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采用單片機和充電集成電路進行充電器的設計

作者: 時間:2014-01-16 來源:網(wǎng)絡 收藏

1 蓄電池的特點

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/226891.htm

目前常用的四種化學電池是鉛酸電池(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,推動了新電池技術的發(fā)展。

1.1 鎳鉻電池和鎳氫電池

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用場合很具吸引力。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”,從而導致電池內(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1.0V左右,就能消除引起“記憶效應”的枝狀晶體,恢復電池的性能。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、標準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(ΔV/Δt變?yōu)?),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電池電壓開始下降時(ΔV/Δt變?yōu)樨?即終止快速充電,否則會導致電池內(nèi)壓力和溫度上升而損壞電池。當充電速率大于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。

1.2 鋰離子電池

過去幾年中,電池技術領域最突出的創(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,最終當每節(jié)電池達到浮空電壓 4.2V時,此時即可終止充電。

2 總體設計

2.1 充電器芯片MAX846A

采用單片機和充電集成電路進行充電器的設計

MAX846A是一種16腳QSOP封裝的通用型充電控制芯片,可以單獨構(gòu)成鋰離子電池充電器,也可以在的控制下對鋰離子電池和鎳基電池進行充電。圖1為其QSOP封裝的管腳圖。圖中,1腳DCIN和4腳GND及15腳PGND分別為電源和地端。2腳VL端可提供3.3V,1%的電壓基準。3腳CCI和5腳CCV分別為電流和電壓調(diào)節(jié)回路補償端。7腳ISET和6腳VSET分別為充電電流和電壓回路設定端。8腳OFFV為電壓調(diào)節(jié)回路控制端,對于鎳基電池置為高電平。當VL端電壓低于3V時,9腳PWROK輸出低電平,可給MCU提供復位信號。10腳CELL2為鋰離子電池選擇端,低電平時為一節(jié),高電平時為兩節(jié)。11腳ON為充電控制端,低電平時停止充電。12腳BATT端接電池正極。13腳CS+和14腳CS-為內(nèi)部電流檢測放大器輸入端。16腳DRV為外部調(diào)節(jié)晶體管驅(qū)動端。2.2 硬件設計

充電器硬件結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。整個系統(tǒng)以MCU為核心構(gòu)成,包括電源電路、調(diào)節(jié)電路、充電與放電電路、鍵盤與顯示電路及報警電路等環(huán)節(jié)。

采用單片機和充電集成電路進行充電器的設計

MCU選用AT89C51,片內(nèi)帶4K的EEPROM,這樣就無需擴展程序存儲器,簡化了電路設計。電源回路中,220V的交流電經(jīng)變壓器降為 12V,經(jīng)過整流濾波變?yōu)?4V左右,作為MAX846A的充電電源,另外經(jīng)7805穩(wěn)壓后作為其他電路單元的工作電源。調(diào)節(jié)電路主要由A/D和D/A構(gòu)成,用于檢測電池的電壓和溫度及設置電池的浮空電壓和充電電流。充電電路以MAX846A為中心,完成



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