【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 束充電工作，通過(guò)單片機(jī)對(duì)這些芯片的控制，可以實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的智能化，例如，在充電后增加及時(shí)關(guān)斷電源、蜂鳴報(bào)警和液晶顯示等功能。充電器的智能化可以縮短充電的時(shí)間，同時(shí)能夠維護(hù)電池，延長(zhǎng)電池使用壽命。 電池充電芯片的選擇 如何選擇電池充電芯片 目前市場(chǎng)上存在大量的電池充電芯片，它們可直接用于進(jìn)行充電器的設(shè)計(jì)。在選擇具體的電池充電芯片時(shí)，需要參考以下標(biāo)準(zhǔn)。 電池類型：不同的電池 (鋰電池、鎳氫電池、鎳鎘電池等 )需選擇不同的充電芯片。 7 電池?cái)?shù)目：可充電池的數(shù)目。 電流值：充電電流的大小決定了充電時(shí)間。 充電方式：是快充、慢充還是可控充電過(guò)程。 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的是手機(jī)的單節(jié)鋰離子電池充電器，要求充電快速且具有優(yōu)良的電池保護(hù)能力，據(jù)此選擇 Maxim 公司的 MAXl898 作為電池充電芯片。 芯片 MAX1898 的特點(diǎn) MAXl898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶體管可以組成完整的單節(jié)鋰電池充電器。 MAXl898 提供精確的恒流／恒壓充電，電池電壓調(diào)節(jié)精度為177。 ％，提高了電池性能并 延長(zhǎng)了電池使用壽命。充電電流可由用戶設(shè)定，采用內(nèi)部檢流，無(wú)須外部檢流電阻。MAXl898 提供了充電狀態(tài)的輸出指示、輸入電源是否與充電器連接的輸出指示和充電電流指示。 MAXl898 還具有其他一些功能，包括輸入關(guān)斷控制、可選的充電周期重啟 (無(wú)須重新上電 )、可選的充電終止安全定時(shí)器和過(guò)放電電池的低電流預(yù)充。 MAXl898 的關(guān)鍵特性如下。 簡(jiǎn)單、安全的線性充電方式。 使用低成本的 PNP或 PMOS 調(diào)整元件。 輸入電壓： ～ 12V。 內(nèi)置檢流電阻。 177。 ％電壓精度。 可編程充電電流。 輸入電源 自動(dòng)檢測(cè)。 LED 充電狀態(tài)指示。 可編程安全定時(shí)器。 檢流監(jiān)視輸出。 可選／可調(diào)節(jié)自動(dòng)重啟。 小尺寸 uMAX 封裝。 MAXl 898 的充電工作原理 充電芯片 MAXl898 的內(nèi)部電路包括輸入電流調(diào)節(jié)器、電壓檢測(cè)器、充電電流檢測(cè)器、定時(shí)器、溫度檢測(cè)器和主控制器。輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制電源的總輸入電流，包括系統(tǒng)負(fù)載電流與充電電流。當(dāng)檢測(cè)到輸入電流大于設(shè)定的門(mén)限電流時(shí)，通過(guò)降低充電電流從而 8 控制輸入電流。因?yàn)橄到y(tǒng)工作時(shí)電源電流的變化范圍較大，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(mén)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。 (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(mén)限時(shí)進(jìn)入 9 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 10 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； 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。 11 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。 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。 圖 3 6N137引腳分布圖 不使用時(shí)，懸空即 可； VCC(8腳 )：電源輸入腳。 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， ul 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)。 12 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 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。 右圖 6所示的為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 圖 6 充電控制部分的電路原理圖 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，使電池電壓、溫度恢復(fù)到 13 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