基于單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)

0 引言

電子技術(shù)的快速發(fā)展使得各種各樣的電子產(chǎn)品都朝著便攜式和小型輕量化的方向發(fā)展，也使得更多的電氣化產(chǎn)品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們的各自特點(diǎn)決定了它們將在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)共存發(fā)展。由于不同類型電池的充電特性不同，通常對(duì)不同類型，甚至不同電壓、容量等級(jí)的電池使用不同的充電器，但這在實(shí)際使用中有諸多不便。

本文介紹一種基于單片機(jī)的智能充電器的設(shè)計(jì)方法。該充電器可以實(shí)時(shí)采集電池的電壓和電流，并對(duì)充電過程進(jìn)行智能控制。它可以自動(dòng)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。系統(tǒng)中的管理電路還具有保護(hù)功能，可防止電池的過充和過放對(duì)電池造成。

1 智能充電器的硬件設(shè)計(jì)

該智能充電器采用的是分布式控制方法，它由充電電路、充放電控制電路、顯示和接口電路組成，圖1所示是其電路組成框圖。

1.1 充電電路的設(shè)計(jì)

電池充電有恒壓、恒流兩種充電方式，事實(shí)上，恒壓、恒流源電路也是充電電路的主要組成部分。由于各種電池對(duì)充電電壓和充電電流的要求不同，因此，實(shí)現(xiàn)智能充電必須根據(jù)各種電池的自身要求來調(diào)整充電電壓和充電電流的大小。這里選擇bq2054集成電路作為恒壓、恒流源模塊來對(duì)電池進(jìn)行充電。為了保證電池的安全，當(dāng)電池電壓和溫度超過設(shè)定的極限值時(shí)，bq2054將禁止對(duì)電池進(jìn)行充電。而當(dāng)電池電壓小于低電壓閥值時(shí)，bq2054將用恒流方式進(jìn)行充電。

圖2所示是該智能充電器的恒壓恒流電路原理圖。圖2中的GB+、GB-分別連接充電電池的正極和負(fù)極，以為充電電池提供充電電流的通道。數(shù)字電位器MAX5434通過串行數(shù)據(jù)總線和控制電路進(jìn)行通信，以確定電位器的阻值，并改變電池電壓分配網(wǎng)絡(luò)的比值，從而改變bq2054中BAT腳的輸入電壓，以便bq2054根據(jù)BAT腳電壓的大小來改變對(duì)電池的充電電壓，最終達(dá)到對(duì)電池進(jìn)行恒流、恒壓充電的目的。

1.2 自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

圖3所示是該充電器的充放電控制電路。圖中，將PWMCTL連接到bq2054的MOD輸出腳，便可用MOD輸出的脈沖信號(hào)控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)閉，從而改變充電電流的大小。24 V電源是充電電路的外部輸入電源，可用來提供充電電流。GB+連接到充電電路的電池正極，其電壓就是充電電池的電壓，當(dāng)電池電壓沒有達(dá)到設(shè)定電壓時(shí)，充電電路將以恒流方式對(duì)其進(jìn)行充電。當(dāng)電池電壓達(dá)到設(shè)定充電電壓后，充電電壓保持恒定不變，而充電電流逐漸減少，進(jìn)入相應(yīng)的恒壓充電階段。