毕业论文 - 基于单片机的智能充电器 - 图文

北京工商大学本科生毕业论文（设计）

2.7 定化学反应状态充电法

定化学反应状态充电是近几年提出来的充电方法。采用这种方法充电，充电设备的闭环跟踪系统动态跟踪电池可接受的充电电流。这样充电电流始终与电池可接受的充电电流保持良好的匹配关系，使充电过程在最佳状态下进行，充电曲线如图2.7所示。这种充电方式具有充电效率高，充电时间短等优点。但其电路系统较为复杂，造价高，不易实现。

图 2.7 定化学状态充电法曲线图

2.8 变电流间歇/定电压充电法

变电流间歇／定电压充电法与变电压间歇充电法也是近几年提出来的充电方法。该方法目前主要用于对铅酸蓄电池进行充电。它们采用分级电流或电压对电池进行间歇式充电，以提高充电效率和速度。目前对锂电池仍然以恒流恒压的充电方法为主。充电初期一般采用小电流对电池进行预处理，防止电池过放电带来的影响；接着用大电流快速充电；在电池电压达到额定充电终止电压时，转为恒压模式确保电池充满。本文采用目前广泛充电方法分级定电流充电模式，虽然这种方法电路相对复杂，但充电时间短，效率高，因此在锂离子电池充电方案中占主导地位。

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第三章 硬件电路设计

3.1 设计思路分析

在详细的了解了锂离子电池的充电原理和查阅有关充电方案后，本文提出了两种智能充电控制的方案，并通过比较两种充电方案的优缺点选择最佳的充电方案。 3.1.1 脉宽PWM法充电

随着电子技术的发展，出现了多种PWM技术，其中包括：相电压控制PWM、脉宽PWM法、随机PWM、SPWM法、线电压控制PWM等，而在锂离子电池智能充电器中采用的脉宽PWM法。它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。脉宽PWM法的基本思想就是利用单片机具有的PWM端口和PWM控制恒压恒流源芯片配合，在不改变PWM方波周期的前提下，通过软件的方法调整单片机的PWM控制寄存器来调整PWM的占空比，从而控制充电电压和电流。本方法所要求的单片机必须具有ADC端口和PWM端口这两个必须条件。

脉宽PWM法充电具有以下优缺点。

可控制涓流大小。在PWM控制充电的过程中,单片机可实时检测ADC端口上充电电流的大小，并根据充电电流大小与设定的涓流进行比较，以决定PWM占空比的调整方向。

电池唤醒充电。单片机利用ADC端口与PWM的寄存器可以任意设定充电电流的大小，所以，对于电池电压比较低的电池，在上电后，可以采取小电流充一段时间的方式进行充电唤醒，并且在小电流的情况下可以近似认为恒流，对电池的冲击破坏也较小。

电流控制精度低。充电电流的大小的感知是通过电流采样电阻来实现的，采样电阻上的压降传到单片机的ADC输入端口，单片机读取本端口的电压就可以知道充电电流的大小。若设定采样电阻为R（单位为Ω），采样电阻的压降为V（单位为mV）， 10位ADC的参考电压为5.0V。则ADC的1 LSB对应的电压值为

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5000mV/1024≈5mV。一个5mV的数值转换成电流值就是50mA，所以软件PWM电流控制精度最大为50mA。若想增加软件PWM的电流控制精度，可以设法降低ADC的参考电压或采用10位以上ADC的单片机。

PWM采用软启动的方式。在进行大电流快速充电的过程中，充电从停止到重新启动的过程中，由于磁芯上的反电动势的存在，所以在重新充电时必须降低PWM的有效占空比,以克服由于软件调整PWM的速度比较慢而带来的无法控制充电电流的问题。

充电效率不是很高。在快速充电时，因为采用了充电软启动，再加上单片机的PWM调整速度比较慢，所以实际上停止充电或小电流慢速上升充电的时间是比较大的。

3.1.2 电源管理IC控制充电

由于充电管理IC将充电各个阶段的充电电路集成在了芯片内部，实现了功能的模块化，相比较PWM控制的分立恒压源恒流源充电电路，具有电路简单易实现的优点，并且提高了充电效率，降低了软件编程算法难度和设计成本，缺点是无法实现USB模式的智能充电。但是通过比较两种方法的优缺点，本文选择方案二作为智能充电器的设计的最终方案。

本文设计中采用锂离子电池充电IC是MAX1898（图3.1）。MAX1898和外部晶体管PNP或PMOS组成一个锂离子充电器，可精确地恒流/恒压充电，电池电压精度可达±0.75%。MAX1898有两种型号，MAX1898EUB42应用于4.2V的锂离子电池，类似的MAX1898EUB41用于4.1V的锂离子电池。MAX1898具有以下功能：

（1）电压精度达±0.75% （2）充电电流可控 （3）带自动输入电源监视器 （4）内部检流电阻 （5）LED充电状态指示器 （6）可控的安全充电时间 （7）电流大小监视输出

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（8）可选择的自动重启

图 3.1 MAX1898

MAX1898充电过程如下： 1. 预充

在安装好电池后，接通电源，当充电器检测到电池时将定时器复位，从而进入

预充过程，在此期间充电器以快充电流的10%给电池充电，使电压、温度恢复到正常状态。预充电时间由外接电容C9确定，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，由单片机发出故障指令，LED指示灯闪烁。

2. 快充

快充就是以恒定电流对电池充电，恒流充电时，电池的电压缓慢上升，一旦电

池电压达到所设定的终止电压时，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程。

3. 满充

在满充过程中，充电电流逐渐递减，直到充电速率降到设置值以下，或满充超

时时，转入顶端截止充电。顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池 补充能量。由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满充和顶端截至充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其它串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响。一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池5%～10%的使用时间。

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