【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 較大，如果充電器沒(méi)有輸入電流檢測(cè)功能，則輸入電源必須能夠提供最大負(fù)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(duì)直流電源的要求，同 時(shí)也簡(jiǎn)化了輸入電源的設(shè)計(jì)。 MAXl898 外接限流型充電電源和 P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，可以對(duì)單節(jié)鋰電池進(jìn)行安全有效的快充，其最大特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)預(yù)充電，具有過(guò)壓保護(hù)和溫度保護(hù)功能，最長(zhǎng)充電時(shí)問(wèn)的限制可為鋰電池提供二次保護(hù)。 MAX1898 的浮動(dòng)方式能夠使電池容量充至最大。 當(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，插入電池將啟動(dòng)一次充電過(guò)程；充電結(jié)束的條件是平均的脈沖充電電流達(dá)到快充電流的 1％，或時(shí)間超出片上預(yù)置的充電時(shí)間。 MAXl898 能夠自動(dòng)檢測(cè)充電電源，沒(méi)有電源時(shí) 自動(dòng)關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動(dòng)快充后打開(kāi)外接的 P 型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式， P 型場(chǎng)效應(yīng)管打開(kāi)的時(shí)問(wèn)會(huì)越來(lái)越短。充電結(jié)束時(shí)，指示 圖 1 MAX1898的典型充電電路 燈將會(huì)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(shuō)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(guò)外接的場(chǎng)效應(yīng)管提供鋰電池的充電接口。 (3)通過(guò)外接的電容 CcT 來(lái)設(shè)置充電時(shí)間 tCHG。這里的充電時(shí)間指的是快充時(shí)的最大充電時(shí)間，它和定時(shí)電容 CcT 的關(guān)系如下式所示。 CcT= tCHG 式中， tCHG 的單位為小時(shí)， CcT 的單位為 nF。 大多數(shù)情況下，快充時(shí)最大充電時(shí)問(wèn)不超過(guò) 3小時(shí)，因此常取 CcT 為 100nF。 (4)在限制電流的模式下，通過(guò)外接的電阻 RSET 來(lái)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(dāng)充電電源和電池在正常的工作溫度范圍內(nèi)時(shí)，插入電池將啟動(dòng)一次充電過(guò)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(shí)間超出片上預(yù)置的最大充電時(shí)問(wèn)時(shí)，充電周期結(jié)束。 MAXl898 能夠自動(dòng)檢測(cè)充電電源，沒(méi)有電源時(shí)自動(dòng)關(guān)斷以減少電池的漏電。啟動(dòng)快充后，打開(kāi)外接的 P型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式， P 型場(chǎng)效應(yīng)管打開(kāi)的時(shí) JI間會(huì)越來(lái)越短。充電結(jié)束時(shí)， LED 指示燈將會(huì)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(shuō)明 充電狀態(tài) LED指示燈 電池或充電器沒(méi)有安裝 滅 預(yù)充或快充 亮 充電結(jié)束 滅 充電出錯(cuò) 以 頻率閃爍 11 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)主要圍繞充電芯片 MAXl898 展開(kāi)，而單片機(jī)控制部分的電路簡(jiǎn)單 。 主要器件 本設(shè)計(jì)的核心器件是 MAXl898。 MAXl898 可對(duì)所有化學(xué)類型的 Li+電池進(jìn)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(yīng)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(cè)輸入的電壓或電流； CHG(2 腳 )：充電狀態(tài)指示腳，同時(shí)驅(qū)動(dòng) 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(guò)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(guò)串接一個(gè)電阻到地來(lái)設(shè)置最大充電電流； CT(5 腳 )：安全充電時(shí)間設(shè)置引腳。接一個(gè)時(shí)間電容來(lái)設(shè)置充電時(shí)間，電容為 100nF 時(shí)，幾乎為 3 個(gè)小時(shí)，此引腳直接接地將禁用此功能； RSTRT(6 腳 )：自動(dòng)重新啟動(dòng)控制引腳。當(dāng)此引腳直接接地時(shí)，如果電池電壓掉至基準(zhǔn)電壓閾值以下 200mV，將會(huì)重新開(kāi)始一輪充電周期。此引腳通過(guò)電阻接地時(shí)，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(shí)間設(shè)置功能禁用 )時(shí)，自動(dòng)重新啟動(dòng)功能 被禁用； BATT(7 腳 )：電池傳感輸入腳，接單個(gè) Li+電池的正極。此引腳需旁接一個(gè)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(dòng)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(jì)的單片機(jī)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(guò)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(lái)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(guò)一次光耦模塊 6N137 的處理，通過(guò)單片機(jī)對(duì)光耦模塊的控制，可以及時(shí)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(fù)極； GND(5 腳 )：接地端； OUTPUT(6 腳 )：輸出腳； EN(7 腳 )：使能腳。為低時(shí)，無(wú)論有無(wú)輸入，輸出都為高。不使用時(shí)，懸空即可； VCC(8 腳 )：電源輸入腳。 13 電路原理圖及說(shuō)明 硬件電路由單片機(jī)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(jī)部分的電路原理圖如下圖 4所示。 圖 4 單片機(jī)部分原理圖 圖中， u1 為單片機(jī) AT89C52，工作在 11． 0592MHz 時(shí)鐘； u2 為蜂鳴器，蜂鳴器由單片機(jī)的 P2． 1 腳控制發(fā)出報(bào)警聲提示；單片機(jī)的 P2． O腳輸出控制光耦器件，在需要的時(shí)候可以及時(shí)關(guān)斷充電電源；單片機(jī)的外部中斷 O由充電芯片MAXl898 的充電狀態(tài)輸出信號(hào)／ CHG經(jīng)過(guò)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(guò)隔離的 5V 電壓， U4 的 2腳和單片機(jī)的 P2． 0相連，由單片機(jī)控制適時(shí)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(guò)。 74LS04反相后與單片機(jī) 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(chǎng)效應(yīng)管，由 MAxl898 提供驅(qū)動(dòng)。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(shí)間的電容，容值為 100nf，設(shè)置最大充電時(shí)間為 3小時(shí)。在 MAXl898 和外部單片機(jī)的共同作用下，實(shí)現(xiàn)了如下的充電過(guò)程。 預(yù)充 在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當(dāng)充電器檢測(cè)到電池時(shí)將定時(shí)器復(fù)位，從而進(jìn)入預(yù)充過(guò)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(fù) 到正常狀態(tài)。預(yù)充時(shí)間由外接電容 CcT 確定 (100nF 時(shí)為 45分鐘 )，如果在預(yù)充時(shí)間內(nèi)電池電壓達(dá)到 ，且電池溫度正常，則充電進(jìn)入快充過(guò)程；如果超過(guò)預(yù)充時(shí)間后，電池電壓仍低于 ，則認(rèn)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(guò)程也稱為恒流充電，此時(shí)充電器以恒定電流對(duì)電池充電。恒流充電時(shí)，電池電壓緩慢上升，一旦電池電壓達(dá)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(jìn)入滿充過(guò)程。 滿充 在滿充過(guò)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(shí)間 超時(shí)，轉(zhuǎn)入頂端截止充電。頂端截止充電時(shí)，充電器以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量。由于充電器在檢測(cè)電池電壓是否達(dá)到終止電壓時(shí)有充電電流通過(guò)電池內(nèi)阻，盡管在滿充和頂端截止充電過(guò)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(duì)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(duì)電池終止電壓的檢測(cè)有影響。一般情況下，滿充和頂端截止充電可以延長(zhǎng)電池 5％～ 10％的使用時(shí)間。 斷電 當(dāng)電池充滿后， MAXl898 芯片的 2號(hào)管腳發(fā)送的脈沖電平會(huì)由低變高，這將會(huì)被單片機(jī)檢測(cè)到，引起單片機(jī)的中斷，在中斷中，如果判斷出充 電完畢，則單片機(jī)將通過(guò) 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(shí)也減小功耗。 報(bào)警 當(dāng)電池充滿后， MAXl898 芯片本身會(huì)熄滅外接的 LED 綠燈。但是，為了安全起見(jiàn)，單片機(jī)在檢測(cè)到充滿狀態(tài)的脈沖后，不僅會(huì)自動(dòng)切斷 MAXl898 芯片的供電，而且會(huì)通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，提醒用戶及時(shí)取出電池。當(dāng)充電出錯(cuò)時(shí)， MAXl898 芯片本身會(huì)控制 LED 綠燈以 1． 5Hz左右的頻率閃爍，此時(shí)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(jì) 充電器的充電過(guò) 程主要由 MAXl898 控制，而單片機(jī)芯片主要是對(duì)電池起保護(hù)作用。本課題的軟件設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，其主要功能如下。 當(dāng) MAXl898 完成充電時(shí)，其／ CHG引腳會(huì)產(chǎn)生由低到高的跳變，該跳變引起單片機(jī)的 INTO 中斷。／ CHG輸出為高存在 3種情況：一是電池不在位或無(wú)充電輸入，二是充電完畢，三是充電出錯(cuò) (此時(shí)，實(shí)際上／ CHG會(huì)以 1． 5Hz頻率反復(fù)跳變 )。顯然前兩種情況單片機(jī)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(duì)待第 3 種充電出錯(cuò)的情況即可。因此，在此中斷中，如果判斷出不是充電出錯(cuò)，則控制 腳切斷電源，控 制 腳啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。 17 程序流程 單片機(jī)控制智能充電器工作的程序流程如圖 7 所示： 圖 7 單片機(jī)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(dòng)定時(shí)器 D t_count=0 Int0_count++ 返回 關(guān)閉 T0 計(jì)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(bào)警，切斷充電電源 關(guān)閉 T0 中斷和外部中斷 0 返回 啟動(dòng) TO 計(jì)數(shù) 充電出錯(cuò) 開(kāi)始 外部中斷 D 服務(wù)子程序 啟動(dòng)定時(shí)器 D 服務(wù)子程序 18 程序說(shuō)明 主要程序代碼及其說(shuō)明 (見(jiàn)注釋語(yǔ)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(shí)器 0中斷服務(wù)子程序 *／ void timer0()interrupt 1 USing 1 ( TR0=0； ／／停止計(jì)數(shù) TH0=一 5000／ 256； ／／重設(shè) 5ms 計(jì)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(méi)有出現(xiàn)第二次外部中斷 0，則認(rèn)為充電完畢 ( GATE=0； ／／關(guān)閉充電電源 BP=0； ／／打開(kāi)蜂鳴器報(bào)警 ) e1se ／／否則即是充電出錯(cuò) (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(kāi)始計(jì)數(shù) )