智能充电器设计
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摘要 .............................................. 错误！未定义书签。关键词 . (1)
ABSTRACT (1)
KEYWORDS (1)
引言 .............................................. 错误！未定义书签。3充电器设计思想. (3)
3.1 3种电池的充电模式 (3)
3.1.1镍氢/镍镉电池充电模式 (3)
3.1.2锂离子电池充电模式 (3)
3.1.3自适应充电模式 (4)
4充电器硬件设计 (4)
5 系统软件设计 (6)
6设计特点及测试结果 (10)
6.1 模糊控制方法 (10)
6.2 均衡充电 (11)
6.3 测试结果 (11)
7总结 (14)
致谢： (15)
参考文献： (16)
基于单片机的智能充电器的设计
摘要：为解决锂离子电池和镍氢/镍镉电池的充电问题，设计了一种以AT89C2051单片机为核心的通用智能充电器，介绍了智能充电器的工作原理、设计特点和三种充电模式，详细讨论了系统的硬件构成及软件实现方法。由于采用了高性能的微控制器及高分辨率的A/D转换电路，保证了充电器具有很高的精度。
关键词：单片机 A/D转换智能充电器硬件构成
Design of The General Intelligent Battery Charger
Abstract: The reference design is developed for the charge of Li-ion and NiMH/NiCd battery pack based on AT89C2051 single-chip computer . The work principle and design characteristics and three charge mode are introduced, then the hardware structure and the implement of software are analyzed in detail. With the high performance of microcontroller and high resolution A/D convert circuit ,the design can guarantee high accuracy.
Keywords: Single-chip computer A/D convert Intelligent battery charger Hardware structure
引言可充电电池具有较高的性能价格比、放电电流大、寿命长等特点，广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。但是不同类型的电池如镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池具有不同的充电特性和过程。不同的电池应采用不同的充电控制技术。常用的控制技术有：电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术等。其中电压负增量控制是目前公认的较先进的控制方法之一。充电时，当测量到电池电压负增量时就可以确定该电池己经充满，从而将充电转变为涓流充电。时间控制预定充电时间，当充电时间达到后，使充电器停止充电或转为涓流充电，这种方法较安全。温度控制法是当电池达到充满状态时，电池温度上升较快，测量电池温度或温度的变化，从而确定是否对电池停止充电。最高电压控制则是根据充电电池的最高允许电压来判断充电状态，这种方法灵活性较好。本文介绍一种智能充电器，能对镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池进行充电，并对充电电池具有自动检测能力。
1镍氢/镍镉电池的充电特性
1.1预充电区
根据这一区间镍氢/镍镉电池的特性,要给充电的电池维持一个小电流（大约
为正常充电电流的1/10这时充电电压快速提升至标准电压的60%左右。在这一段时间持续很短，当单节电池电压达到0.6～1V，温度高于-5o C，充电就可进入下一阶段。
1.2快速充电区
这一阶段电流要达到正常充电值800mA左右，电压从预充电压慢速上升至标准电压。这一阶段电池温度会有缓慢上升但要保持(dθ/dt)< 1.0℃／min,电池温度θ
max
<50℃。
1.3超快速充电区
当电池的d(dv/dt)=0,则进入超快速充电区。此时V维持在8.5V，而电流则降至3/50的标准电流，此时电池温度上升加快(dθ/dt) ＞1.0℃／min。
1．4 维持充电区
当(dv/dt) <0或θ
max=
50℃，电池充电饱和，充电电流快速降至约1/50标准电流的维持充电电流，而电压也降至标准电池电压。这一状态将维持直到电流被取下。
从以上分析可知，对镍氢/镍镉电池的控制量主要有电压增量、最大温度、最长充电时间、最大充电电压。而我们对电流充电各阶段转换的判据主要有–ΔV、θmax、dθ/dt，由于dθ/dt这个变化量一般对环境变化敏感，因而对镍氢/镍镉电
池我们对其控制的参量主要为–ΔV、θ
max
。在具体实现过程中–ΔV还有赖于电压采样分辨率和电流的稳定程度。
2锂离子电池的充电特性
2.1 激活状态区
锂离子电池在充电时，首先一小段激活时间。此期间所需电流很小仅为正常充电池的1%左右，而且维持时间很短，当V＞4.0V时，进入预充电状态区。
2.2 预充电状态区
锂离子电池的初始状态为 4.0V 2.3 快充电状态 当经过一段时间的预充电，锂离子电池就进入了快充区。这一阶段充电电流为850mA左右，电压要逐步上升并达到锂离子电池的标准电压8.35左右。 2.4 限压衡压充电区 充电电压稳定在8.35V，电流逐步减小至仅维持一个很小的电流，此期间电池温度还有小幅增加。 2.5 维持充电区 当t＞180 min，或θ max ＞50℃，或V max ＞8.5V时，进入维持充电区。这一期间 电压仍维持在8.5V，电流几乎为0，一直维持到电池被取走。 在此有一点需要说明，正常锂离子电池组静态电压（切断电流后）为7.2V（两节电池），而在充电时我们判断其稳态开路电压等于8.2V左右时为达到饱和水平。 这是由于锂离子电池内阻较高，因而其在线电压要高于静态电压。从以上分析可 以看出，对于锂离子电池其控制参量可以为最大电压V max ，最大温度θ max ，最大时 间T max, ,电池充电的个阶段的转化控制住要用电池开路电压的精确测量V作为控制 参量。 3充电器设计思想 设计通用型智能充电器时．需要充分考虑3种电池的充电特性，针对每一种电池的特性给出不同的充电模式以及相应的算法． 3.1 3种电池的充电模式 3.1.1镍氢/镍镉电池充电模式 镍镉电池的容量比镍氢电池或锂离子电池低，具有低阻抗特性，对于需要短时间大电流的应用场合很具吸引力。但镍镉电池如果未经充分放电又进行充电，或者长时间处于小电流放电状态，就会产生枝状晶体，引起“记忆效应”，从而导致电池内阻变大，容量变小，缩短了电池寿命。如果在充电前进行完全放电，使每节电池的电压降到1．0V左右，就能消除引起“记忆效应”的枝状晶体，恢复电池的性能。镍氢电池具有较高的容量，但其自放电率也较高，约为镍镉电池的二倍。在初始阶段其放电率尤高（每天放掉1％）。所以镍氢电池不宜用于需要长时间保持电池容量的场合。就充电方式而言，两种电池非常相似，都是以恒流的方式进行充电，可采用快速、标准或者涓流的方式进行充电。它们都能以超过2C （C为电池容量，单位为安培）的速率进行充电（但一般采用C／2速率）。由于存在内部损耗，充电效率一般小于100％，所以，在采用C／2的速率充电时，通常需要两个多小时才能把电池充满。充电过程中的损耗随着充电速率和电池的不同而不同。 这2种镍类电池具有相似的充电特性曲线，因而可以用一样的充电算法。这2种电池的主要充电控制参数为-ΔV和温度θ。 对镍氢／镍镉电池由预充电到标准充电转换的判据为：①单节电池电压水平0.6～1V；②电池温度-5～0o C．电池饱和充电的判据为：①电池电压跌落或接近 零增长–ΔV= 6～15 mV／节；②电池最高温度θ max ＞50℃；③电池温度上升率d θ/dt ≥1.0℃／min。由于温度的变化容易受环境影响,因而实际用于判别充电各 阶段的变量主要为–ΔV、θ max， 其中对–ΔV的检测需要有足够的A／D分辨率和较高的电流稳定度．-△V的测量与A/D分辨率、充电电流的稳定性与电池内阻之间有以下关系:当电池内阻等于50Ω(接近饱和充电)时，充电电流=1200mA，电流漂移等于5%，单节电池的最高充电电压为1.58V，则此时电流漂移可能引起的电池电压变化为3 mV。 3.1.2锂离子电池充电模式 过去几年中，电池技术领域最突出的创新就是锂离子电池。相对于镍基电池而言，锂离子电池具有更高的容量。从容量／体积比来衡量，锂离子电池比镍氢电池高出10％～30％，从容量／质量比来看，锂离子电池比镍氢电池高出近两倍。但锂离子电池对于过充电和欠充电很敏感。要达到最大容量就必须充电到最高电 压，而过高的电压和过大的充电或放电电流又会造成电池的永久性损坏。如果多次放电至过低的电压则会造成容量损失，所以，充电和放电时都须限制其电压和电流，以保护电池不受损坏。锂离子电池的充电方式不同于镍基材料的化学电池充电时需用一个电压—电流源来进行充电。为了获得最大的充电量而又不损坏电池，须使电压保持在1％的精度内。 在锂离子电池充电采样时，测量到的电压是电池的在线电压，一般在线电压要高于静态电压（与内阻有关）．在充电器设计中，对锂离子电池充电各阶段转换判断的测量参数只有在线电压，电压采样偏差小于 0.05 V． 3.1.3自适应充电模式 智能充电器设置了一种自适应充电模式，在这种模式下，对未知型号的电池或放入某种电池后而未按相应的键，则充电器自动转入自适应充电模式．此时充电器将提供一种公共算法对电池进行预充电，并对其进行型号识别判断，然后转入相应的充电模式，显示相应的型号．具体做法为：检测充电电池电压的变化率，并判断是否检测到有–ΔV。如果检测到电池电压V特别高，且无–ΔV，则转入锂离子电池充电模式，否则进入镍类电池充电模式． 4充电器硬件设计 由单片机和充电器芯片组成的通用充电器原理图如图1所示． 图1 通用充电器原理图 图中AT89C2051、ADC0832与MAX846A一起构成充电器的核心。单片机的两个 PWM输出(P 1.3 ,P 1.4 )，经输出滤波分别与MAX846A的VSET以及ISET相连，以控制充 电电压及电流,其中P 1.3控制浮动电压， , P 1.4 控制充电电流。从ISET端引出电流量， BATT端电池分压器读出电压量，引入微控制器，连续测量充电电压及电流。由于从ISET以及VSET读出的量均为模拟量，而AT89C2051内部没有A／D转换，所以需要外部增加A／D转换器ADC0832。AT89C2051串行口工作于移位方式，P3.0为数据输出线，P3.l为时钟线。它有128个8位的RAM，2KB的程序存储空间，完全 满足充电器的使用要求。在充电器中主要用来控制 MAX846A对电池的充电与否、实时检测充电器的状态及时显示，4个共阳极 LED和4片串行输入、并行输出的74HC164构成显示电路。 MAX846A是Maxim公司的一款低成本、多功能的电池充电器专用控制芯片,可用同一电路为不同类型的化学电池(锂离子、镍氢、镍镉电池)充电. MAX846A最简单的应用就是作为一个独立的限压电流源为锂离子电池充电,因它内部包括一个精 度为0. 5 %的基准源,可以保证锂离子电池电压达到苛刻的精度要求. 独立的电压、电流调节回路用于控制外部PNP晶体管（或p沟道MOSFET) ,简化了充电器的设计. 另外,MAX846A内含精度为1 %的20 mA、3. 3 V线性稳压源,可为微控制器(MCU)供电并为它的A /D转换提供基准电压. 复位电路在系统掉电时为微控制器提供复位信号.因此,它可以灵活简单地与微控制器相连,共同构成通用的电池充电器. MAX846A的ON引脚控制充电功能的开启, CELL2决定充电电池的节数,VL是线形稳压电源, PWROK为微控制器提供复位信号, ISET是电流设置输入、充电电流输出 端,VSET是浮空电压基准调节输入端,BATT是充电电池输入端 ADC0832为8位串行逐次逼近式A/D转换芯片，实时检测充电电流、电压的大小。MAX846A是一种高性能充电芯片，它适用于镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池等。 电路中用单片机的PWM输出特性对充电电池电流进行控制，这样设计的优点是：用数字量对电流控制可达到很高的精确程度，可以适合不同种类不同容量的电池对充电电流的不同要求.其中脉宽调制有2个参数特别重要:一是工作频率，在一定范围内，脉宽调制的工作频率越高，所需电感越小。二是单步调整的分辨率，如果脉宽调制欲输出稳定度较高的充电电流，则需要较高的分辨率。例如在镍氢/镍镉电池充电的各个阶段，尤其是电池饱和充电判别点附近，对充电电压的-△V进行采样时，要求电池的充电电流要有较高的稳定性或电流等效值恒定，这时就有赖于脉宽调制输出稳定的电流值.而对于锂离子电池在其限压充电期间，其充电电流应可动态调整，以维持电池电压的最大(但要小于最大充电电压)而获得较高的充电效率. PWM软件法控制充电电流是在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件，另外ADC的位数尽量高，单片机的工作速度尽量快。在调整充电电流前，单片机先快速读取充电电流的大小，然后把设定的充电电流与实际读取到的充电电流进行比较，若实际电流偏小则向增加充电电流的方向调整PWM的占空比；若实际电流偏大则向减小充电电流的方向调整PWM的占空比。在软件PWM的调整过程中要注意ADC的读数偏差和电源工作电压等引入的纹波干扰，合理采用算术平均法等数字滤波技术。软件PWM法具有以下优缺点。 优点： 简化了PWM的硬件电路，降低了硬件的成本。利用软件PWM不用外部的硬件PWM 和电压比较器，只需要功率MOSFET、续流磁芯、储能电容等元器件，大大简化了外围电路。 1.可控制涓流大小。在PWM控制充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电电流的大小，并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较，以决定PWM占空比的调整方向。 2.电池唤醒充电。单片机利用ADC端口与PWM的寄存器可以任意设定充电电流的大小，所以，对于电池电压比较低的电池，在上电后，可以采取小电流充一段时间的方式进行充电唤醒，并且在小电流的情况下可以近似认为恒流，对电池的冲击破坏也较小。 缺点： 3.电流控制精度低。充电电流的大小的感知是通过电流采样电阻来实现的，采样电阻上的压降传到单片机的ADC输入端口，单片机读取本端口的电压就可以知道充电电流的大小。若设定采样电阻为Rsample（单位为Ω），采样电阻的压降为Vsample（单位为mV）， 10位ADC的参考电压为5.0V。则ADC的1 LSB对应的电压值为5000mV/1024≈5mV。一个5mV的数值转换成电流值就是50mA，所以软件PWM电流控制精度最大为50mA。若想增加软件PWM的电流控制精度，可以设法降低ADC的参考电压或采用10位以上ADC的单片机。 1.PWM采用软启动的方式。在进行大电流快速充电的过程中，充电从停止到重 新启动的过程中，由于磁芯上的反电动势的存在，所以在重新充电时必须降低PWM的有效占空比,以克服由于软件调整PWM的速度比较慢而带来的无法控制充电电流的问题。 2.充电效率不是很高。在快速充电时，因为采用了充电软启动，再加上单片 机的PWM调整速度比较慢，所以实际上停止充电或小电流慢速上升充电的时间是比较大的。 此外，设计中选择滤波电容的主要依据是系统对电源纹波的要求。滤波电容的等效串联电阻（ESR）是造成输出纹波的主要因素，而且也会影响到转换效率，因此应尽量选用低ESR的电容。陶瓷电容和钽电解电容具有较低的ESR，也可选用低ESR的铝电解电容，但应尽量避免标准铝电解电容。容量一般在10μF～100μF，对于较重的负载设计选取大一点的电容。 5 系统软件设计 系统软件流程采用中断工作方式, 软件功能的主要控制步骤均包括在定时中断程序中，包括监控电压、测量电流及累加电流时间积等部分。系统的主要程序流程如图2所示。 图2 系统主要程序流程图 在开始充电时，对系统进行初始化，其中包括图1中AT89C2051单片机各个端口初始化、堆栈指针初始化、寄存器初始化，程序如下： ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP EXTERN_INT ; 外中断入口 ORG 000BH LJMP TIMER0_INT ; 定时器中断入口 ;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ ; 程序开始，初始化各个寄存器以及标志位 ;－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ START: MOV SP,#050H ; 设置堆栈 MOV R0,#030H ; 设置AD存储单元初始地址 MOV IE,#0FFH ; 打开所有中断 MOV DPTR,#78FFH ; 采集通道首地址,只使用一路AD就可以 MOV R0,#40H MOV @R0,#00H ; 清除方案选择位 MOV R0,#40H MOV @R0,#00H ; 清除方案选择触发位 MOV R1,#042H MOV @R0,#00H ; 清除定时器计数器 LCALL TIMER1_INIT ADC采样中断设定程序如下： EXTERN_INT: PUSH ACC ; 累加器压栈 PUSH PSW ; 程序状态字压栈 MOV PSW,#010H ; 切换寄存器区域 MOV DPTR,#78FFH ; AD转换器首地址 MOVX A,@DPTR ; 读入AD的值 MOV R1,#030H ; 存储AD转换器的数据的地址 MOV @R1,A ; 将AD的值读入该地址 POP PSW ; 程序状态字出栈 POP ACC ; 累加器出栈 RETI END 为了使测定结果更精确，采样频率要尽量高。系统初始化后开定时器中断服务程序，由于程序中利用了定时中断，使得定时控制很方便。 对电压采样的时间定时器中断程序如下： TIMER0_INT: PUSH ACC ; 累加器入栈 PUSH PSW ; 程序状态字入栈 MOV PSW,#18H ; 切换寄存器区域 CLR TF0 ; 清除定时器中断TF0 CLR TR0 ; 禁止定时器0 MOV TL0,#00H MOV TH0,#01FH ; 定时器0中断发生时间为6 CLR TF0 ; 清除溢出中断位 MOV R1,#042H INC @R1 ; 增加计数器的值，到8为止，这样达到500 毫秒 CJNE @R1,#08H,TIMER0_READY MOV @R1,#00H ; 清除计数器的值 MOV R1,#041H ; 设置标志位，每500毫秒重新选择方案MOV @R1,#01H TIMER0_READY: SETB TR0 ; 使能定时器0 POP PSW ; 程序状态字出栈 POP ACC ; 累加器出栈 RETI 端电压检测硬件上使用单片机的片上高精度A/D模块，软件控制采用中断方式，这样可节省单片机在A/D转换期间的等待时间。端电压检测的数据，通过充电算法计算电池的电压负增长-△V是否满足快速充电终止条件，及时实修改单片机的输出参数，控制充电电流的大小。 用PWM调制得所需电流大小程序如下： LOOP: MOV R0,#30H ; 30H是AD转换的地址，将数据和几个值进行比较， 确定方案 MOV A,@R0 SUBB A,#30H ; 当电压很小的时候，采用第一种方案，向引脚PWM发送占空比 为10%的信号 JC PROCESS_01 MOV A,@R0 SUBB A,#90H JC PROCESS_02 ; 当电压较小的时候，采用第二种方案，向引脚PWM发送占空比 为20%的信号 MOV A,@R0 SUBB A,#90H JZ PROCESS_03 ; 当电压正好的时候，采用第三种方案，向引脚PWM发送占空比为50%的信号 MOV A,#04H ; 当电压超出的时候，采用第四种方案，向引脚PWM发送占空比为 0%的信号 LJMP PROCESS_04 CLEAR_FLAG: MOV R0,#40H ; 清除方案选择位 MOV @R0,#00H MOV R0,#41H ; 清除触发位 MOV @R0,#00H LJMP LOOP PROCESS_01: MOV R1,#040H MOV @R1,#01H ; 选择方案1 PROCESS_01_NEXT: SETB P2.0 ; 将和PWM连接的管脚置高 MOV R1,#0F0H MOV R0,#00H PROCESS_01_01: DJNZ R1,PROCESS_01_01 DJNZ R0,PROCESS_01_01 ; 空跑16*256*2个周期 CLR P2.0 ; 将和PWM连接的管脚置低 MOV R1,#070H MOV R0,#00H PROCESS_01_02: DJNZ R1,PROCESS_01_02 DJNZ R0,PROCESS_01_02 ; 空跑16*256*2*9个周期 MOV R1,#041H ; 当方案改变标志位到来的时候，清除标志并且 重新进行判断 CJNE @R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_01_NEXT PROCESS_02: MOV R1,#040H MOV @R1,#02H ; 选择方案2 PROCESS_02_NEXT: SETB P2.0 ; 将和PWM连接的管脚置高 MOV R1,#0E0H MOV R0,#00H PROCESS_02_01: DJNZ R1,PROCESS_02_01 DJNZ R0,PROCESS_02_01 ; 空跑16*256*2个周期 CLR P2.0 ; 将和PWM连接的管脚置低 MOV R1,#080H MOV R0,#00H PROCESS_02_02: DJNZ R1,PROCESS_02_02 DJNZ R0,PROCESS_02_02 ; 空跑16*256*2*8个周期 MOV R1,#041H ; 当方案改变标志位到来的时候，清除标志并且 重新进行判断 CJNE @R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_02_NEXT PROCESS_03: MOV R1,#040H MOV @R1,#03H ; 选择方案3 PROCESS_03_NEXT: SETB P2.0 ; 将和PWM连接的管脚置高 MOV R1,#0B0H MOV R0,#00H PROCESS_03_01: DJNZ R1,PROCESS_03_01 DJNZ R0,PROCESS_03_01 ; 空跑16*256*2*2个周期 CLR P2.0 ; 将和PWM连接的管脚置低 MOV R1,#0B0H MOV R0,#00H PROCESS_03_02: DJNZ R1,PROCESS_03_02 DJNZ R0,PROCESS_03_02 ; 空跑16*256*2*7个周期 MOV R1,#041H ; 当方案改变标志位到来的时候，清除标志并且 重新进行判断 CJNE @R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_03_NEXT PROCESS_04: CLR P2.0 MOV R1,#040H MOV @R1,#04H ; 选择方案4 MOV R1,#041H CJNE @R1,#00H,CLEAR_FLAG SJMP PROCESS_04 针对2.1～2.3所述的3种充电模式，设计了相应的程序模块；镍氢/镍镉电池充电控制模块；锂离子电池充电控制模块；自适应充电控制模块以及错误监控处理模块。主程序模块根据系统相应的状态条件控制并调用相应的模块。同时，其他各模块之间也根据系统当前状态相互调用。在初始化程序模块中，设置了预处理功能，主要是设置A/D转换参数和通道，检测电池的端电压。将检测数据同理论经验值比较，判断电池的类别以及是否连接正确。对端电压低的电池，采用短时间的脉动电流充电，这样有利于激活电池内的化学反应物质，部分恢复受损的电池单元。对端电压在标称范围内的电池选择相应的充电控制模块和算法，对端电压不在标称范围内的电池，软件自动将其剔除。 6设计特点及测试结果 6.1 模糊控制方法 根据充电电池电压的变化，系统将充电过程分为三个阶段，每个阶段采取不同的控制方式。第一阶段电池内的电量已基本用完，应采用恒定的大电流充电， 以节省时间；第二阶段为充电电池的敏感阶段，充电过多会损坏电池，应采用模糊控制，以便获得最佳充电效果；第三阶段电池已充电满，应进行点滴充电，以防止电池自行放电。下面重点讲述模糊控制方法的主要原理。 系统采用的模糊控制的两个输入量分别是理想电压与实际电压的差值Δμ和Δμ的变化率Δμ／Δt，输出量是对充电电流大小的控制量。在模糊控制系统中，Δμ和Δμ／Δt被划分为5个模糊状态，即负大(—2)、负小(—1)、零(0)、正小(+1)、正大(+2)。模糊控制系统对这两个输入量进行决策，求出模糊控制表，如表1所示。表中的I值表示在不同的输入量作用下，所对应的输出控制量的大小。输出控制量也分为5个等级，它们代表的意义是：+2表示使充电电流增大两个等级，+1表示使充电电流增大一个等级，0表示使当前的充电电流值保持不变，－1表示使充电电流减少一个等级，—2表示使充电电流减少两个等级。 表1 模糊控制规则表 6.2 均衡充电 均衡充电是本充电器的一个重要特点。在充电的过程中，由于电池的质量不相同，容量小、质量差的电池端电压在充入相同电量后会出现电压增长比另一个电池多的情况，如果不采取措施，它们的电压差将会增大，以至其中一个电池很快达到规定的安全电压，充电过程也将被迫停止。此时应该停充电压高的电池，即均衡充电。这样有利于恢复电池内受损的单元，使充电过程能顺利地进行下去。这种控制主要是通过软件实现的，在系统程序转人中断程序后（如图2 a），系统开始对电压进行采样，检查电池电压值是否超过最大允许值，若超过，则使用单片机的PWM功能进行调节。电压正常之后，便对电流进行采样，并对电流时间做乘积，然后跳出中断程序。以后每经过采样时间间隔后，都会重复以上步骤，而且要累加电流时间的乘积，此即为电池当前容量值。当容量达到标准容量值时，立即结束相应程序，停止对该电池的充电。这里在对容量进行计算时，使用了积分的方法。由于每一段采样时间间隔都非常小，可以认为电流值恒定，于是这段时间电池储存的容量可以用两者乘积来表示，整个充电过程的容量便可以用累加的方法。 6.3 测试结果 充电器对镍氢电池（NiMH）、锂离子电池和镍镉电池（Nicd）进行充电实验测试，得到的测试曲线如图3所示，图3 a) 为镍氢电池的充电曲线，表2为镍氢电池充电后的性能特性。图3 b)为锂离子电池的充电曲线。图3 c)为镍镉电池（Nicd）的充电曲线 当电压维持不变一定时间之后出现零增量，在恒流充电时，电池电压会缓慢达到峰值（ΔV／Δt变为0），镍氢电池需在这个峰值点终止快速充电。 锂电池以800mA(充电率为1C)恒流充电，开始时电池电压以较大的斜率升压，当电池电压接近4.2V时，改成4.2V恒压充电，电流渐降，电压变化不大，到充电电流降为1/10C(约80mA)时，认为接近充满，可以终止充电(有的充电器到1/10C 后启动定时器，过一定时间后结束充电)。锂离子电池在充电或放电过程中若发生过充、过放或过流时，会造成电池的损坏或降低使用。 镍铬电池的充电须在峰值点后当电池电压开始下降时（ΔV／Δt变为负）即终止快速充电，否则会导致电池内压力和温度上升而损坏电池。当充电速率大于C ／2时，则要监测电池的电压和温度，因为当电池快充满时，电池的温度会急剧上升。 7总结 在智能充电器控制系统设计过程中，主要侧重点是保证充电器对充电电池电压的精确控制，设计中元器件的选型也都是围绕着这个重点来完成的。经过实验电路的实际测试，由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路构成AC/DC变换电路，在AT89C2051、ADC0832与MAX846A的配合控制下可实现很高的系统精度．具体对锂离子电池来说，系统可以保证锂离子电池充电电压的精度为l％，而对镍氢／镍镉电池来说，系统可检测到很高精度的–ΔV值，在分辨率为12位时小于5mV. 致谢： 本文是老师的悉心指导下完成的。老师始终给予我细心的指导和不懈的支持。在写论文过程中，老师帮我解决了许多困难，在此谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 在此，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的同学，是他们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意! 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位老师！谢谢！ 参考文献： ［1］余永权 flash单片机原理及应用［ M］北京电子工业出版社，1997 ［2］张巧芝一种新型镉镍电池快充技术[J] 长沙电池，1999（6） [3]Park Hae-Woo. 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Simplified design of micropower and battery circuits[M] Boston:Butterworth-Heinemann, 1996, 57-61 镍氢电池充电器电路图及原理分析 镍氢电池充电器原理图:由LM324组成，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进电行充电，电路附图所示.其工作原理是: 1.基准电压Vref形成 外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref= 2.5×(100+820)／820=2.80(v)，这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计(单节镍氢充电电池充满后电压约 为1.40V)。 2.大电流充电 (1)工作原理 接入电源，电源指示灯LED(VD2)点亮。装入电池(参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中)，当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。此时，VT1处于放大状态-这是因为电池电压和-VD4压降的和约为3.2V(假设开始充 电时电池电压约为2.5V)，而经VD1后的电压大约5.OV，所以，VT1的发射极－集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA时，VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流(注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1-2，IC1-4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V)。 (2)充电的指示 首先看IC1-3的工作情况：其同相端1O脚通过R13接Vref,R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+ 时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。 其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2< 《单片机原理及应用》课程设计报告书 课题名称基于单片机智能充电器的设计 姓名 学号 专业 指导教师 机电与控制工程学院 年月日 任务书 一、设计题目：基于单片机智能充电器的设计 二、设计要求：（1）在单片机的控制系，具有充电保护的功能。 （2）能够自动断电和充电完成报警提示功能。 （3）能够实现充电器的智能化控制。 （4）能够方便快捷地答道正常充电的标准。 目录 一、绪论 (1) 二、程序系统流程图 (8) 三、硬件设计 (9) 四、单片机选择 (17) 五、充电过程 (28) 六、总结 (29) 七、附录 (30) 一、绪论 1.1概述 如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。 电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。 目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。 电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流／恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。其框图如下： 前言 (4) 第一章充电器原理 (5) 1.1 蓄电池与充电技术 (5) 1.2 密封铅酸蓄电池的充电特性 (5) 1.3 充电器充电原理 (6) 1.3.1 蓄电池充电理论基础 (6) 1.3.2 充电器的工作原理 (8) 第二章总体设计方案 (10) 2.1 系统设计 (10) 2.2 方案策略 (10) 第三章硬件电路设计 (12) 3.1 电路总体设计 (12) 3.2 芯片介绍 (12) 3.2.1 LM358双运放 (12) 3.2.2 UC3842单管开关电源 (13) 3.2.3 EL817光耦合器 (14) 3.2.4 场效应管K1358 (15) 3.3 电动车充电器原理及各元件作用的概述 (16) 3.3.1 充电器原理图 (16) 图3.5 充电器原理图 (16) 3.3.2 各元器件作用概述 (16) 3.4 功能模块电路设计 (17) 3.4.1 第一路通电开始 (17) 3.4.2 第二路UC3842电路 (17) 3.4.3 第三路LM358（双运算放大器）电路 (18) 3.5 电动车充电器改进方案 (21) 3.5.1 增加充满电发声提示电路 (21) 3.5.2 加散热风扇 (22) 第四章总结与展望 (23) 致谢 (25) 电动车智能充电器设计及应用 中文摘要： 本设计介绍了充电器对蓄电池充电的一般原理，从阀控蓄电池内部氧循环的设计理念出发，研究各种充电方法对铅酸蓄电池寿命的影响。针对蓄电池充电过程中出现的种种问题，分析现有各种充电方法存在的问题，提出一种可对铅酸蓄电池实现四段式慢脉冲充电的智能充电器设计方案。控制开关电源的脉冲频率和占空比，从而调节充电电流和电压，实现对蓄电池的分级慢脉冲充电。这个方案不仅可实现快速充电，同时可以减少析气，消除硫化，进行均衡充电，从而大大地延长了铅酸蓄电池的使用寿命。 关键词：慢脉冲充电；蓄电池；充电器； Abstract: The design describes the charger to the battery charger of the general principles, from the internal oxygen cycle of valve-regulated battery design concepts starting to study a variety of charging methods for lead-acid battery life implications. For battery charging problems arising in the process, analysis of existing problems in a variety of charging methods, proposed a lead-acid batteries could achieve the Four-slow pulse charge of the intelligent charger design. Control the switching power supply pulse frequency and duty cycle, thus regulating charge current and voltage to achieve the classification of the battery charge with slow pulse. This program not only for fast charging, while reducing analysis of gas, to eliminate sulfide, a balanced charge, thus greatly extending the service life of lead-acid batteries. Key words: slow pulse charge; batteries; charger; 前言 随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。AVR 已经在竞争中领先了一步，被证明是下一代充电器的完美控制芯片。Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微处理器。由于程序存储器为Flash，因此可以不用象MASK ROM一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash 可以在发货之前再进行编程，或是在PCB贴装之后再通过ISP 进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D 转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空间，也提高了系统成本。AVR 是目前唯一的针对像“C”这样的高级语言而设计的8 位微处理器。C 代码似的设计很容易进行调整以适合当前和未来的电池，而本次智能型充电器显示程序的编写则就是用C语言写的。 第一章概述 第一节绪论 1.1.1课题背景 如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型。 电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。 目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流／恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。其框图如下： 手机充电器电路设计 摘要：通过对课程的学习设计。了解手机充电器的工作原理及设计流程，确定相关参数和电路图。 关键字：隔离变压器频率绝缘电阻绝缘强度可燃性自由跌落湿热试验工作原理工作流程 1 前言（李洋） 1 电路设计思想 从手机锂离子二次电池的恒流／恒压充电控制出发，用220V 交流电通过配置的内置储能锂电池对手机锂离子电池充电。电路的具体工作流程如图1所示。 图1 工作流程图 2 电路设计方案 充电芯片选用美信半导体公司的锂电池充电芯片，这款充电芯片具 有很强的充电控制特性，可外接限流型充电电源和P沟道场效应管，能对单节锂电池进行安全有效的快充。其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功率耗散，且充电控制精度达0.75％；可以实现预充电；具有过压保护和温度保护功能，其浮充方式能够充至最大电池容量。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，接通电源将启动一次充电过程。充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1％，或时间超出片上预置的充电时间。所选用的充电芯片能够自动检测充电电源，在没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，充电结束时，外接LED指示灯将会进行闪烁提示。 电路工作原理 内置储能电池的充电及其保护电路其中包括：LED显示、热敏电阻，电流反向保护。ADJ引脚通过10kΩ的电阻与内部1.4V的精密基准源相连接，当ADJ对地没有连接电阻时，电池充电电压阈值为缺省值：VBR ＝4.2V；当需要自行设置充电阈值时，可在ADJ引脚与GND间接一精度为1％的电阻RADJ，阻值由式(1)确定：RADJ＝10kΩ/(VBR/VBRC-1) (1) 由图3可知，充电阈值为4.1V，可得RADJ＝410k 做手机充电器电路设计，需先对其工作环境进行分析，了解其工作原理。 实 习 报 告 实习名称：测控综合大实习 实习内容：智能充电宝设计 姓名： 学号： 专业：测控技术与仪器 学期： 2013-2014 第一学期 任课教师： 实习地点：校内 实习时间： 2013.12 -2014.1 智能充电宝 摘要：现如今，大屏智能手机,平板电脑，笔记本电脑，数码相机等，功能日益多样化，使用也更加频，特别是外出旅游时又是这些终端设备的使用高峰期， 使用频繁带来的电量不够用，于是移动电源充电宝应运而生。虽然手机因品牌,型号等各有不同，但目前市场上的主要多功能性充电宝，都配置有标准的USB 输出，基本能满足目前市场常见的移动设备手机，MP3，MP4，蓝牙耳机，数码相机等数码产品。 本论文将以MSP430和充电芯片MAX1898为基础设计一款手机理电池智能充电宝。首先MAX1898对锂电池进行充电，再接入升压电路、电池保护电路，通过开关切换使终端输出不同电压，充电完成报警引脚以及充电断开控制引脚均用单片机来进行控制，并显示充电状态和充电进度。 关键字：充电宝终端报警控制 Abstract: Now, the big screen intelligent mobile phone, tablet computer, notebook computer, digital camera, functional diversification and the use is more frequency.The terminal equipment using peak when the tourist season. With the frequent use of power brought is not enough, the charging mobile being produced.Although mobile phone is different because of the brand, model , but currently mainly multifunctional charging Po, are equipped with a standard USB output on the market, can basically meet the current market common mobile equipment such as mobile phone, MP3, MP4, Bluetooth headsets, digital cameras and other digital products. This paper will design a Intelligent charging Po based on Single chip microcomputer MSP430 and charging chip MAX1898 .First MAX1898 charging the lithium battery , then access to boost circuit and battery protection circuit.Through the switch terminal output different voltage. Charging complete alarm pin and charging disconnect control pins are regulated by single-chip microcomputer ,and display the state of charge and charging schedule. Key word:charge pal terminal alarming control 目录 第一章绪论 8-bit Microcontrollers Application Note Rev. 8080A-AVR-09/07 AVR458: Charging Lithium-Ion Batteries with ATAVRBC100 Features ? Fully Functional Design for Charging Lithium-Ion Batteries ? High Accuracy Measurement with 10-bit A/D Converter ? Modular “C” Source Code ? Easily Adjustable Battery and Charge Parameters ? Serial Interface for Communication with External Master ? One-wire Interface for Communication with Battery EEPROM ? Analogue Inputs for Reading Battery ID and Temperature ? Internal Temperature Sensor for Enhanced Thermal Management ? On-chip EEPROM for Storage of Battery and Run-Time Parameters 1 Introduction This application note is based on the ATAVRBC100 Battery Charger reference design (BC100) and focuses on how to use the reference design to charge Lithium-Ion (Li-Ion) batteries. The firmware is written entirely in C language (using IAR ? Systems Embedded Workbench) and is easy to port to other AVR ? microcontrollers. This application is based on the ATtiny861 microcontroller but it is possible to migrate the design to other AVR microcontrollers, such as pin-compatible devices ATtiny261 and ATtiny461. Low pin count devices such as ATtiny25/45/85 can also be used, but with reduced functionality. 万能充电器结构设计 手机充电器开发目录 一、方案定向 二、基本规格要求书的制作 三、ID 的确认 四、结构建模 1.资料的汇总 2.构思拆件 3.外观件的绘制 4.初步拆件 5.PCB 设计指引制作 6.拆件效果图的确认 五、结构设计 ㈠主体：面底壳 1.止口线的制作 2.螺丝柱的结构 3.主扣的分布 4.与透明盖装配位置的结构设计 5.接触片的避空槽的设计 6.与胶垫或海绵垫等装配位置的结构设计 https://www.wendangku.net/doc/ae532281.html,B 的固定结构 8.连接片尾部的避空口设计 9.插头安装的设计 10.散热窗,贴主标的位置,支撑凸点的设计 11.PCBA板的固定结构 ㈡透明盖 1.接触片、连接片的固定结构 2.接触片接触头的避空口设计 3.与主体装配的常用结构 4.压紧电池的装置设计 ㈢充电器夹紧力产生装置的结构设计 ㈣其他零配件的设计。 六、结构手板的制作与验证 七、结构设计优化 八、结构评审 九、开模评审 十、开模期间的项目跟进 十一、报价资料的整理 十二、试模与改模 十三、试产 十四、量产 手机充电器简介 手机充电器主要按照使用的方式进行分类。手机充电器大致可以分为座式充电器、旅行充电器和车载充电器。 * 座式充电器。这类充电器一般多为慢充模式，充电时间较长，大约为4～5 小时。 * 旅行充电器。大多数手机标准配置中只有旅行充电器。旅行充电器和座式充电器对电池充电的效果是一样的。这类充 电器携带方便，对于经常出外旅行的人来说比较合适，它一般是快速充电方式，充电时间为2～3 小时，旅行充电器基本 都具有充满自停的功能，对手机不会有任何不良影响。 * 车载充电器。这类充电器可以方便用户在汽车上为手机充电。其原理是采用汽车点烟器的电流电压12－24V，经“车 手机充电器设计报告 题目：手机充电器设计 指导老师：翟永前 专业班级：电子信心工程专业12级 组别：第六组 组长：曹广振 团队成员：王沛、索彬、赵小芳、曹广振 院系名称：通信信号学院 智能充电器的设计 【摘要】 随着手机在世界范围内的普及，手机电池充电器的使用越来越广泛。充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。 该设计利用51单片机的处理控制能力实现充电器的智能化，在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。该设计包括了六个功能模块： ·单片机模块：实现充电器的智能控制，如自动断电，充电完成报警提示。·充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。·光耦模块：控制通电和断电，在电池充满电后及时关断充电电源。 ·充电电压提供模块：将一般家用交流电压经过变压器、电压转换芯片等转换为5V直流电压。 ·电压测试模块：利用AD转换把充电电池两端的电压通过数码管显示出来。·C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电状态给出有关的指示。 【关键字】 单片机、电压转换、MAX1898、智能、充电器 【目录】 一、设计综述 (4) 二、基本方案 (4) 三、软硬件设计 (5) 四、软硬件仿真 (13) 五、测试 (13) 六、设计体会 (14) 一、设计综述 手机电池的使用寿命和单次使用时间预充电过程密切相关，锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求也比较苛刻，需要保护电路，为了有效利用电池容量，须将锂电池充点值最大电压，但是过压充电会导致电池损坏，这就要求较高的充电精度。 而大部分充电器多采用大电流的快速充电法,在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电，这样就使充电时间增长了。 一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对锂电池起到一定的维护作用，修复由于记忆造成的记忆效应，即电池容量下降现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确的结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，以缩短充电时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。 另外，比起一般充电器，智能充电器还增加了充电电压的显示，让我们能直观的看到电池的由预充、快充、满充充电阶段，从而加强对电池的维护。 二、基本方案 （一）方案分析 该设计采用逐个功能模块分析再组合的方法来实现方案。1、单片机模块 智能的实现利用单片机控制,经过分析，单片机芯片可以选择Atmel公司的AT89C52，来控制充满电时蜂鸣器报警声，以及通过中断控制光耦器件通电和断电。 2、充电过程控制模块 目录 1课题名称 (1) 2设计主体要求及内容 (1) 3 课题分析与方案论证 (1) 方案一........................................................................................... 错误!未定义书签。 方案二 (3) 4 各局部电路设计 (4) 整流滤波电路 (4) 恒压电路 (5) 恒流电路 (5) 充电提示电路 (7) 5组装调试 (10) 6元器件的选择 (10) 7 设计总结及改进意见 (10) 本方案特点及存在的问题 (11) 改进意见及其他设想 (11) 8 设计心得 (12) 参考文献 1 课题名称 手机充电器的制作。 2 设计主体要求及内容 通信技术的高速发展促使手机种类众多，也导致手机充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套手机通用锂电池的充电器。 充电器的简单工作过程如下：交流输入电压经电容降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经隔离二极管和滤波电容对手机充电，随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，通过分压器将此电压引入基准电压比较器，其中三个比较器带三个指示灯，分别指示充电的状态，当三个灯全亮时，表示充电已满。通过以上的工作过程描述结合生活经验设计手机实用充电器电路。 技术要求：能够顺利为锂电池充电，有必要的显示、保护功能，充电电压，充电限制电压。 工作要求：独立设计充电器方案，根据本人的方案，购买所需要的元器件和电路板，独立设计并调试正常，要求总投资不得高于20元。 3 课题分析与方案论证 从课题上可以看出设计的主体要求是将市电变换为符合要求的直流电源，整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路。 降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了让优化波形使其更加稳定可采用滤波电容去除高频干扰。 手机通用的锂电池充电电压为，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和手机的使用寿命。 当上述条件都具备时对于不同容量的手机电池充电时间是不一样的，因此需要一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否达到标准电压来判断是 锂离子电池智能充电器硬件方案 锂离子电池智能充电器硬件的设计 锂离子电池具有较高的能量重量和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命长，价格也越来越低。一个良好的充电器可使电池具有较长的寿命。利用C8051F310单片机设计的智能充电器，具有较高的测量精度，可很好的控制充电电流的大小，适时的调整，并可根据充电的状态判断充电的时间，及时终止充电，以避免电池的过充。 本文讨论使用C8051F310器件设计锂离子电池充电器的。利用PWM脉宽调制产生可用软件控制的充电电源，以适应不同阶段的充电电流的要求。温度传感器对电池温度进行监测，并经过AD转换和相关计算检测电池充电电压和电流，以判断电池到达哪个阶段。使电池具有更长的使用寿命，更有效的充电方法。 设计过程 1 充电原理 电池的特性唯一地决定其安全性能和充电的效率。电池的最佳充电方法是由电池的化学成分决定的<锂离子、镍氢、镍镉还是SLA电池等）。尽管如此，大多数充电方案都包含下面的三个阶 段： ● 低电流调节阶段 ● 恒流阶段 ● 恒压阶段/充电终止 所有电池都是经过向自身传输电能的方法进行充电的，一节电池的最大充电电流取决于电池的额定容量 湖北轻工职业技术学院毕业设计(论文) 题目 USB充电器的设计 系部信息工程系 专业电子信息工程技术 毕业设计(论文)任务书 设计（论文）题目：USB充电器的设计 设计（论文）主要内容： 1.介绍USB充电器的背景。 2.总结充电器的概念和特性。 3.描述USB充电器设计方法。 4.实现电路。从硬件电路上来完成USB充电器的设计。 5.对设计做整体概述和分析。设计过程中遇到的问题及解决办法、课程设 计过程体会、创新点、新颖性、应用价值等。 要求完成的主要任务: 本课题要求完成的主要任务是设计USB充电器，实现对交流信号的转换，在交流信号波动时保证输出直流信号的稳定，并且要考虑到散热的问题。 指导教师签名：教研室主任签名： 湖北轻工职业技术学院 毕业设计(论文)开题报告 题目 USB充电器的设计 系部信息工程系 专业电子信息工程技术 班级 09电信班 姓名杨小莉 指导教师赵欣 2012年 3 月 13 日 一、选题的依据及意义 USB充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于MP3、MP4、手机、相机等常见电器。USB充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的装置。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。 二、国内外研究概况及发展趋势 在2006年12月14日为了统一手机充电器接口，信产部就颁布了《移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法》。在接口方面参照了通用串行总线(USB)类型A系列接口规范，并将统一的连接接口设在充电器一侧。 专门找了几个例子，让大家看看。自己也一边学习。 分析一个电源，往往从输入开始着手。220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的4007、4700pF电容、82KΩ电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。13003为开关管(完整的名应该是MJE13003)，耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。 不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的。左端的510KΩ为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10Ω电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压(其值为10*I)，这电压经二极管4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低，从而集电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁(其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限制在140mA左右)。 变压器左下方的绕组(取样绕组)的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管C945发射极一端为地。那么这取样电压就是负的(-4V左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高， 电力电子技术课程设计说明书题目：手机充电器的设计与制作 学生姓名：李羊飞 学号： 2 院（系）：电气与信息工程学院 专业：自动化 指导教师：康家玉 2014 年 01 月 01 日 1 选题背景 1.1设计说明 本充电器由电源变压器T（8VA,9V）、整流桥堆UR(2A,50V)、三端可调 集成稳压器IC(W7805)，晶体管V1(9013E)，发光二极管VL1(RED)，电阻R1、R2，电位器RP1、RP2、RP3等组成，可对手机锂电池进行充电，电池充满电 后可自动停充。 1.2 指导思想 手机充电器输入端输入220V、50HZ电，分别经过降压、整流、滤波电路使得高电压交流电变换为低电压直流电，再分别经过分压，稳压电路实现满足 要求的电压和电流供应，完成充电过程，显示电路用于实现充电过程与充满状 态的显示。 1.3 技术要求 通信技术的高速发展促使手机种类众多，也导致手机充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套手机通用锂电池的充电器。 技术要求：能够顺利为锂电池充电，有必要的显示、保护功能，充电电压4.2V，充电限制电压4.5V。 1.4 方案论证 从课题上可以看出设计的主体要求是将市电变换为符合要求的直流电源， 整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路。 降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了优化波形使其更加稳定可采用滤波电容去除高频干扰。 手机通用的锂电池充电电压为4.2V，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所 以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和手机的使用寿命。 当上述条件都具备时对于不同容量的手机电池充电时间是不一样的，因此需要 一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否达到 标准电压来判断是否充满电。 1.4.1 方案一 本方案采用的是现行手机充电器的通用电路，主要是由开关电源和充电电路组成的。 电路图如下。 图3.1原理图 制作成功后该充电器能自动识别电池极性，自动调整输出电流使得电池达 到最佳充电状态，可保护电池延长电池寿命。充电饱和时七彩灯会自动熄灭。 当接入电源后，通过整流二极管VD1、R1给开关管Q1提供启动电流，使 Q1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使Q1很快饱和。与此同时，感应电压给C1 充电，随着C1充电电压的增高，Q1基极电位逐渐变低，致使Q1退出饱和区，Ic开始减小，在 L2中感应出使Q1基极为负、发射极为正的电压，使Q1迅速 基于MAX1898的智能充电器设计 在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。 单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器各类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。 1 实例说明 随着手机在世界范围内的普及使用，手机电池充电器的使用也越来越广泛。 本章将通过一个典型实例介绍51单片机在实现手机电池充电器方面的应用。实例所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。 实例的功能模块如下。 ●单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、充电完成报警提示等。 ●充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。 ●充电电压提供模块：采用电压转换芯片将外部+12V 电压转换为需要的+5V电压， 该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块。 ●C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电的状态给 出有关的输出指示。 2 设计思路分析 要实现智能化充电器，需要从下面两个方面着手。 （1）充电的实现。它包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。（2）智能化的实现。在充电器电路中引入单片机的控制。 2.1 为何需要实现充电器的智能化 充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。 由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。 手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比、具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。 一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片具备业界公认较好的－△V 检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如，在充电后增加及时关断电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。 2.2 如何选择电池充电芯片 目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准。 ●电池类型：不同的电池（锂电池、镍氢电池、镍镉电池等）需选择不同的充电芯片。 ●电池数目：可充电池的数目。 ●电流值：充电电流的大小决定了充电时间。 ●充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。 本例要实现的是手机的单节锂离子电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，据此选择Maxim公司的MAX1898作为电池充电芯片。 邮局订阅号：82-946120元/年技术创新 嵌入式与SOC 《PLC 技术应用200例》 您的论文得到两院院士关注 闫艳霞:讲师硕士 基金申请人:姜利英;基金资助项目名称:基于BNI 融合的传感器构筑及性能研究;基金颁发部门:国家自然科学基金委;基金编号:(61002007) 基于单片机的智能充电器硬件设计 Design of intelligent charger based on single-chip microcomputer (郑州轻工业学院)闫艳霞 姜利英姜素霞YAN Yan-xia JIANG Li-ying JIANG Su-xia 摘要:锂离子电池以其诸多优点成为应用最广泛的可充电电池,针对锂离子电池充电器的不足,设计了一种采用单片机控制的智能型充电控制器,系统硬件组成包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路,该智能充电器实现智能控制预充、快充、满充三个充电进程,判断充电终止状态,能够有效防止锂离子电池的欠充或过充,具有高效安全的充电控制、过压保护和过流保护功能。 关键词:锂离子电池;智能充电器;AT89C51;MAX1898中图分类号:TN248.4文献标识码:A Abstract:Lithiumion batteries have become the most widely used rechargeable batteries due to their many https://www.wendangku.net/doc/ae532281.html,bined with the shortcomings of common chargers,I try to design a type of intelligent battery charger based on microcomputer.The hardware cir -cuits of the system include microcomputer circuit,charge control circuit,voltage transformation and the light pair isolating circuit..It can control both the three charging process which include previous charge,fast charge and full charge,and judge the charge termina -tion state smartly.It aslo can prevent less charged or overcharged of lithium battery effectively,it also has the functions of high secu -rity charge control,over-voltage protection and over-current protection. Keywords:Lithium battery;intelligent battery charger;AT89C51;MAX1898 文章编号:1008-0570(2012)10-0207-02 引言 电池技术的进步要求复杂的充电算法以实现快速、安全的充电,因此需对充电过程进行更精确的监控(如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)。同时,对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。因为锂离子电池有较高的能量比,放电曲线平稳,自放电率低,循环寿命长,具有良好的充放电性能,可随 充随放、 快充深放,无记忆效应,不含镉、铅、汞等有害物质,对环境无污染,被称为绿色电池,所以锂离子电池得到迅速发展和广泛的应用。 锂离子电池智能充电控制器是指能根据用户的需要智能控制充电进程,并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压和温度过高的一种智能化充电控制器,充电器为充电电池补充能源的静止变流装置,因此其性能的优劣直接关系到用电系统的安全性和可靠性指标。本文针对锂离子电池的特点,提出了一种新型的智能充电的设计方案。 1系统设计 1.1锂离子电池充电过程 将锂离子电池的电压曲线分为三段,如图1-1。 图1-1锂离子电池的充电特性 根据锂离子电池充电特性的三段性,充电控制时需采用分段控制的方式,:进入B —C 段之前,电池电量己基本用完,此时采用恒定的小电流充电。当进入B —C 段时,若采用恒流充电,电流过大会损坏电池,电流过小使充电时间过长,根据电压变化情况控制充电电流,使电池充电已满,若此时停止充电,电池会自放电。为防止自放电现象发生,采用浮充维护充电方式,用小电流 进行涓流充电。 充电过程中需不断检测电池两端电压,锂离子电池是以零增量检测为主,时间、温度和电压检测为辅的方式。系统在充电过程检测有无零增量(△V)出现,作为判断电池已充满的正常标准,同时判断充电时间、电池温度及端电压,是否已超过预先设定的保护值作为辅助检测手段。当电池电压超过检测门限时,系统会检测有无零增量出现,若出现零△V,则认为电池正常充满,进入浮充维护状态;在充电过程中,系统会一直判断充电时间、电池温度及端电压是否己到达或超过了充电保护条件。若其中一个条件满足,系统会终止现有充电方式,进入浮充维护状态。 1.3锂离子电池智能充电器功能模块 图1-2系统总体框图 锂离子电池对充电器要求较苛刻,需保护电路,为有效利用电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但过压充电会造成电池损坏,这就要求较高的控制精度。另外,对于电压过低的电池需要进行预充,充电器最好带有热保护和时间保护,为电池提供附加保护。针对这些应用特点,设计了一种基于单片机 207--镍氢电池充电器电路图及原理分析
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