鋰離子電池智能充電器硬件的設(shè)計

1、鋰離子電池智能充電器硬件的設(shè)計鋰離子電池具有較高的能量分量和能量體積比，無記憶效應(yīng)，可重復(fù)充電次數(shù)多，用法壽命長，價格也越來越低。一個良好的充電器可使電池具有較長的壽命。利用c8051f310設(shè)計的智能充電器，具有較高的測量精度，可很好的控制充電的大小，適時的調(diào)節(jié)，并可按照充電的狀態(tài)推斷充電的時光，準(zhǔn)時終止充電，以避開電池的過充。本文研究用法c8051f310器件設(shè)計鋰離子電池充電器的。利用脈寬調(diào)制產(chǎn)生可用軟件控制的充電電源，以適應(yīng)不同階段的充電電流的要求。溫度對電池溫度舉行監(jiān)測，并通過ad轉(zhuǎn)換和相關(guān)計算檢測電池充電和電流，以推斷電池到達(dá)哪個階段。使電池具有更長的用法壽命，更有效的充電辦法。設(shè)

2、計過程1 充電原理電池的特性唯一地打算其平安性能和充電的效率。電池的最佳充電辦法是由電池的化學(xué)成分打算的（鋰離子、鎳氫、鎳鎘還是sla電池等）。盡管如此，大多數(shù)充電計劃都包含下面的三個階段： 低電流調(diào)整階段 恒流階段 恒壓階段/充電終止全部電池都是通過向自身傳輸電能的辦法舉行充電的，一節(jié)電池的最大充電電流取決于電池的額定容量（c）例如，一節(jié)容量為1000mah的電池在充電電流為1000ma時，可以充電1c(電池容量的1倍)也可以用1/50c(20ma)或更低的電流給電池充電。盡管如此，這只是一個一般的低電流充電方式，不適用于要求短充電時光的迅速充電計劃。現(xiàn)在用法的大多數(shù)充電器在給電池充電時都是

3、既用法低電流充電方式又用法額定充電電流的辦法，即容積充電，低充電電流通常用法在充電的初始階段。在這一階段，需要將會導(dǎo)致充電過程終止的芯片初期的自熱效應(yīng)減小到最低程度，容積充電通常用在充電的中級階段，電池的大部分能量都是在這一階段存儲的。在電池充電的最后階段，通常充電時光的絕大部分都是消耗在這一階段，可以通過監(jiān)測電流、電壓或兩者的值來打算何時結(jié)束充電。同樣，結(jié)束計劃依靠于電池的化學(xué)特性，例如：大多數(shù)鋰離子電池充電器都是將電池電壓保持在恒定值，同時檢測最低電流。鎳鎘、nicd電池用電壓或溫度的變幻率來打算充電的結(jié)束時光。圖1 鋰離子電池充電模塊圖充電時部分電能被轉(zhuǎn)換成熱能，直至電池彌漫。而彌漫后，

4、全部的電能將所有被轉(zhuǎn)換成熱能。假如此時不終止充電，電池就會被損壞或燒毀。迅速充電器電池（徹低彌漫的時光小于兩小時的充電器）則可以解決這個問題，由于這些充電器是用法高充電電流來縮短充電時光的。因此，對于鋰離子電池來說,監(jiān)測它的溫度是至關(guān)重要的，由于電池在過充電時會發(fā)生爆裂，在全部的充電階段都應(yīng)當(dāng)隨時監(jiān)測溫度的變幻，并且在溫度超過最大設(shè)定值時立刻停止充電。2 總體設(shè)計充電由三部分：控制部分，檢測部分及充電部分組成。1所示，采納f310單片機舉行充電控制，單片機本身具有脈寬調(diào)制pwm型開關(guān)所需的所有功能，具有10位a/d轉(zhuǎn)換器。利用單片機a/d端口，構(gòu)成電池電壓，電流，溫度檢測電路。單片機通過電壓反

5、饋和電流反饋信號，挺直利用pwm輸出將數(shù)字電壓信號并轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號，能夠保證控制精度。3 控制部分電路設(shè)計c8051f310單片機模擬外設(shè)a.10位：轉(zhuǎn)換速度可達(dá)200ks/s,可多達(dá)21或17個外部單端或差分輸入，vref可在外部引腳或vdd中挑選，內(nèi)置（3），外部轉(zhuǎn)換啟動輸入；b.兩個模擬：可編程回差電壓和響應(yīng)時光，可配置為中斷或復(fù)位源，小電流（0.5a）。供電電壓a.典型工作電流：5ma、25mhz；b.典型停機電流：0.1a；c.溫度范圍：-40+85。高速8051微控制器內(nèi)核a.流水線命令結(jié)構(gòu)：70%的命令的執(zhí)行時光為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期；b.速度可達(dá)25mi/s（時鐘頻率為2

6、5mhz時）；c.擴展的中斷系統(tǒng)。數(shù)字外設(shè)a.29/25個端口i/o：全部的口線均耐5v電壓；b.4個通用16位計數(shù)器/定時器；c.16位可編程計數(shù)器/定時器陣列（pca），有5個捕獲/比較模塊；d.用法pca或定時器和外部時鐘源的實時時鐘方式?？刂齐娐分?所示，p0.3口提供充電電源，p0.6口檢測充電電壓的大小，p0.5口檢測充電電流的大小，p0.4口檢測電池的溫度。充電電流由單片機脈寬調(diào)制pwm產(chǎn)生，充電電流由ad轉(zhuǎn)換再經(jīng)過計算得出。4 充電部分及檢測部分電路設(shè)計圖2 控制電路接線圖圖3 充電電路與檢測圖3為充電電路與檢測電路圖。充電過程曲線圖4 鋰電池充電曲線4所示，充電過程由預(yù)充狀態(tài)

7、，恒流充電狀態(tài)和恒壓充電狀態(tài)組成。迅速轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)漸弱終止充電器的最經(jīng)濟的辦法就是用一個迅速轉(zhuǎn)換器。迅速轉(zhuǎn)換器是用一個和/或一個（需要隔離的時候用變壓器）作為能量存儲單元以離散的能量包的形式將能量從輸入傳輸至輸出的開關(guān)調(diào)整器反饋電路，通過晶體管來調(diào)整能量的傳輸，同時也作為過濾開關(guān)，以確保電壓或電流在負(fù)載時保持恒定。a 開關(guān)閉合 b 開關(guān)打開圖5 迅速轉(zhuǎn)換器操作迅速調(diào)整器的操作是通過控制一個晶體管開關(guān)的占空比來實現(xiàn)的。占空比會自動增強以使電池流入更多的電流。當(dāng)vbattvref時，一個比較器會將開關(guān)閉合(參見圖5a),電流流入電池和c,這個電流同時也存儲在電感l(wèi)中。vbatt持續(xù)上升，直到超過vr

8、ef，調(diào)整此時比較器將開關(guān)斷開(參見圖5b),存儲在電感中的電流快速下降直到偏置，使得電感電流以減速度流入電池，電容c在電感電流衰減后開頭放電。并且最后vbatt開頭下降，當(dāng)vbatt低于vref時,比較器再次將開關(guān)閉合并開頭另一次循環(huán)。在較大的范圍內(nèi)假如減小占空縮短閉合的時光，平均電壓就會下降，反之亦然。因此可以通過控制占空比的辦法調(diào)整電壓或電流至所需要的值。電感確實定電感對溝通電是有妨礙作用的。在溝通電頻率一定的狀況下，電感量越大，對溝通電的妨礙能力越強，電感量越小，其妨礙能力越小。另外，在電感量一定的狀況下，溝通電的頻率越高，電感對溝通電的妨礙能力越大，頻率越低，電感對溝通電的妨礙能力越

9、小。也就是說，電感有阻擋溝通電通過的特性。其工作原理是這樣的：當(dāng)負(fù)載兩端的電壓要降低時，通過的開關(guān)作用，外部電源對電感舉行充電并達(dá)到所需的額定電壓。當(dāng)負(fù)載兩端地電壓上升時，通過mosfet場效應(yīng)管的開關(guān)作用，外部電源供電斷開，電感釋放出剛才充入的能量，這時電感就變成了電源繼續(xù)對負(fù)載供電。隨著電感上存儲的能量地消耗。負(fù)載兩端的電壓開頭逐漸降低，外部電源通過mosfet場效應(yīng)管的開關(guān)作用又要充電。依次類推在不斷的充電和放電的過程中形成了一種穩(wěn)定的電壓，永久使負(fù)載兩端地電壓不會上升也不會降低，這就是的最大優(yōu)勢。要確定迅速轉(zhuǎn)換器中電感的大小首先應(yīng)假定晶體管的占空比為50%，由于此時的轉(zhuǎn)換器操作操作效率最高。占空比由方程式1給出：（其中t是pwm的周期在程序示例中t=10.5s）占空比=ton/t （1）至此就可以挑選一個pwm的轉(zhuǎn)換頻率（如方程式2所示）pwm的轉(zhuǎn)換頻率越大，則電感的值越小，也越節(jié)省成本。我的示例代碼配置f310的8位硬件pwm是用法內(nèi)部24.5mhz主時鐘的256分頻來產(chǎn)生一個95.7khz的轉(zhuǎn)換速率。l=（vi-vsat-voton）/2iomax （2）現(xiàn)在我們可以計算電感的大小了，假