刘桄序，刘光乾（四川科技职业学院鼎利学院，成都 611745）
摘 要：许多玩具都选用的“可充电”功用，为带“电”玩具充电电源办理体系的规划工程师们带来了难题。
本文以典型的恒流充电电源规划、恒压充电电源规划及恒流恒压充电电源规划三种进行剖析，并结合当时最为干流的新式电源办理芯片为运用，给出较为合理的三类电路的电源办理体系规划。
关键词：玩具充电；电容充电；电源办理；电源规划
0 额外电压是值考虑
玩具一般选用电压为5 V左右的电源供电电路。因为常见的电池标准有两种，一种是碱性性电池，电池单元电源电压为1.5 V，即此类标准的电路规划为1.5 V的倍数，如3 V、4.5 V、6 V、9 V等。还有一类便是以充电电池单元为规划的电源电路，即以1.2 V为单元电池供电电路规划，常见的为3.6 V、4.8 V、6 V等。而超级电容的单元电压，依据不同的原料不同，在1~3 V之间均有，而常见的超级充电电容电压为：2.5 V、2.7 V等，这样，在电容电路中，如要直接替换原碱性电池或镍氢、锂离子充电电池，则需求核算电容的电压和其组合方法。
1 充电最大值考虑
在选用电容作为储能元件时，不能依照惯例的充电最大电压进行设置，而只能依照标称电压进行规划。如锂电池的标称电压为3.6 V，则本质是最大充电电压为= 2 ×3.6 V≈4.2 V，取4.2 V为最大值，决不答应超出，不然锂离子电池就可能被充坏。而铅酸蓄电池的最大充电电压，一般也是按 2 倍联系进行设置，但一般没做严厉要求，如电动车内的铅酸蓄电池，标称为48 V的电池组，理论设置最大充电电压= 2 ×48 V≈54 V，而在实践电路运用中充电电路设置最大电压确为56 V，有些范畴的充电电压到达1.5倍以上，这样电池也是简单被充坏的（见图1）。当选用电容为电源单元时，只能按标称电压进行充电，不然将可会充爆电容（见图2）。
3 充电电流倍率考虑
充电倍率是表征充电电池在充电的时的快慢一种测量，是指电池在规则的时刻内充电至其额外容量时所需求的电流值，它在数值上等于电池额外容量的倍数，即“充电电流/电池额外容量=充电倍率”。惯例的充电电池电路规划的充电电流倍率经典值C=1/10额外电流，也便是充电常常依照10 h左右进行核算。如标称为10 A的蓄电池，其充电电流为1 A，需求充电10 h。这种考虑首要是针对充电电池的化学特征，为了有用地运用可充电电池，小电流充电势必是有用维护电池的一种有用方法。
电容的充电则是依照时刻常数设定而规划。电容器的充电时刻常数，是电容的端电压到达最大值的0.63倍时所需求的时刻，一般时刻到达5倍的充电时刻常数后就以为充溢了（见图2）。充电时刻常数的巨细与电路的电阻有关，依照公式核算： t RCc =，其间 R 是电阻；C是电容。
4 小电流充电电路
依据电容器的充电特征能够看出，在充电中是累积电荷进行存储的进程。在玩具的电路中，因为都是为儿童预备的，故此在电路规划中选用小电流充电，满意一些小功耗的电路是彻底可行的。比方，玩具车的遥控器，这种耗电小的电路供电，即可选用小电流充电满意要求。
此处以TPS 7A78为例，规划一款小于300 mA的为电容充电的电路。TPS 7A78有较高的全体功率，选用内部半桥降压的方法进行降压，削减了外围电磁元件的换能降压，只用外部电容器来自动胁迫和校对精确的输出电压。改电源电路内部共同的架构，答应备用功率将从几100 mW削减到只要几 mW，自损耗适当的小。选用内部泵电源电路与外部电容器结合，电路全体积能够做到很小能便利嵌入到玩具内。
图3所示电路为TPS 7A78完成5 V/300 mA的充电电路充电选用编程方法进行操控，能为一些小功耗玩具的电容充电。
依据实践的对22 F/5 V单体电容进行充电，实测充电图形如图4所示。
5 电容恒流恒压充电体系
电容充电都要求是恒压的，这样才干确保电容的电压安稳且不会被过高电压过充电而导致电容鼓包等损坏，而且电容的充电与电压是没有联系的，只与时刻常数有关。但为了快速地充电，有用地确保时刻常数的有用性，在最短的时刻内充溢电，就必须确保有能充溢电容存储电量的电能供应满意。故此，在施行充电电路中，常常选用恒流恒压的电源充电，以确保电容充电的电荷存储量。
此处为“带电玩具”规划的便携式USB充电电源办理体系，便是将充电电源以恒流恒压的方法为电容进行充电。本文规划选用TI公司新式锂电池充电芯片系列BQ2405X系列中的BQ24050。BQ24050自身界说为度集成的锂离子线性充电器芯片，电源输入具有USB端口或沟通适配器输出两种，习惯较高的电源输入，且具有输入电压维护。BQ 24050只要一个电源输出，为电池充电,充电分具有恒流和恒压功用。在充电阶段，因为规划有内部操控回路监测IC结温度，并在超越内部温度阈值时下降电荷电流，以有用维护充电时的过电流。
BQ 24050内设电功率级和电荷电流感知函数彻底结合电路，充电电路具有高精度的电流和电压调理回路、充电状况显现和充电停止功用。预置电流和停止电流阈值是通过外部电阻编程的。快速电荷电流值也可通过外部电阻进行编程而设定，图5所示为根据BQ24050的800 mA恒流恒压充电电路。
因为BQ24050自身为锂电池充电操控芯片，自身对恒流恒压及维护电路有着严厉的界说，特别是在维护电路中，具有电压、电流及温度方面的维护。
通过电路充电测验，取得图6所示充电波形，从树立充电的预备期，快速进行恒压恒流充电，到恒压浮充后减小电流截止供给电流，充电完毕。
6 定论
现在带“电”玩具的电容充电办理电路，将会运用到未来一段时刻的玩具电源商场。本文所讨论的仍是立足于带线的充电方法，不论是220 V降压充电仍是USB电源充电，都是当时的最盛行的玩具充电方法之一。而未来的玩具充电，电容作为储能元件是长时间运用的一种趋势，充电方法也会在未来选用无线充电的方法，无线充电的电源电容充电与本文又有一些差异，不在本文的电源充电办理之中。
作者简介
刘桄序（1977—），高级工程师，工程硕士，副院长，首要研讨方向：嵌入式、智能硬件方向。
刘光乾（1975—），工程师，教师，首要研讨方向：物联网、核算机网络方向。
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第10期第55页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
