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基于單片機的鋰電池充電器設計
摘要: 本論文首先分析了鋰電池的主要特點,,并在此基礎上提出了基于單片機控制的鋰電池智能充電器設計方案。此設計實現的是單節(jié)鋰電池充電,,因此選用了AT89C52單片機配合MAX1898充電管理芯片及適當的配套元件,,進行硬件電路設計,使所設計的充電器具有智能控制的特點,。
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 摘 要:本論文首先分析了鋰電池的主要特點,,并在此基礎上提出了基于單片機控制的鋰電池智能充電器設計方案。此設計實現的是單節(jié)鋰電池充電,,因此選用了AT89C52單片機配合MAX1898充電管理芯片及適當的配套元件,,進行硬件電路設計,使所設計的充電器具有智能控制的特點,,能根據不同鋰電池的電參數自動確定相應的充電控制規(guī)律,,自動檢測、充電,、斷電,、報警等。

  1 引言

  隨著微電子技術的快速發(fā)展,,使得各種各樣的電子產品不斷的涌現,,并朝著便攜和小型輕量化的趨勢發(fā)展,為了能夠更加有效地使用這些電子產品,,可充電電池得到快速的發(fā)展。常見的可充電電池包括鎳氫電池,、鎳鎘電池,、鋰電池和聚合物電池等,。其中,鋰電池以其高的能量密度,、穩(wěn)定的放電特性,、無記憶效應和使用壽命長等優(yōu)點得到廣泛的應用。目前絕大多數的手機,、數碼相機等均使用鋰電池,。電池的使用壽命和單次循環(huán)使用時間與充電器維護過程和使用情況密切相關。一部好的充電器不但能在短時間內將電量充足,,而且還可以對電池起到一定的維護作用,,修復由于使用不當而造成的記憶效應,即電池活性衰退現象,。

  2 鋰電池的主要特點

  1)高能量密度,,鋰離子電池的重量是相同容量的鎳鎘或鎳氫電池的一半,體積是鎳鎘的40%~50%,,鎳氫的20%~30%.因此,,鋰電池具有更高的重量能量比、體積能量比,。

  2)高電壓,,單節(jié)鋰電池電壓平均為3.6V,等于三只鎳鎘或鎳氫充電電池的串聯電壓,。

  3)自放電小,,可長時間存放。

  4)無記憶效應,,鋰電池不存在鎳鎘電池的所謂記憶效應,,所以鋰電池充電前無須放電。

  5)壽命長,,正常工作條件下,,鋰電池充放電循環(huán)次數遠大于500次。

  6)多個鋰電池可以隨意并聯使用,。

  7)無污染,,由于鋰電池中不含鎘、鉛,、汞等重金屬元素,,對環(huán)境無污染。

  8)快速充電,,使用額定電壓為4.2V的恒流恒壓充電器,,可使鋰電池在1-2小時內得到滿充。鋰電池與其他可充電電池相比,,其價格相對較高,。但是隨著技術的發(fā)展,,鋰電池的性價比越來越高,目前已廣泛應用在各類便攜式移動設備上,。

 

  3 鋰電池充電器的硬件設計方案

 

  3.1 系統結構框圖

  系統硬件電路由單片機電路,、電壓轉換及光耦合隔離電路、充電控制電路三部分組成,。通過單片機的控制實現預充,、快充、滿充,、斷電,、報警等充電過程。

 

  圖1 系統結構框圖

  圖1 系統結構框圖

 

  3.2 52單片機電路原理圖

  單片機芯片為Atmel公司的AT89C52單片機,,B1為蜂鳴器,,單片機的P2.0口輸出控制光耦器件,可以在需要時及時關斷充電電源,。

 

  52單片機電路原理圖

  圖2 52單片機電路原理圖

 

  3.3 充電電路控制部分

  充電狀態(tài)輸出引腳/CHG經反相器74LS04后與單片機的P3.2口連接,,觸發(fā)外部中斷。PNP為P溝道的場效應管或三極管,。D1為綠色發(fā)光二極管,,處于通電狀態(tài)時亮;D2為紅色放光二極管,,電源接通時亮,。R1設置充電電流的電阻,阻值為2.8千歐,,設置最大充電電流為500mA;C2為設置充電時間的電容,,容值為100μF,設置最大充電時間為3小時,。

 

  充電電路控制部分

  圖3 充電電路控制部分

 

  4 鋰電池智能充電器的功能實現

 

  本設計中,,需要完成預充、快充,、滿充,、斷電和報警等功能。這些功能主要依靠智能充電管理芯片MAX1898內置的充電狀態(tài)控制和外圍的單片機AT89C52控制下共同實現,。下面分別進行介紹,。

  4.1 預充

  在安裝好電池后接通輸入直流電源,當充電器檢測到電池時則將定時器復位,,從而進入預充過程,,在此期間,充電器以快充電流的10%給電池充電,使電池電壓,、溫度恢復到正常狀態(tài),。

  預充時間由外接電容控制,,這里選擇100nF,,即預充時間為45分鐘。若在規(guī)定的充電時間內電池電壓達到2.5V以上,,且鋰電池溫度正常,,則進入快充過程;若在預充時間內鋰電池電壓仍低于2.5V,,則認為該鋰電池不可充電,,/CHG引腳連接的發(fā)光二極管閃爍,表示充電故障,。

  4.2 快充

  當預充結束后,,鋰電池電壓上升到2.5V以上,MAX1898便以恒定電路對鋰電池進行快充,??斐湟卜Q橫流充電。在快充過程中,,鋰電池電壓逐漸上升,,直至鋰電池電壓達到所設定的終止電壓。

  4.3 滿充

  當在快充過程中,,鋰電池電壓達到所設定的終止電壓,,快充結束,充電電流快速遞減,,充電進入滿充過程,。此時,當充電速率降到設置值以下或滿充時間超時,,進入頂端截止充電過程,。

  在頂端截止充電時,MAX1898以極小的充電電流為電池補充能量,。一般情況下,,滿充和頂端截止充電過程可以延長鋰電池5%-10%的使用時間。

  4.4 斷電

  當電池充滿后,,MAX1898的第2引腳/CHG發(fā)送的脈沖電平會由低到高,,會被單片機檢測到,引起單片機的中斷,,在中斷中判斷出充電完畢的狀態(tài),。此時,單片機將通過P2.0口控制6N137,,切斷LM7805向MAX1898的供電,,從而保證芯片和鋰電池的安全,,同時也減小損耗。

  4.5 報警

  當電池充滿后,,MAX1898芯片本身會熄滅外接的LED綠燈,。但是,為了安全起見,,單片機在檢測到充滿狀態(tài)的脈沖后,,不僅會自動切斷MAX1898的供電,而且會通過蜂鳴器報警,,提醒用戶及時取出電池,。當充電出錯時,MAX1898本身會控制LED綠燈以1.5Hz左右的頻率閃爍,,此時不要切斷MAX1898的供電,,要讓用戶看到此提示。

 

  5 總結

 

  本設計中所采用的AT89C52單片機和充電集成電路進行充電器的設計,,不但能夠實現對鋰電池進行充電,,而且還能夠實現相應的過壓和溫度保護,從而可以充分發(fā)揮鋰電池的性能,,并避免了充電器在充電時可能對電池造成損害的情況發(fā)生,,具有一定的智能功能。該方案有效地保護了電池,、縮短了充電時間并盡量延長鋰電池的使用壽命,,符合目前的環(huán)境保護潮流。

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