【正文】 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直流電源的要求，同時(shí)也簡化了輸入電源設(shè)計(jì)。IN1CHG2EN/OK3ISET4CT5 RSTRT 6BATT 7GND 8DRV 9CS 10MAX1898充充充充充充on/off+BATTERYGND圖 36 MAX1898 的典型充電電路(Ⅰ)電源輸入：鋰離子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，一般的，可以采用直流電源加上變壓器提供。(Ⅱ)輸出：MAX1898 通過外接的場效應(yīng)管提供理電池的充電接口。(Ⅲ)充電時(shí)間的選擇： MAX1898 充電時(shí)間的選擇是通過外接的電容大小決定的。標(biāo)準(zhǔn)的充電時(shí)間為 小時(shí)，最大不要超過 3 小時(shí)，根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，可以計(jì)算得到外接的電容的容值，如下所示：定時(shí)電容 C 和充電時(shí)間 Tchg 的關(guān)系式滿足：C[nF]=Tchg[hours](Ⅳ)設(shè)置充電電流： MAX1898 充電電流在限制電流的模式下，可以通過選擇外接的電阻阻值大小決定。最大充電電流 Imax 和限流電阻 Rset 的關(guān)系式滿足：Imax＝1400/Rset當(dāng)充電電源和電池充電電流達(dá)到快充電流的 1%，或者是充電時(shí)間超出片上預(yù)置的充電時(shí)間。MAX1898 能夠自動檢測充電電源，沒有電源時(shí)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(yīng)管，當(dāng)檢測到電池電壓達(dá)到設(shè)定的門限時(shí)進(jìn)入脈沖充電方式，P 溝道場效應(yīng)管打開時(shí)間會越來越短，充電結(jié)束時(shí)，LED 指示燈將會呈現(xiàn)出周期性的閃爍。具體的閃爍含義如下表 32 所示：充電狀態(tài) LED 指示狀態(tài)電池或充電器沒有安裝 關(guān)閉快充或脈沖浮充 亮快充結(jié)束或初始化 LED 以 2Hz 頻率閃爍充電結(jié)束 LED 閃爍周期為 4s表 32 LED 指示燈狀態(tài)說明28(2)如何在單片機(jī)系統(tǒng)中使用 MAX1898鋰離子電池具有較高的能量重量比、能量體積比，具有記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電多次，使用壽命較長、價(jià)格也越來越低。鋰離子電池的這些特點(diǎn)使得選用單節(jié)鋰離子電池供電的產(chǎn)品也越來越多。然而，鋰離子電池的不足之處在于對充電器要求比較苛刻，需要保護(hù)電路。為有效利用電池容量，需將鋰離子電池充電至最大電壓，但是過壓充電會造成電池?fù)p壞，這就要求較高的控制精度。另外，對于電壓過低的電池需要進(jìn)行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護(hù)和時(shí)間保護(hù)，為電池提供附加保護(hù)。針對這些應(yīng)用特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)提出了一種基于單片機(jī) AT89C2051 和 MAX1898的智能充電器，其基本的原理和功能如圖 37 所示VPP1XTAL24XTAL15GND10 11 14 15 16 17 18 19VCC 20U2AT89C2051IN1CHG2EN/OK3ISET4CT5 RSTRT 6BATT 7GND 8DRV 9CS 10MAX1898U3MAX1898INPUT1GND2OUTPUT 3U4LM7805充充GNDGNDU14BUZZER+充充充充充GNDVCCGNDN/C1N/C4+23GND 5Vo 6Ve 7Vcc 86N137GND圖 37 基于 MAX1989 的智能充電器的原理圖該充電器有如下的功能：①具有預(yù)充電功能。②具有充電保護(hù)功能。③具有自動斷電功能。④具有充電完成報(bào)警指示功能。在 MAX1898 內(nèi)置的充電狀態(tài)控制和外圍的單片機(jī)控制下，充電過程分為預(yù)充、快充、滿充和報(bào)警 5 個(gè)部分。以下分別介紹。① 預(yù)充在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當(dāng)充電其檢測到電池時(shí)將定時(shí)器復(fù)位，從而進(jìn)入預(yù)充過程，在此期間充電器以快充電流的 10%給電池充電，使電壓、溫度恢復(fù)到正常狀體。預(yù)充電時(shí)間由 CT 口外接電容確定，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，則進(jìn)入快充過程；如果超過預(yù)充時(shí)間后，電池電壓低于 ，則認(rèn)為電池不可充電，充電器顯示電池故障，由單片機(jī)發(fā)出故障指令，LED 指示燈閃爍。②快充快充過程也稱恒流充電，此時(shí)充電器以恒流電流對電池充電。根據(jù)電池廠商29推薦的充電速率，一般鋰離子電池大多選用標(biāo)準(zhǔn)充電速率，充滿電池需要 1 個(gè)小時(shí)左右的時(shí)間。恒流充電時(shí)，電池電壓將緩慢上升，一旦電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓，恒流充電終止，充電電池快速遞減，充電進(jìn)入滿充過程。③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(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池為電池補(bǔ)充能量。由于充電器在檢測電池電壓是否達(dá)到終止電壓時(shí)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，減少了電池內(nèi)阻和其他串聯(lián)電阻對電流端電壓的影響，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，滿充和頂端終止充電可以延長電池 5%~10%的使用時(shí)間。④斷電當(dāng)電池充滿后，MAX1898 芯片的 2 引腳發(fā)送的脈沖電平將會被單片機(jī)檢測到，引起單片機(jī)的中斷，在中斷中判斷出充電完畢的狀態(tài)。此時(shí)，單片機(jī)將通過 口控制光耦，切斷 7805 向 MAX1898 芯片的供電，從而保證芯片和電池的安全，同時(shí)也減少功耗。⑤報(bào)警當(dāng)電池充滿后，MAX1898 芯片本身會向外接的 LED 燈發(fā)出指令，LED 燈會閃爍。但是，為了安全起見，單片機(jī)在檢測到充滿狀態(tài)的脈沖后，不僅會自動切斷 MAX1898 芯片的供電，而且會通過蜂鳴器報(bào)警，提醒用戶及時(shí)取出電池。 充電控制電路的實(shí)現(xiàn)1．電路原理和器件選擇在這里列出和本次設(shè)計(jì)相關(guān)的、關(guān)鍵部分的器件名稱及其在電路中的主要功能：①AT89C2051:充電器的控制器，控制 MAX1898 的充電過程，并在充電完畢后切斷電源和進(jìn)行報(bào)警。②MAX1898:電池充電芯片,在單片機(jī)的控制下實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池的充電控制。③LM7805:電壓轉(zhuǎn)換芯片，將外部的 12V 電壓轉(zhuǎn)化為 5V 電壓，作為單片機(jī)和 MAX1898 的電源。④PNP:P 溝道場效應(yīng)管或三極管。⑤LEDR:紅色的表貼發(fā)光二極管，表示電源接通。⑥LEDG:綠色的表貼發(fā)光二極管，表示充電狀態(tài)。⑦U14:蜂鳴器。⑧6N137:光耦，連接 LM7805 和 MAX1898 的電源輸入端。302．地址分配和連接只列出了和本次設(shè)計(jì)相關(guān)的、關(guān)鍵部分單片機(jī)與各個(gè)功能管腳的連接和相關(guān)的地址分配：① CHG:MAX1898 充電狀態(tài)輸出，連接到單片機(jī)的 INT0,單片機(jī)判斷充電完畢后，通過 引腳切斷 MAX1898 的電源輸入。②GATE:連接單片機(jī)的 引腳，當(dāng)單片機(jī)判斷充電完畢后， 管腳輸出低電平，光耦不導(dǎo)通，從而切斷 MAX1898 的電源輸入。③BEEP :單片機(jī)控制蜂鳴器的引腳。④5V:LM7805 的輸出端，為+5V 電壓。⑤5VIN:光耦輸出到 MAX1898 的電源輸出端，該端口的導(dǎo)通與否是通過單片機(jī)的 GATE 信號控制的。3．功能簡介首先，監(jiān)測 MAX1898 的輸出信號 CHG，當(dāng) MAX1898 將要完成充電時(shí)，該引腳會發(fā)出周期為 4s 的脈沖，單片機(jī)的 INT0 引腳接收中斷后，產(chǎn)生中斷，并使用單片機(jī)的 T0 計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，當(dāng)下一個(gè)脈沖到來時(shí)，在定時(shí)器程序中判斷單片機(jī)的計(jì)數(shù)值是否在 4s 左右，如果是，則通過控制 和 引腳關(guān)斷電源，并引發(fā)蜂鳴器報(bào)警。利用 MAX189LM7805 和 AT89C2051 單片機(jī)共同構(gòu)成的鋰離子電池充電器電路，具體的電路如圖 38 所示：31INPUT1GND2OUTPUT 3U1 LM7805GNDVPP1XTAL24XTAL15GND10 11 14 15 16 17 18 19VCC 20U2AT89C2051U310uR110kX1X25VXTAL112MC122p C222pIN1CHG2EN/OK3ISET4CT5 RSTRT 6BATT 7GND 8DRV 9CS 10MAX1898BT1 MAX1898N/C1N/C4+23GND 5Vo 6Ve 7Vcc 8充充6N137GND5VINGATE5VBEEPGATEU14BUZZERVCCR2 33BEEP12充充CON2 GND12J2Li+ GNDLi+C4cctC3220nQ1PNPGND5VIND1LEDGD3LEDRR3470GNDR4RSETGNDE1ELECTRO1D2SDGNDLi+VCCGNDGNDGND+5GNDCGHCGH圖 38 鋰離子電池充電電路第 4 章 鋰電池充電器軟件設(shè)計(jì)32 程序功能基于單片機(jī) AT89C2051 和 MAX1898 的智能電池充電器的程序需要完成以下的功能：①通過 CHG 信號引起 INT0 外中斷。②在兩次中斷中使用 T0 計(jì)數(shù)，判斷是否充電完畢。③如果充電完畢，則控制 和 引腳，輸出低電平。 主要變量說明程序中的變量及說明如表 41 所示。表 41 變量及說明變量 說明GATE 單片機(jī)的 口，控制電源的開關(guān)BEEP 單片機(jī)的 口，控制蜂鳴器t_count T0 的計(jì)數(shù)值int0_count 外部中斷脈沖int0 () 外中斷 0 服務(wù)程序timer0 () 定時(shí)器 0 中斷服務(wù)程序表 41 變量及說明 程序流程圖單片機(jī)控制的智能充電器的程序流程圖如圖 41 所示開始初始化while(1)圖 41(a) 等待外部信號輸入33Y外部中斷入口Int0_count=0?啟動定時(shí)器 0：t_count=0返回Int0_count++N圖 41(b) 外部中斷程序34YNNNYY定時(shí)器 0服務(wù)程序關(guān)閉 T0 計(jì)數(shù)重設(shè)計(jì)數(shù)初值3st_count5s?Int0_count 為 1？充電完畢，蜂鳴器報(bào)警，切斷電源關(guān)閉 T0 中斷和外部 0 中斷返回啟動 T0 計(jì)時(shí)充電出錯圖 41(c) 定時(shí)器程序Int0_count=0?t_count++圖 41 智能充電器的程序流程圖外部中斷 0 設(shè)為邊沿觸發(fā)。程序的簡單介紹：中斷 第一個(gè)下降沿 T0 開始計(jì)數(shù) 第二次下降沿 停止 T0 計(jì)數(shù) 讀取 T0 計(jì)數(shù)器 中斷返回35結(jié)論與展望總結(jié)本論文描述了鋰離子電池快速充電過程的基本原理,設(shè)計(jì)了對單節(jié) 鋰離子電池充電的充電器，它能夠快速完成鋰離子電池的充電過程。根據(jù)對鋰離子電池的充放電特性和充電控制方法的分析得出：鋰離子電池充電器常采用三段充電法，即預(yù)處理、恒流充電(快充)和恒壓充電(充滿)。開始以設(shè)定的恒流充電，鋰離子電池的電壓以較高的斜率增長，在充電過程中斜率逐步降低，充到接近 時(shí)，恒流充電階段結(jié)束，接著以 恒壓充電。在恒壓階段充電時(shí)，電壓幾乎不變(或稍有增加) ，充電電流不斷下降。當(dāng)充電速率下降到 時(shí)，表示電池已充滿，應(yīng)終止充電。沒有及時(shí)終止的話，此后最明顯的特征是電池溫度升高，發(fā)熱，在整個(gè)快充電過程中都應(yīng)當(dāng)注意電池的溫度，尤其是過充電時(shí)，鋰離子電池溫度過高，會造成過熱而損壞電池或發(fā)生爆炸。在鋰離子電池進(jìn)入恒壓充電狀態(tài)前，必須適時(shí)停止快速充電。為此，設(shè)計(jì)了此種鋰離子電池快速充電器, 利用快速充電的方法，并在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行電壓、溫度的檢測和控制來保證該充電器能對鋰離子電池進(jìn)行安全可靠而又快速的充電。本電路具有溫度保護(hù)功能,當(dāng)電池溫度過高時(shí), 即刻停止快速充電,這樣就能避免過充電對鋰離子電池造成的損害.根據(jù)鋰離子電池的充電特性可知，鋰電池或充電器在電池充滿后應(yīng)當(dāng)停止充電，并不存在鎳電充電器所謂的持續(xù) 10 幾小時(shí)的“涓流”充電。也就是說，如果你的鋰電池在充滿后，放在充電器上也是白充，反而會造成內(nèi)壓升高、電池發(fā)熱等現(xiàn)象，而我們誰都無法保證電池的充放電保護(hù)電路的特性永不變化和質(zhì)量的萬無一失，所以電池將長期處在危險(xiǎn)的邊緣徘徊。這也是本次設(shè)計(jì)中當(dāng)充滿電后自動斷開充電的一個(gè)理由。另外，不可忽視的另外一個(gè)方面就是鋰電池同樣也不適合過放電，過放電對鋰電池同樣也很不利。展望目前一些大的廠家生產(chǎn)的手機(jī)充電器都具有以下特點(diǎn)：寬范圍 AC 輸入或多個(gè)電壓可選；具備限流保護(hù)，電流短路與反充保護(hù)線路設(shè)計(jì)；體積小、重量輕；自動、快速充電，充滿電后自動關(guān)斷等等。另外，有的充電器還有自動識別鋰離子、鎳氫、鎳鎘電池組；自動計(jì)算電池的已充電量和剩余的充電時(shí)間，也可以改變參數(shù)來適應(yīng)各種不同電池的充電；具有放電功能；LED 或 LCD 充電狀態(tài)顯示；低噪聲；模擬微電腦控制系統(tǒng)等特點(diǎn)。所以，設(shè)計(jì)一款真正由微電腦控制單片機(jī)控制，且價(jià)格低廉的智能控制充電器，成為社會各方努力的方向。36