【正文】 [6] 全國大學生電子設計競賽組委會，全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編（第一屆 ~第五屆）， 北京：北京理工大學出版社， 2020， 1 在本例設計過程中，需著重把握以下幾點。 一般情況下， 滿充和頂端截止充電可以延長電池 5%～ 10%的使用時間。 、充電過程 在 MAX1898 和外部單片機的共同作用下，實現(xiàn)了如下的充電過程。光耦隔離原理圖如圖 12 所示； 25 圖 12基于 MAX1898的智能充電器的電耦隔離部分原理圖 U3 為輸出 +5V 的電壓轉 換芯片 LM7805，它將 12V 的輸入電壓轉換為固定的5V 輸出， U4 為光耦隔離芯片 6N137 ，其輸入為 LM7805 產(chǎn)生的 5V 電壓，輸出為經(jīng)過隔離的 5V 電壓， U4 的 2 腳和單片機的 相連，由單片機控制適時地關閉電電源。內部時鐘電路設計如下： 利用 AT89S51 單片機內部一個高增益的反相放大器，把一個晶振體和兩個電容器組成自激勵振蕩電路，接于 XTAL1 和 XTAL2 之間。為使能從 0000H 到 FFFFH 的外部程序存儲器讀取指令， EA 必須接 GND。然而，特別強調，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， ALE 脈沖將會跳過。 P3 引腳號第二功能： RXD（串行輸入） TXD（串行輸出） INT0(外部中斷 0) INT0(外部中斷 0) T0（定時器 0 外部輸入） T1（定時器 1 外部輸入） WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通 ) RST：復位輸入。在這種應用中， P2 口使用很強的內部上拉發(fā)送 1。對 P1 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。 20 圖 9 AT89C51引腳圖 各個引腳功能： VCC：電源 GND： 接 地 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。此引腳需旁接一個大電解電容到地 。通過串接一個電阻到地 來設置最大充電電流。 、電池充電芯片 MAX1898 本例的核心器件是 MAX1989。 圖下圖 6 和圖 7 給出了正、負穩(wěn)壓的典型電路。當輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調整電路。 扇出系數(shù)為 8。由于輸入到內部的時鐘信號電路通過了一個二分頻的信號，外部信號的工作周期比沒有別的要求，但是最大值和最小值的大小可以在數(shù)據(jù)表上觀察出來。 工作電壓 片內 8kROM(可擴充 64kB 外部存儲器 ) 它結合了 HMOS 的高速和高密度技術及 CHMOS的低功耗特征，它基于標準的 MCS51 單片機體系結構和指令系統(tǒng)，屬于 80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于充電狀態(tài) LED 指示燈 電池或充電器沒有安裝 滅 預充或快充 亮 充電結束 滅 充電出錯 以 頻率閃爍 13 類似馬達控制等應用場合。 大多數(shù)情況下，快充時最大充電時間不超過 3 小時，因此常取 CcT 為 100nF。 MAX1898 的典型充電電路如圖 2 所示。 （ 10）檢流監(jiān)視輸出。 （ 3）輸入電壓： ～ 12V。MAX1898 提供精確的恒流 /恒壓充電，電池電壓調節(jié)精度為177。 、充電器充電芯片選擇 目前市場上存在大量的電池充電芯片，它們可直接用于進行充電器的設計。 設計比較科學的充電器往往采用專用充電控制芯片配合單片機控制的方法。 由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。 （ 2）智能化的實現(xiàn)。另外，有的充電器還有自動識別鋰離子、鎳氫、鎳鎘電池組；具有放電功能； LED 充電狀態(tài)顯示；低噪聲；模擬微電腦控制系統(tǒng)等特點。由此可見，充電器在從坐式向便攜式、雙槽式等方向發(fā)展的同時，也開始向標準化、通用化的方向發(fā)展。由此可見實現(xiàn)安全高效的充電控制成為鋰離子電池推廣應用的瓶頸。 光耦隔離模塊：當電池充滿時切斷電源向充電芯片供電?？煞乐闺姵氐倪^充和過放對電池造成。而充電器的智能化可以縮短充電的時間，同時能夠維護電池，延長電池使用壽命。 由于充電器多采用大電流的快速充電法，在電池充滿后如果不及時停 止會使電池發(fā)燙，過度的充電會嚴重損害電池的壽命。該充電器可以實時采集電池的電壓和電流，并對充電過程進行智能控制。他們的各自 特點決定了他們將在相當長的時期內共同發(fā)展。充電器為人們的外出旅行和出差辦公提供了極大的方便。為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞，這就要求較高的控制精度。該充電器可以實時采集電池的電壓和電流，并對充電過程進行智能控制。 單片機模塊：實現(xiàn)充電器的智能化控制，比如自動斷電、 充電完成報警提示等。 鋰離子電池的不足之處在于對充電器的要求比較苛刻，對保護電路的要求較高。標準型充電器，是指可以連接所有手機底端電源插座（端口）的充電器。另外，還可以在輸入交流 100V 方（ 1 級電路）中設置切換電路。 使用智能控制的充電器模塊框圖一般如下： 圖 1 充電器模塊框圖 充電電壓檢測 充電控制 充電電流檢測 手機充電檢測 控制（雙槽） 充電器 充電提示 電池 ID 異常檢測 電池溫度檢測 7 智能充電器設計的基本理論與原理 要實現(xiàn)智能化充電器，需要從下面兩個方面著手。 MAX1898 是電路的主控制部分，當 MAX1898 芯片的 2 引腳 /CHG 發(fā)送的脈沖電平由低變高，這將會被單片機檢測到，引起單片機的中斷，在中斷中，如果判斷出充電完畢，則單片機將通過 口控制光耦 6N137，切斷 LM7805 向MAX1898 的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時也減小功耗。 為了有效利用電池容量，需將鋰電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池損壞， 這就要求較高的控制精度。 一個智能化程度較高的充電器，應能在電池充電過程中準確的檢測電池的狀態(tài)，并能在控制過程中及時的作出反應，這就需要完善的硬件設施。 （ 4） 充電方式：是快充、慢充還是可控充電過程。 、 MAX1898 的特性 MAX1898 的關鍵特性如下。 （ 7）輸入電源自動檢測。當檢測到輸入電流大于設定的門限電流時，通過降低充電電流從而控制輸入電流。 （ 3）通過外接的電容 CcT 來設置充電時間 tCHG。啟動快充后，打開外接的 P 型場效應管，當檢測到電池電壓達到設定的門限時進入脈沖充電方式， P 型場效應管打開的時間會越來越 短。 89C51 有 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。 向上或向下定時計數(shù)器 空閑和掉電節(jié)省模式 具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離， LSTTL/TTL 兼容，高速 (典型為 10MBd)， 5mA 的極小輸入電流。C 典型應用：高速數(shù)字開關，馬達控制系統(tǒng)和 A/D 轉換等 6N137 光耦合器的真值如表 2 所示： 表 2 6N137光耦隔離器的真值表 需要注意的是，在 6N137 光耦合器的電源管腳旁應有 — 個 的去耦電容。帶散熱片時能持續(xù)提供 1A 的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不通的電壓和電流。 18 原理圖設計 原理圖是表明智能充電器的各設備電氣的工作原理及各電氣元件的作用，相互之間的關系的一種表示方式。 EN/OK（ 3 腳）：使能輸入腳 /輸入電源“好”輸出指示腳。此引腳通過電阻接地時，可以降低它的電壓閾值。AT89C51 的引腳圖如下圖 9 所示。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。對 P2 端口寫“ 1”時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 22 1 2 M H z 33 33A T 8 9 S 5 1X T A L 1X T A L 2 ALE/PROG： 地址鎖存控制信號（ ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。 PSEN：外部程序存儲器選通信號（ PSEN）是外部程序存儲器選通信號。 時鐘電路設計 ： 時鐘是單片機的心臟，各部分都以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍的工作。 、電壓轉換及光耦隔離原理圖設計 圖 11 為電壓轉換器，他的作用是采用電壓轉換芯片將外部 +12V 電壓轉換為需要的 +5V 電壓；圖 12 為光耦隔離原理圖，他的作用是當電池充滿是及時關閉電源。其原理圖如圖 13 所示： 26