基于单片机的智能充电器

智能充电器设计

摘 要 本文设计的充电器主要是面向手机锂电池进行充电的智能充电器。

所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式，并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压、电流和温度过高的一种智能化充电器。在设计上我们选择了简洁、高效的硬件，设计稳定可靠的软件，详细介绍了系统的硬件组成，包括单片机电路、充电控制电路、电压转换及光耦隔离电路，并对本充电器的核心器件—MAX1898充电芯片进行了较详细的介绍。阐述了系统的软件设计，以C语言为开发工具，进行了详细设计和编码。总体目标是实现系统的可靠性、稳定性、安全性和经济性。

关键词：充电器、单片机、6N137、MAX1898

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目录

第一章 课题的意义 ........................................................................................ 1 1.1 单片机实现充电器功能的意义 ............................................................. 1 第二章 设计思路分析 .................................................................................... 1 2.1设计的功能模块 .................................................................................... 1 2.2电池充电芯片的选择 ............................................................................. 2 2.2.1如何选择电池充电芯片................................................................. 2 2.2.2芯片MAX1898的特点 ................................................................. 2 2.2.3 MAXl 898的充电工作原理........................................................... 3 第三章 硬件电路设计 .................................................................................... 4 3.1 主要器件............................................................................................... 4 3.2电路原理图及说明................................................................................. 6 第四章 软件设计 .......................................................................................... 10 4.1程序流程 ............................................................................................. 10 4.2 程序说明..............................................................................................11 总 结 ............................................................................................................ 13 参考文献......................................................................................................... 14

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第一章 课题的意义

1.1 单片机实现充电器功能的意义

由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。

手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。

因而这就要求设计出比较科学的充电器，较好的方法是采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方式。专用的充电芯片具有业界公认较好的-△v检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化。而充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。

第二章 设计思路分析

2.1设计的功能模块

·单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、充电完成报警提示等。

·充电过程控制模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。 ·充电电压提供模块：采用电压转换芯片将外部+1 2V电压转换为需要的+5V电压。该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块。

·C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电的状态给出有关的输出指示。

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2.2电池充电芯片的选择

2.2.1如何选择电池充电芯片

目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准。

·电池类型：不同的电池(锂电池、镍氢电池、镍镉电池等)需选择不同的充电芯片。

·电池数目：可充电池的数目。

·电流值：充电电流的大小决定了充电时间。 ·充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。

本设计要实现的是手机的单节锂离子电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，据此选择Maxim公司的MAXl898作为电池充电芯片。

2.2.2芯片MAX1898的特点

MAXl898配合外部PNP或PMOS晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。 MAXl898提供精确的恒流／恒压充电，电池电压调节精度为±0.75％，提高了电池性能并延长了电池使用寿命。充电电流可由用户设定，采用内部检流，无须外部检流电阻。MAXl898提供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电流指示。MAXl898还具有其他一些功能，包括输入关断控制、可选的充电周期重启(无须重新上电)、可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。

MAXl898的关键特性如下。 ·简单、安全的线性充电方式。 ·使用低成本的PNP或PMOS调整元件。 ·输入电压：4.5～12V。 ·内置检流电阻。 ·±0.75％电压精度。 ·可编程充电电流。 ·输入电源自动检测。 ·LED充电状态指示。

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·可编程安全定时器。 ·检流监视输出。

·可选／可调节自动重启。 ·小尺寸uMAX封装。

2.2.3 MAXl 898的充电工作原理

充电芯片MAXl898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。输入电流调节器用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流。当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流。因为系统工作时电源电流的变化范围较大，如果充电器没有输入电流检测功能，则输入电源必须能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。 MAXl898外接限流型充电电源和P沟道场效应管，可以对单节锂电池进行安全有效的快充，其最大特点是：在不使用电感的情况下，仍能做到很低的功率耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时问的限制可为锂电池提供二次保护。MAX1898的浮动方式能够使电池容量充至最大。

当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程；充电结束的条件是平均的脉冲充电电流达到快充电流的1％，或时间超出片上预置的充电时间。MAXl898能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后打开外接的P型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P型场效应管打

开的时问会越来越短。充电结束时，指示 图1 MAX1898的典型充电电路 灯将会按12%的周期闪烁，MAX1898的典型充电电路如右图1所示电路具体说明如下。

(1)输入电压范围为4.5～12v。锂电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般可采用直流电源外加变压器。

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