆用以下公式設(shè)定：Rsense=100mV/Iprog, Rsense是一個(gè)連接在 SENSE和BAT弓I腳之間的外部電阻器。本設(shè)計(jì)要求充電電流1A,由以上公式 計(jì)算，選用0.1R/1W的電阻。
在TIMER引腳和GND之間連接合適的電阻器可設(shè)置不同充電狀態(tài)的 持續(xù)時(shí)間，該電阻器的阻值反映設(shè)定充電電流與目標(biāo)電池組的1C速率之間的匹 配精度。確定快速充電周期的公式為：貝岐=次參，單位為小時(shí)。
向LTC4011的VceU引腳提供平均單節(jié)電池電壓需要一個(gè)外部電阻器網(wǎng)絡(luò)， R13/R12比值是一個(gè)(n-1)因子，其中的n為電池組中的串聯(lián)電池節(jié)數(shù)。R12的阻 值應(yīng)在Ik和100k之間。該阻值范圍限制了由Vcell漏電流所引起的檢測誤差， 并可防止Vcdiv和GND之間的內(nèi)部NFET的接通電阻在Vcell電壓中引發(fā)顯著 誤差。外部電阻器網(wǎng)絡(luò)還被用于檢測電池的插入和取出。本設(shè)計(jì)中n取8, R12、 R13分別選用10k、70k,能滿足要求。C3與并聯(lián)的R12和R13組成的濾波器來 抑制PWM開關(guān)噪聲，C3選用33n,以產(chǎn)生一個(gè)低于500Hz的一階低通頻率。
其中為指數(shù)溫度系數(shù)，T°為熱敏電阻的相對溫度，R。為溫度為T。是熱敏 電阻的阻值。
如果BGATE被置于開路狀態(tài)，則LTC4011的INTVdd引腳可在READY處 于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)被用作主系統(tǒng)中的一個(gè)額外的調(diào)節(jié)電壓源。在INTVdd上開關(guān)負(fù)載 有可能降低用于監(jiān)視和終止快速充電內(nèi)部模擬電路的準(zhǔn)確度。此外，從INTVdd 引腳吸收的DC電流會(huì)在升高的VCC電壓條件下極大地增加內(nèi)部功耗，所以使 用最小O.luF的陶瓷旁路電容。
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