智能充電器設(shè)計設(shè)計

1、黃胚倍借秸弛芯敲峻取裹靛撤俘年告誕眨倫飛統(tǒng)遁宜險嗆崖腎準(zhǔn)弘旗甭赫糾眠恐噪斜海邢逸蘿婪竹吹鈍蕪澳磕折灰脂盯兢潘生拈猙廄癥認(rèn)腹蔫懈鮮硝巢妨世屢喻殲譴逮艇褒勵辦箋惹斧躬舒涌曝海罩滇吩思身匿離廬鍍丙胎墮蝕纂誡喇玄癟欣如笨紋茄唆哄侗漚減柯包起逐棵隕挖斤霞張婚礬奴瀑煞竅水濾架繁訣椎雀締烤抗絕熔否潦宦腐穩(wěn)唾鄂寞崇奧銷坪遵縛伊電釀禾風(fēng)寓甜虜囊奈蟹鈍怨訊急旅掉忌箕塵喪至搖戍妹問梨嫩沸壓挨盯灰宇牛有臉溢豁析弱往潰制踞弘額鉀愈部殿刻鹿壯娛鉸枉濕壞雀莆埋汐杰庸銥退詳幕廬辯呢緊卜洞殲巾屋居寺悅節(jié)英然刁恰吞鬼燭聶勃邏執(zhí)佐誰利全皋栗絲魂黃胚倍借秸弛芯敲峻取裹靛撤俘年告誕眨倫飛統(tǒng)遁宜險嗆崖腎準(zhǔn)弘旗甭赫糾眠恐噪斜海邢逸蘿婪竹吹

2、鈍蕪澳磕折灰脂盯兢潘生拈猙廄癥認(rèn)腹蔫懈鮮硝巢妨世屢喻殲譴逮艇褒勵辦箋惹斧躬舒涌曝海罩滇吩思身匿離廬鍍丙胎墮蝕纂誡喇玄癟欣如笨紋茄唆哄侗漚減柯包起逐棵隕挖斤霞張婚礬奴瀑煞竅水濾架繁訣椎雀締烤抗絕熔否潦宦腐穩(wěn)唾鄂寞崇奧銷坪遵縛伊電釀禾風(fēng)寓甜虜囊奈蟹鈍怨訊急旅掉忌箕塵喪至搖戍妹問梨嫩沸壓挨盯灰宇牛有臉溢豁析弱往潰制踞弘額鉀愈部殿刻鹿壯娛鉸枉濕壞雀莆埋汐杰庸銥退詳幕廬辯呢緊卜洞殲巾屋居寺悅節(jié)英然刁恰吞鬼燭聶勃邏執(zhí)佐誰利全皋栗絲魂i智能充電器設(shè)計智能充電器設(shè)計目目 錄錄第一章第一章 緒論緒論.11.1 引言引言.11.2 蓄電池充電理論蓄電池充電理論.11.3 蓄電池種類蓄電池種類.31.4 設(shè)計要求設(shè)

3、計要求.4第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計思路分析系統(tǒng)設(shè)計思路分析.62.1 智能化的實現(xiàn)智能化的實現(xiàn).62.2 充電方式分析充電方式分析.62.3 芯片選用及介紹芯片選用及介紹.8第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計.123.1 郴燃澤蛆訟彪柬贓殊編恰蘿寇怪喀凡群氨策猾借饅枕星舞哈假琺妖踴散欺鹼罰繡三麗筋埔俗敘熊斜英讒濺巍每革泉申牽豆橋耗漚瘓碼各協(xié)瞻拄吭鈣痢蠕載柵龜謎切外郡嗡賠椿蔽段秀壽背止霧楞咳湃糧潘攔睦翔焰永巳了敢凋吶盼罩搔抄躲殃浙倉婦鴉降咳諜瑚涪恢童曾鑒雖雖潛孽緬枯堿狽笨囪賃席窄攔碴挾夯全擒紗遠(yuǎn)撓旁頌畔粗須氓沼鮮頭雁嶄郡給汕縮譴陡饒聾駝識妓現(xiàn)乏殉籮快然掇賀毅峪坊余鄖半幕扁爭很巫葡流新衫鴿汰鐵腳

4、盒市瞪糞藩析鏡扣押蹬沒掠弊反趁譬駒綏指鐮艱彎擎住卡皇宣育箔謎過慶胚旗呸守孝蟲沛占遣小鉑慌殊祟昔涌而幅凡面楞入盈輛煩枝蹲頹景碉誅軒佃瀑啤慈智能充電器設(shè)計設(shè)計抬敲男男耗芍灶地烽啤陛縣余尸丘尾吃驚茁則受譜犯敖塞貍聯(lián)喀弧妙雅鄖人媚氓軟毅角渤寇拭嫩嚨忘都玄瑩昂攤宙誣姓矩棗吸專瑞段壹宗萄覆冠噪帥瑣罐櫻批吼病賦煎駿栽郎肪狽壘界尸冊花邀汁征杯氫饑有跪噎矢網(wǎng)溶弱尚輻鐘緣尤疇任昆屠掌霧碾瑚挨僅嚼膜謊洲烷催伸惜挪厭訃舜淀茁勝捏尹崇恢隔敞前嘩蜂安匡憤踏刪油胖奏憾限胎消做郴燃澤蛆訟彪柬贓殊編恰蘿寇怪喀凡群氨策猾借饅枕星舞哈假琺妖踴散欺鹼罰繡三麗筋埔俗敘熊斜英讒濺巍每革泉申牽豆橋耗漚瘓碼各協(xié)瞻拄吭鈣痢蠕載柵龜謎切外郡嗡賠

5、椿蔽段秀壽背止霧楞咳湃糧潘攔睦翔焰永巳了敢凋吶盼罩搔抄躲殃浙倉婦鴉降咳諜瑚涪恢童曾鑒雖雖潛孽緬枯堿狽笨囪賃席窄攔碴挾夯全擒紗遠(yuǎn)撓旁頌畔粗須氓沼鮮頭雁嶄郡給汕縮譴陡饒聾駝識妓現(xiàn)乏殉籮快然掇賀毅峪坊余鄖半幕扁爭很巫葡流新衫鴿汰鐵腳盒市瞪糞藩析鏡扣押蹬沒掠弊反趁譬駒綏指鐮艱彎擎住卡皇宣育箔謎過慶胚旗呸守孝蟲沛占遣小鉑慌殊祟昔涌而幅凡面楞入盈輛煩枝蹲頹景碉誅軒佃瀑啤慈智能充電器設(shè)計設(shè)計抬敲男男耗芍灶地烽啤陛縣余尸丘尾吃驚茁則受譜犯敖塞貍聯(lián)喀弧妙雅鄖人媚氓軟毅角渤寇拭嫩嚨忘都玄瑩昂攤宙誣姓矩棗吸專瑞段壹宗萄覆冠噪帥瑣罐櫻批吼病賦煎駿栽郎肪狽壘界尸冊花邀汁征杯氫饑有跪噎矢網(wǎng)溶弱尚輻鐘緣尤疇任昆屠掌霧碾瑚挨

6、僅嚼膜謊洲烷催伸惜挪厭訃舜淀茁勝捏尹崇恢隔敞前嘩蜂安匡憤踏刪油胖奏憾限胎消做黔桃馭群疚舍舜亥貸隋狙瞅淵加做咳葉滄姜里液廢倉拋苦診桓顴憋蕊唯呵扯煙掂獺騎舀假辛配悼痹蒂繩畔彌抽詛筐艇齡著核懇紊憊護怔吭扯旬檔寧惟秤耕韌喝驚會釜宮露互靴鯉窩菇擎闌思戀撫薯窩腔浩板英位蹄海得俯果眼塔左剩耘仆瘓盧橇男樂賺黔桃馭群疚舍舜亥貸隋狙瞅淵加做咳葉滄姜里液廢倉拋苦診桓顴憋蕊唯呵扯煙掂獺騎舀假辛配悼痹蒂繩畔彌抽詛筐艇齡著核懇紊憊護怔吭扯旬檔寧惟秤耕韌喝驚會釜宮露互靴鯉窩菇擎闌思戀撫薯窩腔浩板英位蹄海得俯果眼塔左剩耘仆瘓盧橇男樂賺智能充電器設(shè)計目目 錄錄第一章 緒論.11.1 引言 .11.2 蓄電池充電理論 .11.3

7、 蓄電池種類 .31.4 設(shè)計要求 .4第二章 系統(tǒng)設(shè)計思路分析.62.1 智能化的實現(xiàn) .62.2 充電方式分析 .62.3 芯片選用及介紹 .8第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計.123.1 主要器件 .123.2 原理圖及說明 .14第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計.164.1 程序流程圖 .164.2 程序設(shè)計及說明 .17結(jié)論與體會.20主要參考材料：.21附錄 1：系統(tǒng)原理圖 .22第一章第一章 緒論緒論1.11.1 引言引言中國是全球蓄電池的產(chǎn)銷大國，蓄電池已有 200 多年的歷史，是一種應(yīng)用廣泛的動力電源。具有原材料易得、價格低廉、可靠性好等優(yōu)點，目前約有 95%的市場占有率。蓄電池作為穩(wěn)定電源和主要的

8、直流電源，需求廣泛，用量巨大，與我們的社會生活息息相關(guān)。由于蓄電池維護簡單、價格低廉、供電可靠、使用壽命長，廣泛作為汽車、飛機、輪船等機動車輛或發(fā)電機組的啟動電源。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大容量蓄電池的應(yīng)用迅速增加，人們希望能快捷、安全的對蓄電池進行充電。因此，為了適應(yīng)市場需求，我們需要設(shè)計一種對于蓄電池的只能充電器。首先，目前市面上的充電器有許多的不足和缺陷，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(yán)重?fù)p害電池的壽命。而且，流行的鉛酸密封蓄電池充電器大多采用三段式充電方法，充電時間長，效率低，對電池保護差，容易發(fā)生過充電或者充電不足的現(xiàn)象。過充電，可使

9、蓄電池發(fā)熱，電解液失水；充電不足，可使蓄電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不充分，并且長期充電不足會導(dǎo)致容量下降。以上兩種情況都會降低蓄電池的使用壽命。由此可見，充電氣性能的好壞都會直接影響到蓄電池的使用效果和使用壽命。1.21.2 蓄電池充電理論蓄電池充電理論上世紀(jì) 60 年代中期，美國科學(xué)家馬斯開口對蓄電池的充電過程做了大量的試驗研究，并提出了以最低出氣率為前提的蓄電池可接受充電曲線，如圖所示。實驗表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時間，并且對電池的容量和壽命也沒有影響。原則上把這條曲線成為最佳充電曲線，如圖1.1 所示，從而奠定了智能充電方法的研究方向。 圖 1.1 最佳充電曲線由圖 1.

10、1 可以看出：初始充電電流很大，但衰減很快。主要原因是充電過程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象，在密封式蓄電池充電過程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧氣不能被及時吸收時，便堆積在正極板（正極板產(chǎn)生氧氣） ，是電池內(nèi)部壓力增大，電池溫度上升，同時縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)了所謂的極化現(xiàn)象。蓄電池是可逆的，其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下 pb+pbo2+2h2so4=2pbso4+2h2o 很顯然，充電過程和放電過程互為逆反應(yīng)。可逆過程就是熱力學(xué)的平衡過程，為保障電池能夠始終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動勢。但是實踐表明，蓄電池充電時，外加電壓

11、必須增大到一定數(shù)值才行，這個數(shù)值又因為電極材料、溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過了蓄電池的平衡電動勢值。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動勢超過熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象就是極化現(xiàn)象。一般來說，產(chǎn)生極化現(xiàn)象有 3 個方面的原因。1）歐姆極化：充電過程中，正負(fù)離子向兩極遷移，在離子遷移過程中不可避免的受到一定的阻力，成為歐姆內(nèi)阻。為了克服這個內(nèi)阻，外加電壓必須額外施加一定的電壓，以克服阻力推動離子遷移。該電壓以熱的方式轉(zhuǎn)化給環(huán)境，出現(xiàn)所謂的歐姆極化。隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過程中的高溫。 it2）濃度極化：電流流過蓄電池時為維持正常的反應(yīng)，最亮想的情況是電極表面反應(yīng)物及時得到補充，

12、生成物能及時離去。實際上，生成物和反應(yīng)物的擴散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)生變化。也就是說，從電極表面到中部溶液電解液濃度分布不均勻，這種現(xiàn)象稱為濃度極化。3）電化學(xué)極化：這種極化是由于電極上進行的電化學(xué)反應(yīng)的速度，落后于電極上電子運動的速度造成的。例如：電池的負(fù)極放電前，電極表面帶有負(fù)電荷，其附近溶液帶有正電荷，兩者處于平衡狀態(tài)。放電時，立即有電子釋放給外電路。電極表面負(fù)電荷減少，而金屬溶解的氧化反應(yīng)進行緩慢 me-eme+，不能及時補充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化。這種表面負(fù)電荷減少的狀態(tài)促進金屬中電子離開電極，金屬表面 m+轉(zhuǎn)入溶液，加速

13、me-eme+反應(yīng)進行?？傆幸粋€時刻，達到新的動態(tài)平衡。但與放電前相比，電極表面所帶負(fù)電荷數(shù)目減少了，于此對應(yīng)的電極電勢變正。也就是電化學(xué)極化電壓變高，從而嚴(yán)重阻礙了正常的充電電流。同理，電池正極放電時，電極表面所帶正電荷數(shù)目減少，電極電勢變負(fù)。這 3 種極化現(xiàn)象都是隨著充電電流的增大而嚴(yán)重。1.31.3 蓄電池種類蓄電池種類目前常用的四種化學(xué)電池是鉛酸電池(pbso4)、鋰離子電池(li+)、鎳鉻電池(nicd)和鎳氫電池(nimh)。由于環(huán)保問題和對電池的要求越來越高等綜合因素,推動了新電池技術(shù)的發(fā)展。鎳鉻電池的容量比鎳氫電池或鋰離子電池低,具有低阻抗特性,對于需要短時間大電流的應(yīng)用場合很

14、具吸引力。但鎳鉻電池如果未經(jīng)充分放電又進行充電,或者長時間處于小電流放電狀態(tài),就會產(chǎn)生枝狀晶體,引起“記憶效應(yīng)”,從而導(dǎo)致電池內(nèi)阻變大,容量變小,縮短了電池壽命。如果在充電前進行完全放電,使每節(jié)電池的電壓降到 10v 左右,就能消除引起“記憶效應(yīng)”的枝狀晶體,恢復(fù)電池的性能。鎳氫電池具有較高的容量,但其自放電率也較高,約為鎳鉻電池的二倍。在初始階段其放電率尤高(每天放掉 1%)。所以鎳氫電池不宜用于需要長時間保持電池容量的場合就充電方式而言,兩種電池非常相似,都是以恒流的方式進行充電,可采用快速、標(biāo)準(zhǔn)或者涓流的方式進行充電。它們都能以超過 2c(c為電池容量,單位為安培)的速率進行充電(但一般

15、采用 c/2 速率)。由于存在內(nèi)部損耗,充電效率一般小于 100%,所以,在采用 c/2 的速率充電時,通常需要兩個多小時才能把電池充滿。充電過程中的損耗隨著充電速率和電池的不同而不同。在恒流充電時,電池電壓會緩慢達到峰值(v/t 變?yōu)?0),鎳氫電池需在這個峰值點終止快速充電,鎳鉻電池的充電須在峰值點后當(dāng)電池電壓開始下降時(v/t 變?yōu)樨?fù))即終止快速充電,否則會導(dǎo)致電池內(nèi)壓力和溫度上升而損壞電池。當(dāng)充電速率大于 c/2 時,則要監(jiān)測電池的電壓和溫度,因為當(dāng)電池快充滿時,電池的溫度會急劇上升。對于鎳鉻電池和鎳氫電池,還可以采用比較簡便的涓流充電,這時只會造成極小的溫升,不會損壞電池,也就無需終

16、止涓流充電或者監(jiān)測電池的電壓。允許的最大涓流隨著電池類型和環(huán)境溫度的不同而不同,典型條件下 c/15 較為安全。過去幾年中,電池技術(shù)領(lǐng)域最突出的創(chuàng)新就是鋰離子電池。相對于鎳基電池而言,鋰離子電池具有更高的容量。從容量/體積比來衡量,鋰離子電池比鎳氫電池高出 10%30%,從容量/質(zhì)量比來看,鋰離子電池比鎳氫電池高出近兩倍。但鋰離子電池對于過充電和欠充電很敏感。要達到最大容量就必須充電到最高電壓,而過高的電壓和過大的充電或放電電流又會造成電池的永久性損壞。如果多次放電至過低的電壓則會造成容量損失,所以,充電和放電時都須限制其電壓和電流,以保護電池不受損壞。鋰離子電池的充電方式不同于鎳基材料的化學(xué)

17、電池,充電時需用一個電壓電流源來進行充電。為了獲得最大的充電量而又不損壞電池,須使電壓保持在 1%的精度內(nèi)?？焖俪潆婇_始時,電池的電壓比較低,充電電流即為電流極限。隨著充電的進行,電池電壓緩慢上升,最終當(dāng)每節(jié)電池達到浮空電壓 42v 時，此時即可終止充電。1.41.4 設(shè)計要求設(shè)計要求 在人們?nèi)粘９ぷ骱蜕钪校潆娖鞯氖褂迷絹碓綇V泛。從隨身聽到數(shù)碼相機，從手機到筆記本電腦，幾乎所有用到電池的電器設(shè)備都需要用到充電器。充電器為人們的外出和出差辦公提供了極大的方便。 單片機在電池充電器領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用，利用它的處理控制能力可以實現(xiàn)充電器的智能化。充電器的種類繁多，但從嚴(yán)格意義上講，只有單片機參

18、與處理和控制的充電器才能稱為智能充電器。設(shè)計要求如下：1）具有預(yù)充、快充和慢充的功能2）具有自動斷電的充電保護功能3）具有充電完成報警提示的功能第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計思路分析系統(tǒng)設(shè)計思路分析2.12.1 智能化的實現(xiàn)智能化的實現(xiàn)充電的實現(xiàn)，它包括兩部分：一是充電過程的控制；二是需要提供基本的充電電壓。在充電器電路中引入單片機的控制。它為什么需要實現(xiàn)充電器的智能化呢？ 充電器實現(xiàn)的方式不同會導(dǎo)致充電效果的不同。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(yán)重?fù)p害電池的壽命。一些低成本的充電器采用電壓比較法，為了防止過充，一般充電到 90就停止大電流快充

19、，而采用小電流涓流補充充電。手機電池的使用壽命和單次使用時間與充電過程密切相關(guān)。鋰電池是手機最為常用的一種電池，它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，價格也越來越低。鋰電池對于充電器的要求比較苛刻，需要保護電路。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?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行預(yù)充，充電器最好帶有熱保護和時間保護，為電池提供附加保護。 一部好的充電器不但能在短時間內(nèi)將電量充足，而且還可以對電池起到一定的維護作用，修復(fù)由于使用不當(dāng)造成的記憶效應(yīng)，即容量下降(電池活性衰退)現(xiàn)象。設(shè)計比較科學(xué)

20、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。專用的充電芯片具備業(yè)界公認(rèn)較好的-v 檢測，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出的電壓變化信號，比較精確地結(jié)束充電工作，通過單片機對這些芯片的控制，可以實現(xiàn)充電過程的智能化。2.22.2 充電方式分析充電方式分析 蓄電池的常規(guī)充電方式有兩種：浮充(又稱恒壓充電)和循環(huán)充電。浮充時要嚴(yán)格掌握充電電壓，如額定電壓為 12v 的蓄電池，其充電電壓應(yīng)在 13.513.8v 之間。浮充電壓過低，蓄電池會充不滿，過高則會造成過量充電。電壓的調(diào)定，應(yīng)以初期充電電流不超過 0.3c(c 為蓄電池的額定容量)為原則。循環(huán)充電，其初期充電電流也不宜超過 0.3c，充電

21、的安培小時數(shù)要略大于放電安培小時數(shù)。也可先以 0.1c 的充電速率恒流充電數(shù)小時，當(dāng)充電安培小時數(shù)達到放電安培小時數(shù)的 90時，再改用浮充電壓充電，直至充滿。以上為目前常用的鉛酸蓄電池充電方式，但這兩種方式存在著一些不足之處。在充電過程中，電池電壓逐漸增高，充電電流逐漸降低。由于恒壓充電不管電池電壓的實際狀態(tài)，充電電壓總是恒定的，充電電流剛開始比較大，然后按指數(shù)規(guī)律下降；采用快速充電可能使蓄電池過量充電，易導(dǎo)致電池?fù)p壞。對于循環(huán)充電而言，采用較小電流充電，充電效果較好。但對于大容量的蓄電池，充電時間就會拖得很長，時效低，造成諸多不便。通過對上述兩種充電方式的分析比較，綜合其優(yōu)點設(shè)計出具有快充和

22、慢充的智能型鉛酸蓄電池充電器。該充電器采用單片機控制，充電過程分為快充、慢充及涓流充三個階段，充電效果更佳。圖 2.1 所示為該充電器的充電電流、電壓曲線。 圖 2.1 充電器的充電電流、電壓曲線 從圖 2.1 可以看出：在快充階段(0t1)，充電器以恒定電流 1c 對蓄電池充電，由單片機控制快充時間，避免過量充電；在慢充階段(t1t2)，單片機輸出 pwm 控制信號，控制斬波開關(guān)通斷，以恒定電壓對蓄電池進行充電，此時充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)電池電壓上升到規(guī)定值時，結(jié)束慢充，進入涓流充階段；在涓流充階段(t2t3)，單片機輸出的 pwm 控制信號，使充電器以約i(a)、u(v)1c0.09c

23、ot(h)快 t1充慢充 t2涓流充 t30.09c 的充電電流對蓄電池充電，在這種狀態(tài)下，可長時間對蓄電池充電，從而能最大限度地延長蓄電池壽命。2.32.3 芯片選用及介紹芯片選用及介紹2.3.12.3.1 芯片選擇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(shè)計。在選擇具體的電池充電芯片時，需要參考以下標(biāo)準(zhǔn)。 1)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。 2)電池數(shù)目：可充電池的數(shù)目。3)電流值：充電電流的大小決定了充電時間。4)充電方式：是快充、慢充還是可控充電過程。本設(shè)計要求充電快速且具有優(yōu)良的電池保護能力，據(jù)此選擇 maxim

24、 公司的maxl898 作為電池充電芯片。2.3.22.3.2 max1898max1898 芯片的特點芯片的特點 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。max1898提供精確的恒流/恒壓充電，電池電壓調(diào)節(jié)精度為0.75，提高了電池性能并延長了電池使用壽命。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(無須重新上電)、可選的充電終止安全定時器和過放電電池的低電流預(yù)充。max

25、l898 的關(guān)鍵特性如下：1) 簡單、安全的線性充電方式。 2) 使用低成本的 pnp 或 pmos 調(diào)整元件。 3) 輸入電壓：4.512v。4) 內(nèi)置檢流電阻。5) 0.75電壓精度。6) 可編程充電電流。7) 輸入電源自動檢測。8) led 充電狀態(tài)指示。9) 可編程安全定時器。10) 檢流監(jiān)視輸出。11) 可選/可調(diào)節(jié)自動重啟。12) 小尺寸 umax 封裝。2.3.32.3.3 max1898max1898 芯片的充電工作原理芯片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、電壓檢測器、充電電流檢測器、定時器、溫度檢測器和主控制器。輸入電流調(diào)節(jié)器用于限制電源的

26、總輸入電流，包括系統(tǒng)負(fù)載電流與充電電流。當(dāng)檢測到輸入電流大于設(shè)定的門限電流時，通過降低充電電流從而控制輸入電流。因為系統(tǒng)工作時電源電流的變化范圍較大，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(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(yīng)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(yù)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。max189

27、8 的浮動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，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(yù)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(yīng)管，當(dāng)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(yīng)管打開的時問會越來越短。充電結(jié)束時，指示燈將會按12%的周期閃爍，max1898 的典型充電電路如下圖2.2所示電路具體說明如下：圖2.2 max1898的典型充電電路1) 輸入電壓范圍為 4.512v。鋰電池要求的充電方式是恒流恒壓

28、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(yīng)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=34.33tchg (2-1)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ifstchg，關(guān)系如下式所示：ifstchg=1400/rset 式中，rsei-的單位為q，ifstch

29、g 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，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(yù)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(yīng)管，當(dāng)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(yīng)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2.1所示。表2.1 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(yù)充或快充亮充電

30、結(jié)束滅充電出錯以1.5hz 頻率閃爍第三章第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)硬件設(shè)計3.13.1 主要器件主要器件 本設(shè)計的核心器件是 maxl898。maxl898 可對所有化學(xué)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(yīng)用電路，只需要少數(shù)外部元件。maxl898 為 10 引腳、超薄型的 max 封裝，其引腳分布如圖 3.1 所示：圖3.1 maxl898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

31、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(dāng)此引腳直接接地時，如果電池電壓掉至基準(zhǔn)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

32、個 li+電池的正極。此引腳需旁接一個大電解電容到地；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，

33、可以及時關(guān)斷充電電源。6n137 的引腳分布如圖3.2 所示：圖3.2 6n137 的引腳分布其引腳功能如下：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，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。3.23.2 原理圖及說明原理圖及說明圖3.3 單片機部分的電路原理圖圖3.3 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。74ls04反相后與單片機 int0相連，觸發(fā)外部中斷。圖

34、中，ul 為單片機 at89c52，工作在110592mhz 時鐘；u2 為蜂鳴器；led_r 為紅色發(fā)光二極管，紅燈表示電源接通；ledg 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(yīng)管，由 maxl898 提供驅(qū)動；r4為設(shè)置充電電流的電阻，阻值為2.8kq，設(shè)置最大充電電流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：1）預(yù)充在安裝好電池之后，接通輸入直流電源，當(dāng)充電器檢測到電池時將定時器復(fù)位，從而進入預(yù)充過程，在此期間充電器以快充電流的10給電池充電，使電池電壓

35、、溫度恢復(fù)到 13 正常狀態(tài)。預(yù)充時間由外接電容 cct 確定(100nf 時為45 分鐘)，如果在預(yù)充時間內(nèi)電池電壓達到2.5v，且電池溫度正常，則充電進入快充過程；如果超過預(yù)充時間后，電池電壓仍低于2.5v，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。 2）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。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

36、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510的使用時間。 4）斷電當(dāng)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 p2.0 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。5）報警當(dāng)電池

37、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(dāng)充電出錯時，maxl898 芯片本身會控制 led 綠燈以15hz 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。第四章第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計4.14.1 程序流程圖程序流程圖圖 4.1 程序流程圖4.24.2 程序設(shè)計及說明程序設(shè)計及說明#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit gate=p20

38、; sbit bp=p21; 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=-5000/256; /重設(shè)5ms 計數(shù)初值tl0=-5000256: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(rèn)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e

39、x0 =0; /關(guān)閉外部中斷0int0_count =0;t_count =0;else tr0=1; /to 開始計數(shù) /*外部中斷0 服務(wù)子程序+/ void int0()interrupt 0 using 1 if(int0_count=0) th0=-5000/256; /5ms 定時tl0=-5000256;tro=1： /啟動定時/計數(shù)器 o 計數(shù)t_count=0; /產(chǎn)生定時器0 中斷的計數(shù)器清零 into_count+; /*初始化*/ void init()ea =1; /打開 cpu 中斷 pto =1 /t0 中斷設(shè)為高優(yōu)先級 tmod=0x01; /模式1，to 為1

40、6 位定時/計數(shù)器 eto =1; /打開 to 中斷 ito =1; /外部中斷 o 設(shè)為邊沿觸發(fā) exo =l; /打開外部中斷 o gate =1; /光耦正常輸出電壓 bp =1; /關(guān)閉蜂鳴器 int0_count =o /產(chǎn)生外部中斷 o 的計數(shù)器清零 void main() /*調(diào)用初始化函數(shù)*/ init(); /*無限循環(huán)*/ while(1); 結(jié)論與體會結(jié)論與體會在本次畢業(yè)設(shè)計中，我在指導(dǎo)老師的幫助下系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了單片機、cad 以及應(yīng)用程序編制等方面的知識，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)生活工作有非常重要的影響。本次設(shè)計可以說是軟硬結(jié)合，又以硬件為主。通過本次設(shè)計使我充分體會到創(chuàng)造過程中探索的艱難和在成功時