基于单片机技术的智能充电器设计

基于单片机技术的智能充电器设计内容摘要：

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。 电池充电芯片的选择 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。 7 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。 本设计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 MAXl898 作为电池充电芯片。 芯片 MAX1898 的特点 MAXl898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。 MAXl898 提供精确的恒流／恒压充电，电池电压调节精度为177。 ％，提高了电池性能并 延长了电池使用寿命。 充电电流可由用户设定，采用内部检流，无须外部检流电阻。 MAXl898 提供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电流指示。 MAXl898 还具有其他一些功能，包括输入关断控制、可选的充电周期重启 (无须重新上电 )、可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。 MAXl898 的关键特性如下。 简单、安全的线性充电方式。 使用低成本的 PNP或 PMOS 调整元件。 输入电压： ～ 12V。 内置检流电阻。 177。 ％电压精度。 可编程充电电流。 输入电源 自动检测。 LED 充电状态指示。 可编程安全定时器。 检流监视输出。 可选／可调节自动重启。 小尺寸 uMAX 封装。 MAXl 898 的充电工作原理 充电芯片 MAXl898 的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。 输入电流调节器用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流。 当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而 8 控制输入电流。 因为系统工作时电源电流的变化范围较大，如果充电器没有输入电流检测功能，则输入电源必须能够提供 最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。 MAXl898 外接限流型充电电源和 P沟道场效应管，可以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，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时问的限制可为锂电池提供二次保护。 MAX1898 的浮动方式能够使电池容量充至最大。 当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池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。 MAXl898 能够自动检测充电电源，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， P 型场效应管打开的时问会越来越短。 充电结束时，指示 图 1 MAX1898的典型充电电路 灯将会按 12%的周期闪烁， MAX1898 的典型充电电路如右图 1所示电路具体说明如下。 (1)输入电压范围为 ～ 12v。 锂电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般可采用直流电源外加变压器。 (2)通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。 (3)通过外接的电容 CcT 来设置充电时间 tCHG。 这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容 CcT的关系如下式所示。 CcT= tCHG 式中， tCHG 的单位为小时， CcT 的单位为 nF。 大多数情况下，快充时最大充电时问不超过 3 小时，因此常取 CcT 为 100nF。 (4)在限制电流的模式下，通过外接的 电阻 RSET 来设置最大充电电流 IFSTCHG，关系如下式所示： 1fstchg=1400/Rset 式中， RSEI的单位为 Q， IFsTCHG 的单位为 A。 当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程。 平均的脉冲充电电流低于设置的快充电流的 20％，或者充电时间超出片上预置的最大充电时问时，充电周期结束。 MAXl898 能够自动检测充电电源，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 9 脉冲充电方式， P 型场效应管打开的时 JI 间会越 来越短。 充电结束时， LED 指示灯将会呈现周期性的闪烁，具体的闪烁含义如表 1 所示。 表 1 MAX1898典型充电电路的 LED指示灯状态说明 充电状态 LED 指示灯 电池或充电器没有安装 灭 预充或快充 亮 充电结束 灭 充电出错 以 频率闪烁 10 第四章 硬件电路设计 硬件电路设计主要围绕充电芯片 MAXl898 展开，而单片机控制部分的电路简单。 主要器件 本设计的核心器件是 MAXl898。 MAXl898 可对所有化学类型的 Li+电池进 行安全充电，它具有高集成度，在小尺寸内集成了更多功能，尽可能多地覆盖了基本应用电路，只需要少数外部元件。 AXl898 为 10 引脚、超薄型的 MAX 封装，其引脚分布如图 2所示 图 2 MAX1898引脚分布 其引脚功能如下： IN(1 脚 )：传感输入，检测输入的电压或电流； CHG(2 脚 )：充电状态指示脚，同时驱动 LED； EN／ OK(3 脚 )：使能输入脚／输入电源“好”输出指示脚。 EN为输入脚，可以通过输入禁止芯片工作； OK 为输出脚，用于指示输入电源是否与充电器连接； ISET(4 脚 )：充电电流调节引脚。 通过串接一个电阻到地来设置最大充电电流； CT(5 脚 )：安全充电时间设置引脚。 接一个时间电容来设置充电时间，电容为 100nF时，几乎为 3个小时，此引脚直接接地将禁用此功能； RSTRT(6 脚 )：自动重新启动控制引脚。 当此引脚直接接地时，如果电池电压掉至基准电压阈值以下 200mV，将会重新开始一轮充电周期。 此引脚通过电阻接地 时，可以降低它的电压阈值。 此引脚悬空或者 CT 引脚接地 (充电时间设置功能禁用 )时，自动重新启动功能被禁用； BATT(7 脚 )：电池传感输入脚，接单个 Li+电池的正极。 此引脚需旁接一个大电解电容到地； GND(8 脚 )：接地端； DRV(9 脚 )：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极； CS(10 脚 )：电流传感输入，接晶体管的发射极。 本设计的单片机芯片选用 Atmel 公司的 AT89C52，它完全可以满足要求。 另外，由于充电器外部为 +12V 供电，因此需要通过电压转换芯片将 +12V 电压转换为+5V 电压，这里选用三端电压转 换芯片 LM7805 来完成此功能。 11 为了降低电源干扰，保持电路的稳定，在 LM7805 完成电压转换，将 +5v 充电电源送给MAXl898 之前，先经过一次光耦模块 6N137 的处理，通过单片机对光耦模块的控制，可以及时关断充电电源。 6N137 的引脚分布如图 3 所示。 其引脚功能如下 NC(1 脚、 4脚 )：悬空； +(2 脚 )、 (3 脚 )：发光二极管的正、负极； GND(5 脚 )：接地端； OUTPUT(6 脚 )：输出脚； EN(7 脚 )：使能脚。 为低时，无论有无输入，输出都为高。 图 3 6N137引脚分布图 不使用时，悬空即 可； VCC(8脚 )：电源输入脚。 电路原理图及说明 硬件电路由单片机电路、电压转换及光耦隔离电路、充电控制电路 3 部分组成。 单片机部分的电路原理图如下图 4所示。 图4单片机部分原理图 图中， ul 为单片机 AT89C52，工作在 11． 0592MHz 时钟； u2 为蜂鸣器，蜂鸣器由单片机的 P2． 1脚控制发出报警声提示；单片机的 P2． O脚输出控制光耦器件，在需要的时候可以及时关断充电电源；单片机的外部中断 O 由充电芯片 MAXl898 的充电状态输出信号／CHG 经过反相后触发。 12 下图 5所示的为电压转换及光耦隔离部分 电路的原理图。 图 5 电压转换及光耦隔离部分电路的原理图 U3 为输出 +5V 的电压转换芯片 M7805，它将 12V 的输入电压转换为固定的 5v输出； u4为光耦隔离芯片 6N137，其输入为 LM7805 产生的 5V电压，输出为经过隔离的 5V电压， U4的 2脚和单片机的 P2． 0相连，由单片机控制适时地关闭充电电源。 右图 6所示的为充电控制部分的电路原理图，其核心器件为充电芯片 MAXl898，其充电状态输出引脚／ CHG 经过。 74LS04 反相后与单片机INT0 相连，触发外部中断。 LED_R 为红色发光二极管，红灯表示电源 接通； LED— G为绿色发光二极管，绿灯表示处于充电状态。 Q1为 P沟道的场效应管，由 MAxl898提供驱动。 图中， R4为设置充电电流的电阻， 阻值为，设置最大充电电流为 500mA， C11 为设置充电 图 6 充电控制部分的电路原理图 时间的电容，容值为 100nf，设置最大充电时间为 3小时。 在 MAXl898 和外部单片机的共同作用下，实现了如下的充电过程。 预充 在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电器检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的 10％ 给电池充电，使电池电压、温度恢复到 13 正常状态。 预充时间由外接电容 CcT 确定 (100nF 时为 45 分钟 )，如果在预充时间内电池电压达到 ，且。