【文章內(nèi)容簡介】 較大，如果充電器沒有輸入電流檢測功能，則輸入電源必須能夠提供最大負載電流與最大充電電流之和，這將使電源的成本增高、體積增大，而利用輸入限流功能則能夠降低充電器對直流電源的要求，同 時也簡化了輸入電源的設(shè)計。 MAXl898 外接限流型充電電源和 P溝道場效應管，可以對單節(jié)鋰電池進行安全有效的快充，其最大特點是：在不使用電感的情況下，仍能做到很低的功率耗散，可以實現(xiàn)預充電，具有過壓保護和溫度保護功能，最長充電時問的限制可為鋰電池提供二次保護。 MAX1898 的浮動方式能夠使電池容量充至最大。 當充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時，插入電池將啟動一次充電過程；充電結(jié)束的條件是平均的脈沖充電電流達到快充電流的 1％，或時間超出片上預置的充電時間。 MAXl898 能夠自動檢測充電電源，沒有電源時 自動關(guān)斷以減少電池的漏電。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(shè)定的門限時進入脈沖充電方式， P 型場效應管打開的時問會越來越短。充電結(jié)束時，指示 圖 1 MAX1898的典型充電電路 燈將會按 12%的周期閃爍， MAX1898 的典型充電電路如右圖 1 所示電路具體說明如下。 10 (1)輸入電壓范圍為 ～ 12v。鋰電池要求的充電方式是恒流恒壓方式，電源的輸入需要采用恒流恒壓源，一般可采 用直流電源外加變壓器。 (2)通過外接的場效應管提供鋰電池的充電接口。 (3)通過外接的電容 CcT 來設(shè)置充電時間 tCHG。這里的充電時間指的是快充時的最大充電時間，它和定時電容 CcT 的關(guān)系如下式所示。 CcT= tCHG 式中， tCHG 的單位為小時， CcT 的單位為 nF。 大多數(shù)情況下，快充時最大充電時問不超過 3小時，因此常取 CcT 為 100nF。 (4)在限制電流的模式下，通過外接的電阻 RSET 來設(shè)置最大充電電流IFSTCHG，關(guān)系如下式所示： 1fstchg=1400/Rset 式中， RSEI的單位 為 Q， IFsTCHG的單位為 A。 當充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時，插入電池將啟動一次充電過程。平均的脈沖充電電流低于設(shè)置的快充電流的 20％，或者充電時間超出片上預置的最大充電時問時，充電周期結(jié)束。 MAXl898 能夠自動檢測充電電源，沒有電源時自動關(guān)斷以減少電池的漏電。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(shè)定的門限時進入脈沖充電方式， P 型場效應管打開的時 JI間會越來越短。充電結(jié)束時， LED 指示燈將會呈現(xiàn)周期性的閃爍，具體的閃爍含義如表 1 所示。 表 1 MAX1898典型充電電路的 LED指示燈狀態(tài)說明 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(jié)束 滅 充電出錯 以 頻率閃爍 11 第四章 硬件電路設(shè)計 硬件電路設(shè)計主要圍繞充電芯片 MAXl898 展開，而單片機控制部分的電路簡單 。 主要器件 本設(shè)計的核心器件是 MAXl898。 MAXl898 可對所有化學類型的 Li+電池進行安全充電，它具有高集成度，在小尺寸內(nèi)集成了更多功能，盡可能多地覆蓋了基本應用電路，只需要少數(shù)外部元件。 AXl898 為 10 引腳、超薄型的 MAX封裝，其引腳分布如圖 2 所示 圖 2 MAX1898引腳分布 其引腳功能如下： IN(1 腳 )：傳感輸入，檢測輸入的電壓或電流； CHG(2 腳 )：充電狀態(tài)指示腳，同時驅(qū)動 LED； EN／ OK(3 腳 )：使能輸入腳／輸入電源“好”輸出指示腳。 EN 為輸入腳，可以通過輸入禁止芯片 工作； OK為輸出腳，用于指示輸入電源是否與充電器連接； ISET(4 腳 )：充電電流調(diào)節(jié)引腳。通過串接一個電阻到地來設(shè)置最大充電電流； CT(5 腳 )：安全充電時間設(shè)置引腳。接一個時間電容來設(shè)置充電時間，電容為 100nF 時，幾乎為 3 個小時，此引腳直接接地將禁用此功能； RSTRT(6 腳 )：自動重新啟動控制引腳。當此引腳直接接地時，如果電池電壓掉至基準電壓閾值以下 200mV，將會重新開始一輪充電周期。此引腳通過電阻接地時，可以降低它的電壓閾值。此引腳懸空或者 CT引腳接地 (充電時間設(shè)置功能禁用 )時，自動重新啟動功能 被禁用； BATT(7 腳 )：電池傳感輸入腳，接單個 Li+電池的正極。此引腳需旁接一個大電解電容到地； 12 GND(8 腳 )：接地端； DRV(9 腳 )：外部晶體管驅(qū)動器，接晶體管的基極； CS(10 腳 )：電流傳感輸入，接晶體管的發(fā)射極。 本設(shè)計的單片機芯片選用 Atmel 公司的 AT89C52，它完全可以滿足要求。 另外，由于充電器外部為 +12V 供電，因此需要通過電壓轉(zhuǎn)換芯片將 +12V 電壓轉(zhuǎn)換為 +5V 電壓，這里選用三端電壓轉(zhuǎn)換芯片 LM7805 來完成此功能。 為了降低電源干擾，保持電路的穩(wěn)定，在 LM7805 完成電壓轉(zhuǎn)換， 將 +5v 充電電源送給 MAXl898 之前，先經(jīng)過一次光耦模塊 6N137 的處理，通過單片機對光耦模塊的控制，可以及時關(guān)斷充電電源。 6N137 的引腳分布如圖 3所示。 圖 3 6N137引腳分布圖 其引腳功能如下 NC(1 腳、 4腳 )：懸空； +(2 腳 )、 (3 腳 )：發(fā)光二極管的正、負極； GND(5 腳 )：接地端； OUTPUT(6 腳 )：輸出腳； EN(7 腳 )：使能腳。為低時，無論有無輸入，輸出都為高。不使用時，懸空即可； VCC(8 腳 )：電源輸入腳。 13 電路原理圖及說明 硬件電路由單片機電 路、電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離電路、充電控制電路 3部分組成。單片機部分的電路原理圖如下圖 4所示。 圖 4 單片機部分原理圖 圖中， u1 為單片機 AT89C52，工作在 11． 0592MHz 時鐘； u2 為蜂鳴器，蜂鳴器由單片機的 P2． 1 腳控制發(fā)出報警聲提示；單片機的 P2． O腳輸出控制光耦器件，在需要的時候可以及時關(guān)斷充電電源；單片機的外部中斷 O由充電芯片MAXl898 的充電狀態(tài)輸出信號／ CHG經(jīng)過反相后觸發(fā)。 下圖 5所示的為電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路的原理圖。 圖 5 電壓轉(zhuǎn)換及光耦隔離部分電路的原理圖 14 U3 為輸出 +5V 的電壓轉(zhuǎn)換芯片 M7805，它將 12V 的輸入電壓轉(zhuǎn)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 P2． 0相連，由單片機控制適時地關(guān)閉充電電源。 圖 6 所示的為充電控制部分的電路原理圖， 圖 6 充電控制部分的電路原理圖 其核心器件為充電芯片 MAXl898，其充電狀態(tài)輸出引腳／ CHG 經(jīng)過。 74LS04反相后與單片機 INT0 相連，觸發(fā)外部中斷。 LED_R 為紅色發(fā)光二極管，紅燈表示電 源接通； LED— G為綠色發(fā)光二極管，綠燈表示處于充電狀態(tài)。 Q1 為 P 溝道的場效應管，由 MAxl898 提供驅(qū)動。圖中， R4 為設(shè)置充電電流的電阻， 阻值為，設(shè)置最大充電電流為 500mA， C11 為設(shè)置充電 時間的電容，容值為 100nf，設(shè)置最大充電時間為 3小時。在 MAXl898 和外部單片機的共同作用下，實現(xiàn)了如下的充電過程。 預充 在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當充電器檢測到電池時將定時器復位，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 15 池電壓、溫度恢復 到正常狀態(tài)。預充時間由外接電容 CcT 確定 (100nF 時為 45分鐘 )，如果在預充時間內(nèi)電池電壓達到 ，且電池溫度正常，則充電進入快充過程；如果超過預充時間后，電池電壓仍低于 ，則認為電池不可充電，充電器顯示電池故障， LED 指示燈閃爍。 快充 快充過程也稱為恒流充電，此時充電器以恒定電流對電池充電。恒流充電時，電池電壓緩慢上升，一旦電池電壓達到所設(shè)定的終止電壓，恒流充電終止，充電電流快速遞減，充電進入滿充過程。 滿充 在滿充過程中，充電電流逐漸衰減，直到充電速率降到設(shè)置值以下，或滿充時間 超時，轉(zhuǎn)入頂端截止充電。頂端截止充電時，充電器以極小的充電電流為電池補充能量。由于充電器在檢測電池電壓是否達到終止電壓時有充電電流通過電池內(nèi)阻，盡管在滿充和頂端截止充電過程中充電電流逐漸下降，減小了電池內(nèi)阻和其他串聯(lián)電阻對電池端電壓的影響，但串聯(lián)在充電回路中的電阻形成的壓降仍然對電池終止電壓的檢測有影響。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。 斷電 當電池充滿后， MAXl898 芯片的 2號管腳發(fā)送的脈沖電平會由低變高，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 MAXl898 的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時也減小功耗。 報警 當電池充滿后， MAXl898 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 MAXl898 芯片的供電，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， MAXl898 芯片本身會控制 LED 綠燈以 1． 5Hz左右的頻率閃爍，此時不要切斷芯片的供電，要讓用戶一直看到此提示。 16 第五章 軟件設(shè)計 充電器的充電過 程主要由 MAXl898 控制，而單片機芯片主要是對電池起保護作用。本課題的軟件設(shè)計較為簡單，其主要功能如下。 當 MAXl898 完成充電時，其／ CHG引腳會產(chǎn)生由低到高的跳變，該跳變引起單片機的 INTO 中斷。／ CHG輸出為高存在 3種情況：一是電池不在位或無充電輸入，二是充電完畢，三是充電出錯 (此時，實際上／ CHG會以 1． 5Hz頻率反復跳變 )。顯然前兩種情況單片機都可以直接控制光耦切斷充電電源，所以，程序中只要區(qū)別對待第 3 種充電出錯的情況即可。因此，在此中斷中，如果判斷出不是充電出錯，則控制 腳切斷電源，控 制 腳啟動蜂鳴器報警。 17 程序流程 單片機控制智能充電器工作的程序流程如圖 7 所示： 圖 7 單片機控制智能充電器工作的程序流程圖 初始化 While(1) Int0 count 為 0 啟動定時器 D t_count=0 Int0_count++ 返回 關(guān)閉 T0 計數(shù)重設(shè)主數(shù)初值 Int0_count++ t_count6 Int0 count為 1 充電完畢，蜂鳴器報警，切斷充電電源 關(guān)閉 T0 中斷和外部中斷 0 返回 啟動 TO 計數(shù) 充電出錯 開始 外部中斷 D 服務(wù)子程序 啟動定時器 D 服務(wù)子程序 18 程序說明 主要程序代碼及其說明 (見注釋語句 )如下： define uchar unsigned char define uint unsigned int sbit GATE=P2＾ 0； sbit BP=P2＾ 1； uint t_count， int 0_count； ／ +定時器 0中斷服務(wù)子程序 *／ void timer0()interrupt 1 USing 1 ( TR0=0； ／／停止計數(shù) TH0=一 5000／ 256； ／／重設(shè) 5ms 計數(shù)初值 TL0=一 5000％ 256： t_count++； if(it_count600) ／／第一次外部中斷 0 產(chǎn)生后 3S ( if(int0_count==1) ／／還沒有出現(xiàn)第二次外部中斷 0，則認為充電完畢 ( GATE=0； ／／關(guān)閉充電電源 BP=0； ／／打開蜂鳴器報警 ) e1se ／／否則即是充電出錯 (GATE =1； BP =1； ) ET0 =0； ／／關(guān)閉 TO 中斷 EX0 =0； ／／關(guān)閉外部中斷 0 int0_count =0； 19 t_count =0； ) else TR0=1； ／／ TO 開始計數(shù) )