基于MAX1898的智能充电器设计
基于MAX1898智能充电器设计
摘要
电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。
本课题设计是一种基于单片机的锂离子电池充电器，在设计上，选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件。系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及继电器电路，并对本充电器的核心器件——MAX1898充电芯片、AT89C51单片机进行了较详细的介绍。系统的软件设计，以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。实现了系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。
该智能充电器具有检测锂离子电池的状态；自动切换充电模式以满足充电电池的充电需要；充电器短路保护功能；充电状态显示的功能。在生活中更好的维护了充电电池，延长了它的使用寿命。
关键词：充电器；单片机；锂电池；MAX1898
Lithium Battery Charger Design Based On MAX1898
Abstract
Electronic technology's fast development causes various electronic products develops toward portable and the small lightweight direction, It also causes more electrification products use power supply system based on battery. At present, the nickel cadmium, the nickel hydrogen, the lead accumulator and the lithium battery are widely used. Due to their respective characteristic, their application areas are not the same. Because different type of battery's charge characteristic varies, so, usually, battery which has different type, even different voltage, capacity rank, use different battery charger, but this has many inconveniences in the actual application.
This topic details a kind of lithium ion battery charger based on Single Chip, including succinctly, the highly effective hardware and reliable software. This system's hardware is made up of the monolithic integrated circuit electric circuit, the charge control electric circuit, the voltage transformation and the relay circuit, and this battery charger's core component - MAX1898 charging chip, at89C51 monolithic integrated circuit has been introduced elaborately. The system's software, taking the C language as the development kit, has been designed and encoded seriously. So this system is provided with reliability, stability, security and efficiency.
The intelligence battery charger has the ability to exam lithium ion battery's condition, to cut over charge pattern automatically, in order to meet battery's charge needs. The charger also has short circuit protection function and charge condition displaying function. The battery charger has preserved the battery more durable in the life，and lengthened its service life.
Key words：Charger; SCM;Lithium battery; MAX1898
目录
1 引言 (1)
1.1 课研究的背景 (1)
1.2 课题研究主要内容 (1)
2 锂电池原理及特性 (3)
2.1 锂电池原理 (3)
2.1.1 锂离子电池的充电要求 (3)
2.1.2 电池充电的基本参数 (3)
2.1.3 过充，过放及过温现象 (4)
2.2 电池的充电方法与充电控制技术 (5)
2.2.1 电池充电方法 (5)
2.2.2 充电控制方式 (8)
2.2.3 充电终止控制 (10)
3. 智能充电器设计 (13)
3.1 硬件电路设计 (13)
3.1.1 充电控制模块 (13)
3.1.2 充电电压提供模块 (18)
3.1.3 继电器电路 (20)
3.2 单片机模块 (21)
3.2.1 AT89C51 (22)
3.2.2在单片机系统中使用MAX1898 (26)
3.2.3 看门狗功能 (28)
4. 软件设计 (31)
4.1 主要变量说明 (31)
4.2 程序流程图 (31)
5 结论 (34)
附录A电路原理图及PCB图 (35)
附录B源程序代码 (37)
参考文献 (39)
致谢 (41)
1 引言
1.1 课题研究的背景
电器在国民经济的各部门和国防领域均占有非常重要的位置，电器的主要发展趋势是高性能、高可靠、小型化、电子化、数字化、组合化、集成化、多功能化、智能化及可通信化/网络化，其核心是智能化和网络化[1][2]。
随着电器产品的高速发展以及可充电电池市场的不断增大，研究如何充分适应电池特性，最大可能延长电池寿命，并且符合电子设备充电单元小型化的发展趋势，具有较高效率、安全快速的充电器，具有十分重要的意义[3]。
目前市场上很多采用大电流的快速充电器，在电池充满后如不及时停止会使电池发烫，过度的过充会严重损害电池的寿命。也有一些低成本的充电控制器采用电压比较法，为了防止过充一般充电到90%就停止大电流快充，采用小电流涓流补充充电。一般地，为了使得电池充电充分，容易造成过充，表现为有些充电控制器在充终了时电池经常发烫。对电池经常出现过充和欠充的缺点已越来越不能满足们的需要[4]。锂电池的使用寿命和单次循环使用时间与充电维护过程和使用情况密切相关。一部好的充电控制器不但能在短时间内将电量充足，而且对电池还能起到一定的维护作用，修复由于使用不当而造成的记忆效应，即容量下降现象。因而传统的普通充电控制器存在明显的不足。
基于以上问题的提出与分析，本次设计设计了一款基于51单片机和充电芯MAX1898的智能充电器，即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的充电控制器[3,5]，其核心部件为微控制器/微处理器。
1.2 课题研究主要内容
本文实现基于单片机控制的智能充电器设计，这里主要是针对锂离子电池的智能充电器设计。根据锂电池的特点，要求智能充电器的最基本需求有二[6,7]：一是要求其能提供较高的充电电流以缩短充电时间，同时要具备最大充电电流和最大充电电压的限制以保证充电系统的安全；二是要求为增加电池的充放次数及使用寿命，当中包括对过放(over-discharged)的电池减少充电电流，对电池电压的检测或电池容量的检测，输入电流的限制，电池充饱时关闭智能控制器，对充饱电池经
过一段时间漏电后能自动再充电功能，充电状态的指示，外部智能控制器的开关控制等。
首先，介绍锂离子电池的化学原理，充放电原理及特性[4,8]。
介绍了锂电池的特点和在应用中存在的主要问题及充放电电流对锂离子电池的影响，过充过放及过温对锂离子电池的危害。这是论文的设计基础。
其次，介绍电池的充电方法与充电控制技术[5,7]。主要介绍了电池的充电方法和锂电池的快速充电终止控制方法，确保在充电控制过程中不过充、不损坏电池。
最后，为智能充电器设计其硬件电路和软件部分，以实现其智能功能。本文所设计的智能充电器充电控制部分将采用恒流恒压充电方法。
智能充电器设计包括三部分：控制电路，充电电路等外围电路，以及相关的程序设计，以实现智能充电。为保证智能充电器中的单片机工作时不可避免会受到外界的干扰，这里设计看门狗功能。系统总体设计框图如下。
图1 系统设计框图
2 锂电池原理及特性
2.1 锂电池原理
电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。二次电池[7]是可多次反复使用的电池，它又称为可充电池或蓄电池。当对二次电池充电时，电能转变为化学能，实现向负荷供电，伴随吸热过程。二次可充电锂电池，主要包括锂离子和锂聚合物电池。
所谓锂离子电池[9,10]，是在正极和负极中采用可以容纳锂离子的晶状结构活性材料，使锂离子随着充放电从正极转移到负极或者从负极转移到正极，电池通过锂金属氧化物正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来实现电池的充放电过程。
当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。同样道理，当对电池进行放电时(即使用电池的过程)，嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子越多，放电容量越高。通常所说的电池容量指的就是放电容量[10] 。
2.1.1 锂离子电池的充电要求
（1）终止充电电压的允差为额定值的±1%,过压充电会造成锂离子电池永久性损坏。
（2）充电速率常用为0.5C—1C。采用0.5C 充电速率时，因充电过程中的电化学反应会产生热量，所以有一定的能量损失。
（3）锂离子电池充电的温度范围为0℃—60℃，如果电流过大，会使温度过高。不仅会损坏电池，而且可能引起爆炸。
（4）锂离子电池的终止放电电压为2.5V，严重过放电可能造成锂离子电池失效。对过放电的电池充电可以通过预处理进行补救，当锂离子电池电压大于2.5V，则按正常方式充电；若锂离子电池低于2.5V，则用小电流充电，充到2.5V后再按正常方式充电。
2.1.2 电池充电的基本参数
对于二次电池，其性能参数很多，主要有以下4个指标：①工作电压②电池容
量③工作温区④电池正常工作的充、放电次数。
下面对电池基本参数[7]进行简单的介绍。
（1）额定电压：
额定电压是指电池正常工作时正极与负极之间的的电压，通常锂离子电池的
额定电压为3.6V。电池充满电时的电压与电池的阳极材料有关：阳极材料为石墨时，电池电压为4.2V；阳极材料为焦炭，电池电压为4.1V。通常锂离子电池的铭牌上标识的是加阳极材料的压降后的电压。即通常是4.2V 或4.1V。
（2）电池容量：
电池容量是指电池存储电量的大小。电池容量的单位是mAh，中文名称是毫安时（在衡量大容量电池如铅蓄电池时，为了方便起见，一般用Ah 来表示，中文名是安时，1Ah=1000mAh）。定义是以20 小时为标准。例如800mAh 电池是指连续放电电流为40mA,放电完毕共耗时20 小时。另一种是以W/CELL 计算,即单位极板消耗功率，定义是以15 分钟为标准.
（3）充放电速率：
有时率和倍率两种表示法。时率是以充放电时间表示的充放电速率，数值上等于电池的额定容量(安·小时)除以规定的充放电电流（安）所得的小时数。倍率是充放电速率的另一种表示法，其数值为时率的倒数。原电池的放电速率是以经某一固定电阻放电到终止电压的时间来表示。单位为C。放电速率对电池性能的影响较大。一般地，对于每块电池厂家都有规定的充放电速率，充电速率过大，很可能造成过电流充电，使电池内部消耗较大的能量，产生热能，对电池不利；充电速率过小意味着充电时间较长。
2.1.3 过充，过放及过温现象
当加在锂离子电池两端的电压超过4.5V 时，就会产生过充现象。过充时负极的石墨嵌入的锂离子完全饱和，锂将在负极沉积下来，形成锂枝晶，使电池的容量减少；同时电池继续从正极抽出过量的锂离子，造成正极材料的活性降低，也会对电池的容量造成损害。
过放现象则是电池电压低于放电终止电压后，仍然继续放电，使电池电压继续降低。过放时，电极产生晶枝，电路迅速短路。虽然此时由于电池已经完全放电，不会造成安全方面的问题，但是电池也已经遭到了不可恢复的破坏，不能再继续使
用了。
过温时，锂离子电池中的活性物质(LiC6，LiNiO2)与电解液可能会发生化学反应，产生更多的热量。而电解质中存在可燃的有机溶剂成分。在这种情况下，电池温度将失去控制越来越高，最终导致电池燃烧，甚至爆炸[11]。
随着现代便携式电子设备的发展，便携式电子设备在我们的日常生活中的地位越来越高，因此便携式设备的保护电路也是非常重要的，直接影响它的耐用性和实用性。便携式设备出现的大多数故障都是瞬时的，通过在电池端串联一个高分子正温度系数元件（PTC），就可以避免因电源适配器不兼容而造成的过电流损坏[7]。
2.2 电池的充电方法与充电控制技术
2.2.1 电池充电方法
随着电源技术的不断发展，充电的手段越来越丰富，充电方式对电池及应用环境的针对性也越来越强。目前锂电池充电方法主要有[7,9]：恒流充电、恒压充电、恒流恒压充电和脉冲充电等。
1.恒流充电
(1)恒流充电
充电器的交流电源电压通常会波动，充电时需采用一个直流恒流电源(充电器)。当采用恒流充电时，可使电池具有较高的充电效率，可方便地根据充电时间来决定充电是否终止，也可改变电池的数目。恒流电源充电电路如图2.1所示。
图2.1 恒流电源充电电路
(2)准恒流充电
准恒流充电电路如图2.2所示。在此种电路中，通过直流电源和电池之间串联上一个电位器，以增加电路内阻来产生恒定电流。电阻值根据充电末期的电流进行调整，使电流不会超过电池的允许值。由于结构简单、成本低廉，此种充电电路被广泛应用充电器中。
图2.2 准恒流充电电路
2.恒压充电
恒压充电电路如图2.3所示。恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。当对电池进行这一充电时，电池两端的电压决定了充电电流。这种充电方式的充电初期电流较大，末期电流较小。充电电流会随着电压的波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免时电池过充电。
另外，这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降。电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。随着电池温度升高，电压下降，将造成电池的热失控，损害电池的性能。
图2.3 恒压充电电路
3.浮充方式
在浮充方式中，电池以很小的电流(C/30～C/20)进行充电，以使电池保持在满充状态。浮充方式广泛应用于电池作为备用电源或应急电源的电气设备中。常规浮充方式充电电路如图2.4所示。
图2.4 浮充方式充电电路
4.涓充方式
电池与负载并联，同时电池与电源(充电器)相连。正常情况下，直流电源作为负载的工作电源，并以涓充方式为电池充电，只有当负载变得很大、直流电源端电压低于电池端电压或直流电源停止供电后，电池才对负载放电。在这种方式下，充电电流由使用模式决定。它通常使用在紧急电源、备用电源或电子表等不允许断电的场合。下图2.5为涓充方式的简单示意图。
图2.5 涓流方式的简单示意图
5.分阶段充电方式
在分阶段充电方式中，在电池充电的初始阶段充电电流较大。当电池电压达到控制点时，电池转为以涓流方式充电。分阶段充电方式是电池最理想的充电方式，但缺点是充电电路复杂和成本较高。另外，需增设控制点的电池电压的监测电路。分阶段充电方式的简单示意图如图2.6所示。
图2.6 分阶段充电的简单示意图
2.2.2 充电控制方式
在用大电流短时间对电池充电时，需用电池电压检测和控制电路[10,11]。该电路在电池充电末期实时检测电池电压和电池温度，并且根据检测参数控制充电过程。
(1)电池电压检测
在大电流充电末期，检测电池电压，当电池电压达到设定值时，将大电流充电转成小电流充电。采用小电流充电方式是为了保证电池充电容量。控制电路设置的充电截止电压必须比充电峰值电压低。
(2)－△V检测
电池充电过程的充电电流是通过检测电池充电末期的电压降来进行控制的，－△V控制系统框图如图2.7所示。采用－△V控制系统的充电控制电路，当充电峰值电压确定后，若－△V检测电路检测的电压降达到设定值，控制电路将使大电流充电电路分断。电池的充电电流、电池电压和充电时间的关系如图2.8所示。
图2.7 －△V控制系统框图
图2.8 充电电池、电池电压和充电时间的关系
(3)电池温度检测
电池在充电末期，负极发生氧复合反应产生热量，使电池温度升高。由于电池温度升高将导致充电电流增大，为控制充电电流，可在电池外壳上设置温度传感器或电阻等温度检测元件。当电池温度达到设定值时，电池充电电路被切断。下面即给出了电池温度检测简图和电池温度与充电时间的关系图。
图2.9 电池温度检测简图
图2.10 电池温度和充电时间的关系
充电控制技术是充电器系统中软件设计的核心部分。根据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分为三段，具体见图2.11。
图2.11 锂电池的充电特性
由于锂电池的最佳充电过程无法用单一量实现，在这三段应分别采用不同的控制方式。具体为: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。
在恒流充电状态下，不断检测电池端电压，当电池电压达到饱和电压时，恒流充电状态终止，自动进入恒压充电状态；恒压充电时，保持充电电压不变。由于电池内阻不断变大，导致充电电流不断下降，当充电电流下降到恒流状态下充电电流的1/10时，终止恒压充电，进入浮充维护充电阶段。
2.2.3 充电终止控制
电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，可以采用定时控制、电压控制和温度控制等多种终止充电的方法[7,10]。
(1)定时控制
该方法适用于恒流充电。采用恒流充电法时，根据电池的容量和充电电流，可以很容易的确定所需的充电时间。充电的过程中，达到预定的充电时间后，定时器发出信号，使充电器迅速停止充电或者将充电电流迅速将至浮充维护充电电流，这样可以避免电池长时间大电流过充电。
这种控制方法较简单，但有其缺点：充电前，电池的容量无法准确知道，而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定的损失，实际的充电时间很难确定。而该方法充电时间是固定的，不能根据电池充电前的状态而自动调整，结果使有的电池可能充不足电，有的电池可能过充电，因此，只有充电速率小于0.3C时，才采用这种方法。
(2)电池电压控制
在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：最高电压(VMAX)：从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。这种控制
方法的缺点是：电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池己足充电。
电压负增量(－△V)：由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，而且不受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池己充足电。这种控制方法的缺点是：①从多次快速充电实验中发现，电池充足电之前，也有可能出现局部电压下降的情况，使电池在未充足电时，由于检测到了负增量而停止快充；
②镍镉电池充足电后，电池电压要经过较长时间，才出现负增量，此时过充电较严重，此时电池的温度较高，对电池有所损害。因此，这种控制方法主要适用于镍镉电池。
电压零增量(△V)：锂电池充电器中，为了避免等待出现电压负增量的时间过久而损坏电池，通常采用0△V控制法。这种方法的缺点是：未充足电以前，电池电压在某一段时间内可能变化很小，若此时误认为0△V出现而停止充电，会造成误操作。为此，目前大多数锂电池快速充电器都采用高灵敏0△V检测，当电池电压略有降低时，立即停止快速充电。
(3)电池温度控制
为了避免损坏电池，电池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充电。常用的温度控制方法有：
最高温度(TMAX)：充电过程中，通常当电池温度达到40℃时，应立即停止快速充电，否则会损害电池。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后。
温度变化率(△T/△t)：充电电池在充电的过程中温度都会发生变化，在充足电后，电池温度迅速上升，而且上升速率△T/△t基本相同，当电池温度每分钟上升1℃时，应当立即终止快速充电。应当说明，由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的，因此，为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。
采用温度控制法时，由于热敏电阻响应时间较长，再加上环境温度的影响，因此，不能准确的检测电池的充足电状态。
(4)综合控制法
以上各种控制方法各有其优缺点：由于存在电池个体的差异和个别的特殊电
池，若只采用一种方法，则会很难保证电池较好的充电。为了保证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态，可采用具有定时控制、温度控制和电池电压控制功能的综合控制法。
鉴于定时控制、温度控制、最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性，有的系统中锂电池的充电终止也采用综合控制法。锂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[12]。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△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。若其中有一个条件满足，系统会终止现有充电方式，进入浮充维护状态。
在以上五种充电方法中，锂电池充电仍以恒流恒压的方法为主。虽然恒流恒压充电需要复杂得多的电路来实现，但由于其充电时间短，充电效率高，因此在锂离子电池充电中占主导地位。本文所设计的智能充电器充电控制部分将采用这种充电方法。
3. 智能充电器设计
3.1 硬件电路设计
系统的硬件部分为四部分：电源转换电路，继电器控制电路，MAX1898构成的充电电路，单片机电路以及报警电路。在单片机和MAX1898 控制下,充电过程分为预充、快充、满充、断电和报警5 个部分。
3.1.1 充电控制模块
采用专用的电池充电芯片MAX1898，在单片机控制下实现充电过程的控制。
1.如何选择电池充电芯片
选择电池充电芯片时需要结合实际的应用[11,13]，具体的选择标准有以下几点。
①封装：即芯片的大小，对于体积有要求的场合需要选择合适的封装。
②电流大小：充电的电流大小决定充电时间。
③充电方式：即是快充、慢充还是可以控制充电过程。
④使用的电池类型：不同的电池需要不同的充电器。
2．MAX1898
(1)如何使用MAX1898
MAX1898是本次设计充电器中的一个关键的器件。首先需要了解MAX1898的一些基本的特性和功能[14]。
MAX1898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。MAX1898提供精确的恒流/恒压充电。电池电压调节精度为±0.75%，提高了电池性能并延长了使用寿命。充电电流由用户设定，采用内部检流，无需外部检流电阻。MAX1898提供了用于监视充电状态的输出、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电路指示。
MAX1898可对所有化学类型的锂离子电池进行安全充电。电池调节电压为4.2V，采用10引脚、超薄型μMAX封装，在更小的尺寸内集成了更多的功能，只需少数外部元件。
MAX1898的基本特点如下：
①4.5V~12V输入电压范围；
②内置检流电阻；
③±0.75%电压精度；
④可编程充电电流；
⑤输入电源自动检测；
⑥LED充电状态指示；
⑦检流监视输出。
MAX1898的引脚如图3.1所示。
图3.1 MAX1898的引脚
MAX1898的引脚功能如下。
①IN：传感器输入，检测输入电压和电流。
②CHG：LED驱动电路。
③EN/OK：逻辑电平输入允许/电源输入“好”。
④ISET：电流调节。
⑤CT：安全的充电时间设置。
⑥R ESET：自动重新启动控制引脚。
⑦BATT：接单个Li+的正极。
⑧GND：地。
⑨DRV：外接电阻驱动器。
⑩CS：电流传感器输入。
MAX1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管，可以对单节锂离子电池进行
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效耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间限制为锂离子电池提供二次保护。MAX1898的典型充电电路如图3.2所示。
MAX1898内部电路包括：输入调节器、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。输入电流调节电路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限流门限时，通过降低电池充电电流可达到控制输入电流的目的。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(墙上适配器或其他直流电源)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设计。
图3.2 MAX1898的典型充电电路
(Ⅰ)电源输入：锂离子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，一般的，可以采用直流电源加上变压器提供。
(Ⅱ)输出：MAX1898通过外接的场效应管提供理电池的充电接口。
(Ⅲ)充电时间的选择：MAX1898充电时间的选择是通过外接的电容大小决定的。标准的充电时间为1.5小时，最大不要超过3小时，根据这个标准，可以计算得到外接的电容的容值，如下所示：
定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足：C[nF]=34.33×Tchg[hours]
(Ⅳ)设置充电电流：MAX1898充电电流在限制电流的模式下，可以通过选择外接的
电阻阻值大小决定。
最大充电电流Imax和限流电阻Rset的关系式满足：Imax＝1400/Rset MAX1898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沟道场效应管打开时间会越来越短，充电结束时，LED指示灯将会呈现出周期性的闪烁。具体的闪烁含义如下表1所示：
表1 LED指示灯状态说明
MAX1898 开始快充的条件如下，满足任何一个条件即可：
（1）外部电源连接上，电池电压大于2.5V。
（2）电池电压下降到重启电压，4.0V(MAX1898EUB42)或3.9V(MAX1898EUB42)。（3）EN/OK 先置低后置高，IC 复位。
（4）预充电结束，电池电压达到2.5V。
电流设定：MAX1898 充电电流通过线性控制外部晶体管PMOS 或PNP，最大的充电电流通过连接ISET 与GND 的外部电阻来设定，选择电阻通过如下公式：
I fastchg =1400/ R
set
（ I
fastchg
单位是安培，R
set
单位是欧姆）（1-1）
ISET 可用来实时检测实际的充电电流。ISET 端有1mA 输出的电流就表明充电电流为1A，ISET 端的输出电压正比与充电电流。
V set = (I
chg
×R
set
)/ 1000 （1-2）
在快速充电阶段通常ISET 端的电压为1.4V，电池充满时将随着充电电流下降。/CHG状态输出：/C HG是一个漏极开路输出，可以监视电池的充电状态。/CHG有5mA 的限定电流，因此LED 可以直接连接在IN与/C HG之间作为充电状态标志。另外，可以通过上拉电阻（通常100kΩ）输出逻辑电平。表2为/C HG的状态与各充电状
镍氢电池充电器电路图及原理分析
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< 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; 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 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： 基于AT89S52的智能快速充电器控制系统的设计与实现 2007年07月23日星期一 11:14 1．引言 本控制系统是为120w智能快速稳压电源设计的。 该快速充电器是为部队在野战条件下工作而研制的，因此要求其具有体积小、重量轻、智能化程度高、操作简便等优点，同时对电源的可靠性和抗干扰性提出了很高的要求。有稳压供电和充电两种工作方式。稳压供电时输出恒定的24V；处于充电状态时有四种充电方式：常规充电、快速充电、电池浮冲、电池训练，可以为镉镍、氢镍蓄电池充电。 2．控制系统总体设计求 根据实际情况，本控制系统要完成以下功能： （1）能自动识别电池的类型（镍镉电池、镍氢电池、锂电池）。 （2）有稳压供电和充电两种工作模式。 （3）采用最高电压Vmax、最高温度Tmax、最长充电时间tmax、电压负增长-△V、温度变化率△T/△t等快速充电中止法。 （4）具有输入交流过压保护、输出直流过流保护、过充电保护等 （5）通电后能自动检测整个电源系统，有故障报警。 （6）设有电池开路、短路、反接保护。 （7）具有硬件和软件相结合的双重保护功能。 （8）良好的抗干扰能力。 3．统硬件电路的设计 3.1 AT89S52单片机简介 AT89S52是ATMEL公司研制的通用单片机。它在AT89S51单片机的基础上为P1口定义了第二功能，有六个外部中断、三个定时／计数器，以及四个全双工的串行通信口，同时在指令上与AT89S51兼容，对监控系统较为适用。 3.2 基于AT89S52的监控系统硬件电路设计 按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。 图1 AT89S52监控系统框图 （1）微处理器：AT89S52非常适用于控制，他的主要结构和特点在前面已经介绍过了，为了满足外围接口电路的需要，一般都要在输出口处接锁存驱动电路，这里我们采用的是SN74HC573。 （2）压频变换装置：将模拟的电压量转化成频率值，这是一种A/D转化方式，将输出电压U0采样通过压频变换装置传给单片机，压频转化装置我们用的是National Semiconductor的LM331。 （3）输出控制电路：单片机的输出控制信号通过电阻解码网络转化成模拟电压值，控制电压和电流比较器的基准值，实现对外围功率电路的控制。 （4）上电复位电路：为了防止单片机的程序飞跑，出现死锁，我们采用MAXIM公司的MAX813L系统监控集成芯片来实现对单片机的监控，该芯片具有看门狗电路、门限值检测器、手动复位等功能。 （5）输入控制和数码显示电路：包括按键和显示部分。通过简单的按键选择，实现运行方式选择、复位及故障的显示。显示部分采用SN74HC573驱动两个8位七段LED显示；同时通过发光二极管和蜂鸣器提示运行状态。 （6）护告警电路：通过硬件电路实现保护，给单片机中断管脚发出脉冲信号，引发中断程序实现保护，并引发蜂鸣器告警。 下面介绍本系统中的一些关键性电路 3.2.1 恒压恒流模块 恒压恒流电路是整个智能充电器的关键部分，电路结构见图2。恒流恒压电路由SR12单片机片内模拟电路模块和片外的MOSFET开关管、肖特基二极管、滤波电感、滤波电容等器件组成。模拟电路模块是SR12的特有部件，图3为它的结构框图。它由输入多路开关、两组温度传感器Rsense0.01Ω可程控放大器、片内温度传感器、电流检测电路等组成。可程控放大器总放大倍数为1～256。放大器的输入可选择为两路模拟输入脚（ATD0、ATD1）、片内温度传感器、模拟地输入（VSSAM）。ATD0和VSSAM间可接一个电流检测电阻，用于测量外部电流， 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。 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. 智能充电器系统解决方案一、系统组成 1．电路原理 2．面板组成 二、系统功能 1.系统提供电池充电、放电、新电池充电、电池修复等功能； 2.系统提供3路独立的充电电源，每一路都可以单独工作； 3.每一路都可以独立选择自动、手动充电或其它工作方式； 4.当选择手动方式时，面板上的手动指示灯亮，选择自动方式时，自动指示灯亮； 5.选择手动方式时，充电时间和充电电流由使用者自行掌握，充电电流通过旋钮调节； 6.选择自动充电时，可以选择电池型号，系统根据预置的电池充电参数进行自动充电，充电结束后自动切断充电电路，并通过蜂鸣器进行提示； 7.若系统中没有可供选择的电池型号，可以在“其它”选项中进行参数的设定并予以保存。 三、人机界面设计 1.按键： 系统初步设计了16个按键，供用户选择、设定系统按照要求进行工作。其中包括：数字键0、1、2、3、4、5、6、7、8、9， 方向键↑、↓ 翻页键▲ 参数设定键（—） 确认键（Y），取消键（N）。 2. 显示器； 系统以一个128*64点阵的LCD 作为显示器，提供交互式的操作界面。 开机后显示： 或者： 3. 操作示例（以方案二为例） 开机后，如果要选择第一路进行自动充电，则使用方向键，选择“第一路”， 按确认键 方案二 时间 提示信息 第一路 未启动 第二路 未启动 第三路 未启动 时间 提示信息 充电 放电 修复 时钟 1st 2nd 3rd 方案一 移动方向键，选择自动 移动方向键，选择型号，按确认 按确认键后，提示： 立即启动充电，并返回开机界面： 确认请按确认键 第一路 电池修复 新电充电 取消请按取消键 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 基于51单片机的智能快速充电器设计 1．引言 本控制系统是为120w智能快速稳压电源设计的。 该快速充电器是为部队在野战条件下工作而研制的，因此要求其具有体积小、重量轻、智能化程度高、操作简便等优点，同时对电源的可靠性和抗干扰性提出了很高的要求。有稳压供电和充电两种工作方式。稳压供电时输出恒定的24V；处于充电状态时有四种充电方式：常规充电、快速充电、电池浮冲、电池训练，可以为镉镍、氢镍蓄电池充电。 2．控制系统总体设计要求 根据实际情况，本控制系统要完成以下功能： （1）能自动识别电池的类型（镍镉电池、镍氢电池、锂电池）。 （2）有稳压供电和充电两种工作模式。 （3）采用最高电压Vmax、最高温度Tmax、最长充电时间tmax、电压负增长-△V、温度变化率△T/△t等快速充电中止法。 （4）具有输入交流过压保护、输出直流过流保护、过充电保护等 （5）通电后能自动检测整个电源系统，有故障报警。 （6）设有电池开路、短路、反接保护。 （7）具有硬件和软件相结合的双重保护功能。 （8）良好的抗干扰能力。 3．统硬件电路的设计 3.1 AT89S52单片机简介 AT89S52是ATMEL公司研制的通用单片机。它在AT89S51单片机的基础上为P1口定义了第二功能，有六个外部中断、三个定时／计数器，以及四个全双工的串行通信口，同时在指令上与AT89S51兼容，对监控系统较为适用。 3.2 基于AT89S52的监控系统硬件电路设计 按照上述系统设计要求，设计了如图1所示的监控系统。 图1 AT89S52监控系统框图 （1）微处理器：AT89S52非常适用于控制，他的主要结构和特点在前面已经介绍过了，为了满足外围接口电路的需要，一般都要在输出口处接锁存驱动电路，这里我们采用的是SN74HC573。 （2）压频变换装置：将模拟的电压量转化成频率值，这是一种A/D转化方式，将输出电压U0采样通过压频变换装置传给单片机，压频转化装置我们用的 智能快速充电器的设计过程 摘要：本文介绍了一种智能快速充电器的设计过程。该充电器基于Motorola 公司的 MC68HC908SR12 单片机为控制核心，将SR12 特有的模拟电路模块、高精度A/D 转换、I2C总线接口以及高速PWM 等功能运用到充电控制中，详细讲述了其硬件和软件的设计过程，并从元器件筛选、PCB 板绘制和软件设计等方面介绍了该充电器抑制和防电磁干扰的措施。 关键词：单片机 A/D 转换 I2C 总线传感器电磁干扰 1 、引言 随着便携式设备不断小型化、轻量化和高性能化，作为其电源的二次电池的使用率日益提高。我单位于1998 年在对充电器市场调研后，设计开发了“ZXG －99 型智能快速充电器”，1999 年设计定型，同年投入生产，截止到2001 年底，已经累计生产了5000 多部，取得了一定的社会效益和经济效益。今年又签定了几千部的生产合同，但是随着产量的逐年增加，以及二次电池市场的不断变化，该产品在设计中的不足越来越明显。主要有以下几点： a ．“ZXG －99 型智能快速充电器”的中央微处理器选择的是OTP 型单片机，不具有片上FLASH 存储器，程序固化后不能更改，这在产品批量生产时十分不便，而且随着市场上二次电池的充电特性不断变化，设计人员要及时更改充电控制参数或开发新的充电算法，这样对已出厂的产品只能更换新的MCU ，增加了生产成本； b ．“ZXG －99 型智能快速充电器”只能对镍镉电池（Nicd ）和镍氢电池（NiMH ）充电，没有涉及锂离子电池，主要原因是当时锂离子电池的普及率低，价格高。但是锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比、无记忆效应、可多次重复充电、使用寿命长等优点，促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品越来越多，同时其价格也越来越低。今后二次电池的主流将是锂离子电池，作为一个完整的产品应该将其纳入到设计中； c ．该OTP 型单片机的A/D 采样值只有8 位，在对电池进行-△V 检测中精度不够，不能对充电过程实行更精确的控制。 在开发新型智能充电器中，首要环节就是中央微处理器MCU 的选型。考虑到既要增加产品的智能化和实用性，又要降低生产成本，最终决定选用Motorola 公司新近推出的MC68HC908SR12 作为新型智能快速充电器的MCU ，这是因为SR12 具有模拟电路模块、高精度A/D （10 位）、I2C 总线接口以及 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， 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。 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 摘要 随着便携式电子设备的普及和充电电池的广泛应用，充电器的使用也越来越广泛，但其性能却跟不上电池的发展要求，其电路设计存在较大的缺陷。针对目前市售充电器的技术缺陷，本文应市场需求设计了一款智能镍氢电池充电器。本智能充电器具有检测镍氢电池的状态；自动切换电路组态以满足充电电池的充电需要；充电器短路保护功能；以恒压充电方式进入维护充电模式；充电状态显示的功能。本文充分考虑了国内外的设计方案，在设计中针对市场需求，在功能上进行了适当调整，以满足用户对高性价比的需要。功能适用、价格低廉、电路简化是本设计的重点。 关键词：维护充电、充电电池、智能充电 Abstract Along with the prevalence of the portable devices and cells used widely, chargers are implicated in more fields than before. But the performance of the chargers is far too behind the requirement of the developing cells. With the demerit of the available chargers, this paper designs an intelligent Ni-Mn cells charger. The features of the intelligent charger are depicted as follows, detecting the state of the recharge cells, automatically switching the module of the circuit to meet the demand of the cells, short protection for the charger, maintenance charge module with constant voltage and current, state showing. This paper considers designations from home and abroad fully and adjusts a few functions of the circuit to satisfy the user requirement of high performance-price ratio. The focus of this designation in this paper is proper function, low-cost, and simplified circuit. KeyWords:maintenance charge module、Rechargeable batteries、 intelligent charge 毕业设计附件题目：智能充电器的设计 姓名：王研 学号：2007080303316 学院：信息学院 专业：电子信息工程 指导教师：杨萍 协助指导教师： 2011年5月23日 目录 开题报告 (1) 翻译外文资料及译文 (2) 程序清单和图纸 (3) 北京联合大学毕业设计（论文）开题报告 题目：智能充电器的设计 专业：电子信息工程指导教师：杨萍 学院：信息学院学号：2007080303316 班级：0708030303 姓名：王研 一、课题任务与目的 任务： 针对电动车常用的动力电池的特点，以单片机作为控制芯片，结合国内外现行的各种充电技术和充电器设计方案，设计一款基于单片机控制的智能充电器，以达到最佳的充电效果，使智能充电器具有良好的性能指标，电路简单可靠。 研究目的： 随着能源的日益紧缺和大气污染的加剧，作为新型交通工具的电动车的研究日益受到重视，从我国国情和人们的消费水平出发，电动车具有广阔的发展前景。作为电动车核心部件的电池及其充电器，其性能的优劣，直接影响电动车的质量状况。针对电动车充电技术的要求，为了使电动车充电器获得良好的性能指标，必须寻找最佳的充电模式，我要设计一款基于单片机控制的智能充电器，涓流充电、大电流充电、过充电和浮充电组合起来的充电方式，这种充电方式经理论和实践表明，可达到最佳的效果，使得蓄电池具有较高的使用容量和较长的循环寿命，可满足不同电动车动力电池的复杂充电要求，为提高蓄电池的性能和可靠性提供有效的途径，对环保、节能型电动车和充电器的设计和开发具有重要的意义，同时，研制性能良好的智能充电器，会带来显著的经济效益和良好的社会效益。 二、调研资料情况 1 电动车用电池的现状和发展趋势 电池作为电动车动力来源，目前应用于电动车的可充式二次电池主要有:铅酸(Lead Acid)电池、镍福(Nickel Cadmium)电池、镍氢(Nickel Metal Hydride)电池和锂(Lithium)电池[1]。 （1）镍一氢电池(Ni-MH ) 此类蓄电池的比能量高，寿命长，有较高的比功率，污染轻等优点，被认为基于单片机的电动车智能充电器的设计
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