摘要
随着便携式电子设备的普及和充电电池的广泛应用，充电器的使用也越来越广泛，但其性能却跟不上电池的发展要求，其电路设计存在较大的缺陷。针对目前市售充电器的技术缺陷，本文应市场需求设计了一款智能镍氢电池充电器。本智能充电器具有检测镍氢电池的状态；自动切换电路组态以满足充电电池的充电需要；充电器短路保护功能；以恒压充电方式进入维护充电模式；充电状态显示的功能。本文充分考虑了国内外的设计方案，在设计中针对市场需求，在功能上进行了适当调整，以满足用户对高性价比的需要。功能适用、价格低廉、电路简化是本设计的重点。
关键词：维护充电、充电电池、智能充电
Abstract
Along with the prevalence of the portable devices and cells used widely, chargers are implicated in more fields than before. But the performance of the chargers is far too behind the requirement of the developing cells. With the demerit of the available chargers, this paper designs an intelligent Ni-Mn cells charger. The features of the intelligent charger are depicted as follows, detecting the state of the recharge cells, automatically switching the module of the circuit to meet the demand of the cells, short protection for the charger, maintenance charge module with constant voltage and current, state showing. This paper considers designations from home and abroad fully and adjusts a few functions of the circuit to satisfy the user requirement of high performance-price ratio. The focus of this designation in this paper is proper function, low-cost, and simplified circuit.
KeyWords:maintenance charge module、Rechargeable batteries、
intelligent charge
目录
1 绪论 (1)
1.1概述 (1)
1.1.1 充电器的设计背景 (1)
1.1.2 常见充电电池特性及其充电方式 (2)
1.1.3 市场需求情况及发展趋势 (3)
2 镍氢电池特性 (5)
2.1镍氢电池化学特性 (5)
2.2镍氢电池重要参数 (6)
2.3镍氢\镉电池的充放电特性 (6)
2.4镍氢电池的充电状态 (7)
3 设计方案分析 (8)
3.1最普通的充电器电路 (8)
3.2多功能充电器 (9)
3.3智能充电器典型电路 (10)
3.4本设计采用的充电器设计方案 (10)
4 硬件电路设计 (12)
4.1系统功能模块分析 (12)
4.2充电器工作原理 (13)
4.3硬件电路实现 (13)
5 硬件电路参数分析 (18)
5.1 智能充电器硬件参数分析 (18)
5.1.1 市电输入保护电路 (18)
5.1.2 电压变送电路 (19)
5.1.3 电流输出控制电路 (21)
5.1.4 电压检测电路 (24)
5.1.5 过流保护和显示电路 (25)
总结 (26)
谢辞
参考文献
附录1充电器电路全图
附表2元器件的数量、规格、封装
1 绪论
1.1 概述
1.1.1 充电器的设计背景
如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。
以前，老式的充电器具有先天的技术设计缺陷，在电池充足电量后不能自动切断直流充电通路；不能根据电池所处的状态自动切换充电器的工作方式；不能有效保护电池和充电器自身；充电效率低下，充电时间太长。正是由于这些设计上的缺陷使得在充电时没有保护电池的功能而损坏电池，使电池寿命严重缩短。这也是过去广大用户普遍反应的问题。市售充电器电路如图1-1所示。
R
图1-1 市售充电器电路图
该电路由一个大容量的电解电容和四个整流二极管组成桥式整流电路，当然前置电路还有一个起电磁耦合作用的变压器，是典型的全波整流电路。四个二极管中只有两个在电压信号的正半周期导通而在负半周期另外两个导通。整流电路的四个二极管就以此循环导通方式工作将交流电转化为直流电。电解电容的作用是为了滤波，使输出波形平滑。这是目前市售充电器广泛采用的电路。
但是这种充电器对充电电池没有保护能力，难以控制充电电压，极易损坏电池。行业内根据经验对充电器的输出电压做了一些调整。例如，对镍氢电池（充电终止电压为
1.5V）充电的充电器的输出电压不是1.5V而是
2.17～2.53V。这样一来，当镍氢电池接
上充电器时输出电压就可以被拉下至1.4V左右。目前诸如此类解决方案被广泛采用，应
用于各种充电器的设计中。采用此类设计方案的充电器市售价格在￥10.00左右。但这并
没有解决充电电路本身固有的缺陷。对于过充或欠充电的问题，业界的做法是在充电器
的外包装盒上附有一张电池容量—充电时间参考表，如表1-1所示。
表1-1 电池容量-充电时间对照表
本文设计的充电器是针对目前市售充电器的设计缺陷而提出的一种解决方案。按照
智能化的要求，充电器能够根据镍氢电池的状态自动切换工作方式。
1.1.2 常见充电电池特性及其充电方式
目前，市场上的充电器可分为两类：一类是对普通的镍镉、镍氢电池充电的通用充
电器。这类充电器的缺点是用户必须按照说明书的要求控制充电的时间，否则可能对电
池过充或者欠充。不但使用不便而且对充电电池本身有极大的损害，还会缩短电池的使
用寿命；另一类是对手机专用锂离子电池充电的专用充电器。这类充电器与锂离子电池
一起工作，具有充满电后自动停止充电，温度检测的功能，但是这种充电器一般比较昂
贵且通用性不强。为此，本设计力图能制成一款使用方便，价格低廉的通用微型充电器。
电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同，其充电的方式也不大一样。
电池的安全充电现代的快速充电器( 即电池可以在小于3 个小时的时间里充满电，通常是一个小时) 需要能够对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量，在充满电的同时避免由于过充电造成的损坏。
充电方法SLA 电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流； NiCd 电池和NiMH 电池的充电方法为恒定电流法，且具有几个不同的停止充电的判断方法。
最大充电电流最大充电电流与电池容量(C) 有关。最大充电电流往往以电池容量的数值来表示。例如，电池的容量为750 mAh，充电电流为750 mA，则充电电流为1C (1 倍的电池容量)。若涓流充电时电流为C/40，则充电电流即为电池容量除以40。
过热电池充电是将电能传输到电池的过程。能量以化学反应的方式保存了下来。但不是所有的电能都转化为了电池中的化学能。一些电能转化成了热能，对电池起了加热的作用。当电池充满后，若继续充电，则所有的电能都将转化为电池的热能。在快速充电时这将使电池快速升温，若不及时停止充电就会造成电池的损坏。因此，在设计电池充电器
时，对温度进行监控并及时停止充电是非常重要的。
现代消费类电器主要使用如下四种电池：
? 密封铅酸电池 (SLA)
? 镍镉电池 (NiCd)
? 镍氢电池(NiMH)
? 锂电池(Li-Ion)
在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。
密封铅酸电池(SLA) 密封铅酸电池主要用于成本比空间和重量更重要的场合，如UPS 和报警系统的备份电池。SLA 电池以恒定电压进行充电，辅以电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。只要电池单元电压不超过生产商的规定( 典型值为2.2V)， SLA 电池可以无限制地充电。
镍镉电池(NiCd) NiCd 电池目前使用得很普遍。它的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。典型的NiCd 电池可以充电1000 次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V 就必须停机。NiCd 电池以恒定电流的方式进行充电。
镍氢电池(NiMH)在轻重量的手持设备中如手机、手持摄象机，等等镍氢电池是使用最广的。这种电池的容量比NiCd 的大。由于过充电会造成NiMH 电池的失效，在充电过程中进行精确地测量以在合适的时间停止是非常重要的。和NiCd 电池一样，极性反转时电池也会损坏。NiMH 电池的自放电率大概为20%/ 月。和NiCd 电池一样，NiMH 电池也为恒定电流充电。
锂电池 (Li-Ion)和本文中所述的其他电池相比，锂电池具有最高的能量/ 重量比和能量/ 体积比。锂电池以恒定电压进行充电，同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。
1.1.3 市场需求情况及发展趋势
随着现代电子技术的发展，微型电子产品的广泛应用,特别是MP3，数码相机，手机，CD播放器的普及为电池的大量使用提供了广阔的市场前景。电池的广泛使用为各种便携式设备的普及提供了强有力的推动作用。不可充电电池，（特别是含有重金属汞的电池），由于对环境的污染而遭到普遍的批评，各电池生产厂商把业务的重点转移到可充电电池上,随着技术的日趋成熟，可充电电池正以迅雷不及掩耳之势取代了不可充电电池的市场。可充电电池不但可以满足对耗电量大的设备提供持续的电力供应而且可以减少环境污染。现代可充电电池有镍镉(Ni-Cd)电池,镍氢(Ni-Mn)电池，要强调说明的是由于重金
属镉的污染问题和记忆效应等缺点，镍镉电池已不再生产、使用，虽然市面上仍有销售。因此，本文设计的充电器是针对镍氢电池。
充电电池的普及对充电器的技术要求越来越高。市售充电器价格一般在几元到几十元之间，充电时间长，充电电流小，没有保护能力。这些设计缺陷对充电电池有极大的危害，会缩短电池的使用寿命。设计充电器的原则是以适用满足需求为前提，尽量采用常用的电子元器件，避免使用昂贵的集成电路芯片，即便于制作同时又降低成本。
充电器的技术设计要求：可对2节镍氢电池充电；具有过流、过压保护功能；充电方式根据电池状态自动切换；具有短路保护功能；具有状态显示功能。
智能充电器的发展现状是充电器普遍采用智能型芯片外加辅助电路构成，成本比较高，最终导致售价居高不下，这就是设计粗糙的市售充电器仍占据广大市场的缘故。智能充电器能够根据电池充电状态的三个阶段自动切换工作方式，这样不仅可以保护电池，延长电池循环寿命，而且可以提高充电效率，缩短充电时间。
2 镍氢电池特性
本章简要介绍镍氢电池的化学特性，解释电池的几个重要参数，分析其充电的状态转换过程。这些数据可以为充电器电路的设计提供参考。
2.1 镍氢电池化学特性
由于镍氢电池容量大，可多次循环使用，无记忆效应而得到广泛应用，是市场的主流产品，因此，本设计主要针对镍氢电池。
镍氢电池与同体积的镍镉电池相比，容量增加了一倍，充放电循环寿命长，无记忆效应。正常充电状态下的镍氢电池正极的活性物质为NiOOH(放电时)和Ni(OH)
2
(充电时)，
负极的活性物质是H
2（放电时）和H
2
O(充电时)。电解液采用30%的KOH溶液。充放电时
的电化学化应如下式所示。
正极：
Ni(OH)
2+OH￣?e=NiOOH+H
2
O (2-1)
负极：
H
2O+e=1/2H
2
+OH￣(2-2)
总反应：
Ni(OH)
2=NiOOH+1/2H
2
(2-3)
由电极反应方程式2-1～2-3可以看出：充电时，负极析出氢气，存储在容器中，正
极由氢氧化亚镍（Ni(OH)
2）转化成氢氧化镍（NiOOH）和水（H
2
O）。放电时，氢气在负极
上被消耗掉，正极由氢氧化镍（NiOOH）转化成氢氧化亚镍（Ni(OH)
2
）。过量充电时的电化学反应如下式所示。
正极：
2OH￣?2e=1/2O
2+ H
2
O (2-4)
负极：
2H
2O+2e= H
2
+2OH￣ (2-5)
总反应：
H
2O= H
2
+1/2O
2
(2-6)
再化合：
H 2+1/2O
2
= H
2
O (2-7)
从反应方程式2-4～2-7不难得出：电池过量充电时，正极板析出氧气，负极板析出氢气。由于有催化济的氢电极表面面积大，加之氧气容易扩散到氢电极表面，因此，氢气和氧气在电池内部很容易再化合生成水，使容器的内部压力保持不变，这种再化合的
速率很快，可使电池内部的氧气浓度不超过千分之几。
镍氢电池可以做成密封型结构，电解液多采用氢氧化钾水溶液，并加入少量的氢氧化锂。隔膜采用多孔维尼纶无纺布或尼龙无纺布等。
2.2 镍氢电池重要参数
充电终止电压：电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，电压也不会上升，此时的充电电压叫做充电终止电压。镍氢电池的充电终止电压为1.25V 或1.5V。
放电终止电压：电池放电时所能允许的最低电压。如果电池电压低于放电终止电压时继续放电，电池电压迅速下降，形成深度放电，则再进行充电时，电池极板上的活性物质就不易再恢复，严重影响电池的寿命。镍氢电池的放电终止电压为1V。
工作温度：指充电电池在正常充放电状态下的温度，一般为-20°C～55°C。
电压容限：电压容限即市电电压容忍限度，这个参数表明充电器电路对市电电压波动的容忍能力，也就是说它抗击市电电压不稳定的能力。
2.3 镍氢\镉电池的充放电特性
镍氢\镉电池的充放电特性如图2-1所示。
2．
1．
电 1．
压 1．
（v） 1．
1．
0．8
020 40 60 80 100 120
容量（%）
图2-1 电池特性曲线
从电池的特性曲线分析得出：充电的全过程可以分为三个阶段，在电池电压低于约0.9V时，特性曲线较陡，电压上升较快。这是由于电池内部基本没有存贮电量，活性化学物质会大面积的快速激活，电压也随之快速上升。当电池电压达到1.5V左右后，此时，电池内部的电量基本恢复，活性物质绝大部分已激活，正在大量吸附电荷，电压上升较慢，持续时间也长，直到进入下一个价段。最后一个阶段电池进入饱和状态，这时再充电电池电压也不会明显上升，电量也不会增多，活性物质所能容纳的电荷量已经达到极限。这时应该停止充电，否则过充只会损毁电池电极。
2.4 镍氢电池的充电状态
通过分析镍氢电池的充放电特性曲线将充电状态（阶段）分为三个，以利于充电器功能的规化。
(1) 预充电区
根据镍氢电池的充放电特性曲线，需要给充电的电池维持一个小电流（大约为正常充电电流的1/10），这时电池电压快速提升至标称电压的60%左右，持续时间短。当单节电池电压上升到0.6～1.0V，充电进入下一个阶段。
(2) 快速充电区
这一阶段可以达到正常的充电电流，即市售镍氢电池所标称的1300mA。电池电压缓慢从预充电电压上升到标称电压。这一阶段持续时间较长，是充电的主要阶段。
(3) 维持充电区
当电池电压达到标称电压时，电池进入充电饱和状态。充电电流降至正常充电电流的1/50左右。电压维持在标称状态。这一阶段可以以涓流充电方式，也可以以恒压限压方式充电。
智能充电器的充电电路能够自动跟踪上文所述的充电电池的状态并根据电池所处的状态自动切换电路的工作方式，在保证电池安全充电的前提下，提高充电的效率，节省充电时间。将镍氢电池的充电特性曲线划分为三个不同的阶段（状态）是本文设计方案规划的依据。
3 智能充电器设计方案分析
本章分析几个国内外比较典型的充电器电路，他们的设计思想值得本设计借鉴。本设计是在这些电路的基础上进行结构上的调整和功能上的完善。在上一章中，本文论述了镍氢电池在充电过程中的状态变化，指出智能充电器要根据充电电池所处的状态确定合适的充电方式。接下来，将分析这几款电路是否具有智能充电器具有的这个最基本的功能。
3.1 最普通的充电器电路
充电器电路如图3-1所示。
V A VB
图3-1 ZSMCU的一款充电器电路
这个镍镉电池自动充电器，具有状态指示功能。充电时，发光二极管发绿光。充满后，保护电路动作，发光二极管发红光，指示电池已充满。当电池充满后，保护电路自动切断充电电流，从而防止过充电。故该充电器可对普通锌锰电池进行充电。
电容C1、二极管VD1－VD4构成降压（限流）、整流电路。由于电容的内阻很大，则输出近似为恒流，经二极管VD5－VD7给电池充电，并在VD5－VD7上产生约2.1V的电压降使发光二极管发光（绿色），作为充电指示。三极管VT和电位器RP组成自动保护电路。当电池充满后，VT饱和导通，自动切断充电电流。同时A点电位下降至0.5V左右，这时，VB＞VA，使红色发光二极管发光，表示充电结束。
从上面的分析可能得出：该电路具有良好的充电状态指示和充满电量后自动切断充电电路的功能。可以满足本文所要求的进入第三阶段的能力（在下一章论述），电路结构也比较简单，但是电路的充电效率较低，因为在电池可以接受恒流大电流充电时，电路
却仍然以小电流在工作，这是该电路的一个弱点。此外，充电电压易受市电电压波动的影响。
3.2 多功能充电器
多功能充电器电路3-2所示。
图3-2 多功能充电器电路
图3-2所示的充电电路可同时对1到4节镍氢电池分别充电，采取智能充电方式，充满电量后自动停止。充电前先调节R4，使三端可调稳压管LM317的输出电压为预定值Vo，预定值Vo由所充电的电池电压决定，即：Vo=Ve+Vbe。
充电过程中，电池电压Ve逐渐上升，Vo保持恒定不变，当电池电压Ve上升到（Vo-Vbe）时，BJT截止，充电终止。充电电流由R11～R14控制。在充电状态显示方面，BJT导通，相应的充电指示灯LED点亮。充电电流减小时，变为恒压小电流充电LED的亮度减弱，直到电池充满电，BJT截止，相应的指示灯熄灭。对于过充问题，当电池充电结束后，即使不切断电源，由于BJT近乎截止，充电电流很小，电池电压不会再升高，这样长时间充电对电池也不会有损害。为保护充电电池，电路中设置了R11～R14的限流电阻。
分析该电路，不难理解该电路较上面两个电路性能优异，在电路结构方面也比较合理，是本设计参考的重要电路。充电电压稳定，抗击市电电压波动的能力较强。仔细分析电路的结构和功能，发现它并不理想。表现在充电器电路并不能跟踪电池的状态以确定最佳的充电电流；它是一个限压充电电路（电压由LM317及其外围电路限制），即充电电压限制为一个定值，这样充电电流就由三极管T1～T4和电阻R11～R14控制。随着电池电压的上升，充电电流不是一个恒定值而是一个逐渐减小的值，对于高效来说这个设计还欠佳。
3.3 智能充电器典型电路
充电电路（MAX846A）如图3-3所示。
图3-3 智能充电器芯片典型应用电路
该充电器电路是以智能充电芯片MAX846A为基础设计的，由于MAX846A使得外围电路更简单，但是这个芯片价格较贵，对于以后充电器电路的扩展不利，同时对于充电器的应用范围扩展也不利。因此，本设计也不采用这种设计思路。
3.4 本设计采用的充电器设计方案
本设计将以上述的设计电路为参考并在分析电池充电状态变化的基础上重新设计智能充电器电路。使其具有充电高效，保护电池，状态指示，自动跟踪电池状态并切换电路的能力。在功能上进行了一定的调整以适应市场的需要。
在系统功能的规划中考虑到硬件实现的成本和可能性，所以本设计把功能适用、价格低廉、电路简化作为设计的目标。系统功能划分方框图在第四章将详细说明。充电器设计方案中采用了第一节所述电路的限压和状态显示部分（本设计的过流保护单元采用），第三节所述的限流部分的电路，并在此基础上进行了一些智能化的功能划分和电路设计（电路状态切换）。本设计最突出的思路是将软件部分也采用硬件来完成，例如电压窗口范围的检测、电流输出的控制以及限压部分的电路。
按照智能充电器设计的目标和要求，本文所述的智能充电器功能划分方框图如图3-4所示。
图3-4 充电器系统方框图
4 硬件电路设计
本文参考了如上一章中的所述的市售充电器的电路和国内外的设计方案，认为充电电池的使用寿命和电池电量在使用中不断减小的原因，除了一些制造工艺上的问题外，最值得引起注意的应是充电器问题。市售充电器的充电电路粗糙，没有给充电电池提供足够的保护，没有按照上文所述的充电电池的特性而改变充电器的工作方式。用户只能根据市售充电器说明书上的充电时间来对电池进行充电管理，这给用户带来了很大的不便。过充或欠充根本就无法区分。这些缺陷使得电池的寿命严重缩短，影响用户的正常使用。因此，本设计要克服以上缺陷，试制一款智能型镍氢电池充电器。
4.1 系统功能模块分析
充电器系统方框图如图3-4所示。在这里需要说明的是，在本设计硬件电路的实现中有些硬件电路具有两个以上的子模块功能。例如电流输出控制单元和控制单元都是窗口检测电路和非门协同工作时所具有的功能。系统功能在逻辑上的划分为硬件电路的实现提供参考，同时硬件电路的设计可以将系统所划分出的逻辑功能综合实现。
(1) 市电输入保护单元
市电输入保护单元的任务是保护充电系统免于市电电涌，雷击，脉冲冲击和高压的危害并在出现这些情况时能够让充电电路及时脱离市电电网，从而防止这些不利因素对充电电路的损害。实验和经验证明具有一定电流容忍度的电熔丝就可以满足这个要求，因而不必设计复杂的电路实现。
(2) 电压变送单元
电压变送单元的功能是变换市电电压（交流220V）以提供合适的电压送往电流输出控制单元转换成电流。这部分电路的要求是电压稳定性比较高，输出电压不会因负载的变化而改变的太多。
(3) 电压检测单元
检测可充电电池电压，分析电压值，决定输出电平以控制电流输出控制单元工作。这部分电路只需要一个反向器就可满足该单元的功能要求。
(4) 电流输出控制单元
控制单元的功能是控制充电电流的大小，完成状态的切换。它的输入信号是通过窗口检测电路接收并分析电压检测单元的输入电压值后并决定其输出的电平。通过这个逻辑电平来开启或关闭该单元，完成系统划分的任务。
(5) 显示单元
显示单元应当最简化，最好只用LED完成功能和状态指示。在本设计中，采用了两个LED，一个为绿色，另一个为红色。红色指示电源是否开通，而绿色则指示是处于充电状态还是已经充满电。
4.2 充电器工作原理
本智能型镍氢电池充电器能够根据镍氢电池的状态自动切换工作方式，以不同的充电电流灌注电池。从预充电状态开始经过快速充电阶段最终在充电即将结束时，维持电池电压不变或不超过限制电压，从而进入维护充电状态。到此一个完整的镍氢充电电池的充电过程结束。总的工作过程可概括为：当电池电压低于0.9V时，进行恒流小电流预充电，大小约100mA；在电池电压在0.9V～1.45V时，进行恒流大电流充电，大小约1100mA；电池电压达到1.45V～1.5V时，进入维护充电状态。此时，电路保证电池电压不会超过1.5V的限制。以上的工作方式切换由充电电路自动完成，不受人为干预。本设计为了降低成本，满足用户需要，避免使用昂贵的专用集成电路芯片（例如MAX846A、MAX712E、PS1718、PS1719等）而尽量使用价格低廉的分立元器件组成。
4.3 硬件电路实现
本设计中主要采用的分立元器件有L7805CV（三端固定稳压集成电路）、LM324N、PNP型三极管S9015、NPN型三极管S9014、电位器、二极管1N4007。所需元器件的数量、规格、封装见附表1所示。
L7805是日本三洋公司生产的三端固定稳压集成电路，广泛应用于各种电器的电源电路中。
在电路的硬件实现中，主要的电路有市电输入保护电路，稳压电路，恒流源电路，开关电路，限压电路，窗口检测电路，非门电路、过流保护电路。
(1) 市电输入保护电路
市电输入保护电路由具有一定电压容忍限度的电熔丝构成，电路如图4-1所示。它本身就具有在高压脉冲条件下（例如雷击、电网波动冲击）自动切断电路的能力，过流
图4-1 市电输入保护单元
也会使其在短时间内自动熔断，可以对充电电路起到保护的作用。因此，不需要也没有必要设计一个专门的保护电路。
(2) 稳压电路
本设计中的稳压电路采用L7805CV和一些必要的外围电路实现，典型应用电路如图4-2所示。
图4-2 L7805CV典型应用电路
外围电路主要是两个电容，并联在输入端的电容是为了防止脉冲电压进入L7805CV，并联在输出端的电容是起着频率补偿的作用以防止稳压电路发生振荡。数据手册说明L7805CV输出脚的最大输出电流约为1000mA，本设计中要求最大输出电流为恒流1100mA，因此在电路中并联了三个PNP型三极管S9015作为电流辅助通道以增大稳压电路的输出电流，电路如图4-3所示，输入端接直流电源输入。
输入
图4-3 本设计中的稳压电路
经过测试在电路正常工作时S9015发射结的开通电压为0.6V，因此电路的输出电流可以达到1100mA，而且保证电路安全稳定的工作。
(3) 恒流源电路
恒流源的实现是依赖于稳压电路的稳压能力。这很容易实现，只要电路的电压不变
则输出电流不会变。这就是恒流的原因。例如L7805CV和2、3脚之间恒压5V，当接入一个电阻后，电流恒定为5/5（5/50）安培（设定电阻阻值为5/50欧姆）。
(4) 开关电路
开关电路是由两个NPN型三极管S9013组成，电路总负载为1000mA.电路如图4-4
所示。与S9015一样，其开通电压也是0.6V，允许最大电流是500mA。由非门输出电平控制。
图4-4 开关电路
(5) 窗口检测电路
窗口检测电路由LM6762A和外围电阻构成，电路如图4-5所示。
输出输入
图4-5 窗口检测电路
窗口范围在2.33V到3.53V之间。当输入电压在此范围内，检测电路输出为低电平，反之输入电压低于2.33V或高于3.53V，检测电路的输出为高电平。电压窗口检测电路具有逻辑判断能力，这样该电路与非门电路配合工作使整个充电电路具有判断电池状态和自动切换电路的功能。
(6) 非门电路
非门电路由一个NPN型三极管S9014和电阻构成，电路如图4-6所示。
输出
输入
图4-6 非门电路
该电路实现逻辑非运算。它的作用是实现窗口检测电路与开关电路的逻辑电平匹配。
(7) 过流保护电路
过流保护电路也是由三极管S9014构成，当电池电压超过一定的值时，使三极管导通，从而通过二极管D11和三极管Q7旁路电流，限制电压。电路如图4-7所示。
输入
图4-7 过流保护电路
J2为充电器电路输出，接镍氢电池输入端，1脚为正极，2脚为负极。
(8) 电压检测电路
电压检测电路本质上就是一个反向器，电路如图4-8所示。
输出
输入
图4-8 电压检测电路
综合以上电路。首先由电压检测电路检测出处于充电状态的镍氢电池的电压，将检测的结果送入窗口检测电路。窗口检测电路通过分析输入的电压值决定输出电平。这个输出电平用于控制1000mA的电流通道的开闭，从而控制充电电路的输出电流。充电开始时，若单节镍氢电池电压低于0.9V，电流通道是关闭的，充电器电路输出电流约为100mA，这是充电器的预充电状态。直到电压越过1.0V时，开启此通道使输出电流为1100mA,这时充电器进入快速充电状态。当单节电池电压快达到约1.5V时，电流通道重新被关闭，充电器进入维护充电状态。这时，单节电池的电压被电路限制在1.5V，直到达到1.5V 时，显示单元点亮指示灯，表示充电过程结束，可取用电池了。即使不取用，继续让电池充电也不会对电池有损害，因为过流保护电路的存在，电池电压没有超过1.5V的可能并且充电器向镍氢电池的输出电流被旁路，电流不能灌入电池，从而做到真正保护电池。这样的设计，电池的温度也没有升高的可能，因为大量的报告和实验数据证明，电池温度的升高是由于电池进入饱和状态后继续充电造成的。在电池还没有完成本文所述的充电过程并且正处于充电状态中，质量合格的镍氢电池温度是不会超过70°C，这是可充电电池的正常工作温度范围。因此本文重申并认为当前没有必要设置温度检测电路（现代镍氢电池工艺保证），如果将来需要扩展，本设计留有一部分余地。
镍氢电池充电器电路图及原理分析 镍氢电池充电器原理图:由LM324组成，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进电行充电，电路附图所示.其工作原理是: 1.基准电压Vref形成 外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref= 2.5×(100+820)／820=2.80(v)，这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计(单节镍氢充电电池充满后电压约 为1.40V)。 2.大电流充电 (1)工作原理 接入电源，电源指示灯LED(VD2)点亮。装入电池(参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中)，当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。此时，VT1处于放大状态-这是因为电池电压和-VD4压降的和约为3.2V(假设开始充 电时电池电压约为2.5V)，而经VD1后的电压大约5.OV，所以，VT1的发射极－集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA时，VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流(注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1-2，IC1-4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V)。 (2)充电的指示 首先看IC1-3的工作情况：其同相端1O脚通过R13接Vref,R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+ 时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。 其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2< 《单片机原理及应用》课程设计报告书 课题名称基于单片机智能充电器的设计 姓名 学号 专业 指导教师 机电与控制工程学院 年月日 任务书 一、设计题目：基于单片机智能充电器的设计 二、设计要求：（1）在单片机的控制系，具有充电保护的功能。 （2）能够自动断电和充电完成报警提示功能。 （3）能够实现充电器的智能化控制。 （4）能够方便快捷地答道正常充电的标准。 目录 一、绪论 (1) 二、程序系统流程图 (8) 三、硬件设计 (9) 四、单片机选择 (17) 五、充电过程 (28) 六、总结 (29) 七、附录 (30) 一、绪论 1.1概述 如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。 电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。 目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。 电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流／恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。其框图如下： 前言 (4) 第一章充电器原理 (5) 1.1 蓄电池与充电技术 (5) 1.2 密封铅酸蓄电池的充电特性 (5) 1.3 充电器充电原理 (6) 1.3.1 蓄电池充电理论基础 (6) 1.3.2 充电器的工作原理 (8) 第二章总体设计方案 (10) 2.1 系统设计 (10) 2.2 方案策略 (10) 第三章硬件电路设计 (12) 3.1 电路总体设计 (12) 3.2 芯片介绍 (12) 3.2.1 LM358双运放 (12) 3.2.2 UC3842单管开关电源 (13) 3.2.3 EL817光耦合器 (14) 3.2.4 场效应管K1358 (15) 3.3 电动车充电器原理及各元件作用的概述 (16) 3.3.1 充电器原理图 (16) 图3.5 充电器原理图 (16) 3.3.2 各元器件作用概述 (16) 3.4 功能模块电路设计 (17) 3.4.1 第一路通电开始 (17) 3.4.2 第二路UC3842电路 (17) 3.4.3 第三路LM358（双运算放大器）电路 (18) 3.5 电动车充电器改进方案 (21) 3.5.1 增加充满电发声提示电路 (21) 3.5.2 加散热风扇 (22) 第四章总结与展望 (23) 致谢 (25) 电动车智能充电器设计及应用 中文摘要： 本设计介绍了充电器对蓄电池充电的一般原理，从阀控蓄电池内部氧循环的设计理念出发，研究各种充电方法对铅酸蓄电池寿命的影响。针对蓄电池充电过程中出现的种种问题，分析现有各种充电方法存在的问题，提出一种可对铅酸蓄电池实现四段式慢脉冲充电的智能充电器设计方案。控制开关电源的脉冲频率和占空比，从而调节充电电流和电压，实现对蓄电池的分级慢脉冲充电。这个方案不仅可实现快速充电，同时可以减少析气，消除硫化，进行均衡充电，从而大大地延长了铅酸蓄电池的使用寿命。 关键词：慢脉冲充电；蓄电池；充电器； Abstract: The design describes the charger to the battery charger of the general principles, from the internal oxygen cycle of valve-regulated battery design concepts starting to study a variety of charging methods for lead-acid battery life implications. For battery charging problems arising in the process, analysis of existing problems in a variety of charging methods, proposed a lead-acid batteries could achieve the Four-slow pulse charge of the intelligent charger design. Control the switching power supply pulse frequency and duty cycle, thus regulating charge current and voltage to achieve the classification of the battery charge with slow pulse. This program not only for fast charging, while reducing analysis of gas, to eliminate sulfide, a balanced charge, thus greatly extending the service life of lead-acid batteries. Key words: slow pulse charge; batteries; charger; 前言 随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。AVR 已经在竞争中领先了一步，被证明是下一代充电器的完美控制芯片。Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供Flash、EEPROM 和10 位ADC的最高效的8 位RISC 微处理器。由于程序存储器为Flash，因此可以不用象MASK ROM一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash 可以在发货之前再进行编程，或是在PCB贴装之后再通过ISP 进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D 转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB 空间，也提高了系统成本。AVR 是目前唯一的针对像“C”这样的高级语言而设计的8 位微处理器。C 代码似的设计很容易进行调整以适合当前和未来的电池，而本次智能型充电器显示程序的编写则就是用C语言写的。 第一章概述 第一节绪论 1.1.1课题背景 如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）和密封铅酸电池（SLA）四种类型。 电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。 目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。因此，智能型充电电路通常包括了恒流／恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。其框图如下： 手机充电器电路设计 摘要：通过对课程的学习设计。了解手机充电器的工作原理及设计流程，确定相关参数和电路图。 关键字：隔离变压器频率绝缘电阻绝缘强度可燃性自由跌落湿热试验工作原理工作流程 1 前言（李洋） 1 电路设计思想 从手机锂离子二次电池的恒流／恒压充电控制出发，用220V 交流电通过配置的内置储能锂电池对手机锂离子电池充电。电路的具体工作流程如图1所示。 图1 工作流程图 2 电路设计方案 充电芯片选用美信半导体公司的锂电池充电芯片，这款充电芯片具 有很强的充电控制特性，可外接限流型充电电源和P沟道场效应管，能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，且充电控制精度达0.75％；可以实现预充电；具有过压保护和温度保护功能，其浮充方式能够充至最大电池容量。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，接通电源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。所选用的充电芯片能够自动检测充电电源，在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，充电结束时，外接LED指示灯将会进行闪烁提示。 电路工作原理 内置储能电池的充电及其保护电路其中包括：LED显示、热敏电阻，电流反向保护。ADJ引脚通过10kΩ的电阻与内部1.4V的精密基准源相连接，当ADJ对地没有连接电阻时，电池充电电压阈值为缺省值：VBR ＝4.2V；当需要自行设置充电阈值时，可在ADJ引脚与GND间接一精度为1％的电阻RADJ，阻值由式(1)确定：RADJ＝10kΩ/(VBR/VBRC-1) (1) 由图3可知，充电阈值为4.1V，可得RADJ＝410k 做手机充电器电路设计，需先对其工作环境进行分析，了解其工作原理。 实 习 报 告 实习名称：测控综合大实习 实习内容：智能充电宝设计 姓名： 学号： 专业：测控技术与仪器 学期： 2013-2014 第一学期 任课教师： 实习地点：校内 实习时间： 2013.12 -2014.1 智能充电宝 摘要：现如今，大屏智能手机,平板电脑，笔记本电脑，数码相机等，功能日益多样化，使用也更加频，特别是外出旅游时又是这些终端设备的使用高峰期， 使用频繁带来的电量不够用，于是移动电源充电宝应运而生。虽然手机因品牌,型号等各有不同，但目前市场上的主要多功能性充电宝，都配置有标准的USB 输出，基本能满足目前市场常见的移动设备手机，MP3，MP4，蓝牙耳机，数码相机等数码产品。 本论文将以MSP430和充电芯片MAX1898为基础设计一款手机理电池智能充电宝。首先MAX1898对锂电池进行充电，再接入升压电路、电池保护电路，通过开关切换使终端输出不同电压，充电完成报警引脚以及充电断开控制引脚均用单片机来进行控制，并显示充电状态和充电进度。 关键字：充电宝终端报警控制 Abstract: Now, the big screen intelligent mobile phone, tablet computer, notebook computer, digital camera, functional diversification and the use is more frequency.The terminal equipment using peak when the tourist season. With the frequent use of power brought is not enough, the charging mobile being produced.Although mobile phone is different because of the brand, model , but currently mainly multifunctional charging Po, are equipped with a standard USB output on the market, can basically meet the current market common mobile equipment such as mobile phone, MP3, MP4, Bluetooth headsets, digital cameras and other digital products. This paper will design a Intelligent charging Po based on Single chip microcomputer MSP430 and charging chip MAX1898 .First MAX1898 charging the lithium battery , then access to boost circuit and battery protection circuit.Through the switch terminal output different voltage. Charging complete alarm pin and charging disconnect control pins are regulated by single-chip microcomputer ,and display the state of charge and charging schedule. Key word:charge pal terminal alarming control 目录 第一章绪论 8-bit Microcontrollers Application Note Rev. 8080A-AVR-09/07 AVR458: Charging Lithium-Ion Batteries with ATAVRBC100 Features ? Fully Functional Design for Charging Lithium-Ion Batteries ? High Accuracy Measurement with 10-bit A/D Converter ? Modular “C” Source Code ? Easily Adjustable Battery and Charge Parameters ? Serial Interface for Communication with External Master ? One-wire Interface for Communication with Battery EEPROM ? Analogue Inputs for Reading Battery ID and Temperature ? Internal Temperature Sensor for Enhanced Thermal Management ? On-chip EEPROM for Storage of Battery and Run-Time Parameters 1 Introduction This application note is based on the ATAVRBC100 Battery Charger reference design (BC100) and focuses on how to use the reference design to charge Lithium-Ion (Li-Ion) batteries. The firmware is written entirely in C language (using IAR ? Systems Embedded Workbench) and is easy to port to other AVR ? microcontrollers. This application is based on the ATtiny861 microcontroller but it is possible to migrate the design to other AVR microcontrollers, such as pin-compatible devices ATtiny261 and ATtiny461. Low pin count devices such as ATtiny25/45/85 can also be used, but with reduced functionality. 万能充电器结构设计 手机充电器开发目录 一、方案定向 二、基本规格要求书的制作 三、ID 的确认 四、结构建模 1.资料的汇总 2.构思拆件 3.外观件的绘制 4.初步拆件 5.PCB 设计指引制作 6.拆件效果图的确认 五、结构设计 ㈠主体：面底壳 1.止口线的制作 2.螺丝柱的结构 3.主扣的分布 4.与透明盖装配位置的结构设计 5.接触片的避空槽的设计 6.与胶垫或海绵垫等装配位置的结构设计 https://www.doczj.com/doc/6814830700.html,B 的固定结构 8.连接片尾部的避空口设计 9.插头安装的设计 10.散热窗,贴主标的位置,支撑凸点的设计 11.PCBA板的固定结构 ㈡透明盖 1.接触片、连接片的固定结构 2.接触片接触头的避空口设计 3.与主体装配的常用结构 4.压紧电池的装置设计 ㈢充电器夹紧力产生装置的结构设计 ㈣其他零配件的设计。 六、结构手板的制作与验证 七、结构设计优化 八、结构评审 九、开模评审 十、开模期间的项目跟进 十一、报价资料的整理 十二、试模与改模 十三、试产 十四、量产 手机充电器简介 手机充电器主要按照使用的方式进行分类。手机充电器大致可以分为座式充电器、旅行充电器和车载充电器。 * 座式充电器。这类充电器一般多为慢充模式，充电时间较长，大约为4～5 小时。 * 旅行充电器。大多数手机标准配置中只有旅行充电器。旅行充电器和座式充电器对电池充电的效果是一样的。这类充 电器携带方便，对于经常出外旅行的人来说比较合适，它一般是快速充电方式，充电时间为2～3 小时，旅行充电器基本 都具有充满自停的功能，对手机不会有任何不良影响。 * 车载充电器。这类充电器可以方便用户在汽车上为手机充电。其原理是采用汽车点烟器的电流电压12－24V，经“车 手机充电器设计报告 题目：手机充电器设计 指导老师：翟永前 专业班级：电子信心工程专业12级 组别：第六组 组长：曹广振 团队成员：王沛、索彬、赵小芳、曹广振 院系名称：通信信号学院 智能充电器的设计 【摘要】 随着手机在世界范围内的普及，手机电池充电器的使用越来越广泛。充电器种类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。 该设计利用51单片机的处理控制能力实现充电器的智能化，在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。该设计包括了六个功能模块： ·单片机模块：实现充电器的智能控制，如自动断电，充电完成报警提示。·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。·光耦模块：控制通电和断电，在电池充满电后及时关断充电电源。 ·充电电压提供模块：将一般家用交流电压经过变压器、电压转换芯片等转换为5V直流电压。 ·电压测试模块：利用AD转换把充电电池两端的电压通过数码管显示出来。·C51程序：单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化，并根据充电状态给出有关的指示。 【关键字】 单片机、电压转换、MAX1898、智能、充电器 【目录】 一、设计综述 (4) 二、基本方案 (4) 三、软硬件设计 (5) 四、软硬件仿真 (13) 五、测试 (13) 六、设计体会 (14) 一、设计综述 手机电池的使用寿命和单次使用时间预充电过程密切相关，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也比较苛刻，需要保护电路，为了有效利用电池容量，须将锂电池充点值最大电压，但是过压充电会导致电池损坏，这就要求较高的充电精度。 而大部分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，这样就使充电时间增长了。 一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对锂电池起到一定的维护作用，修复由于记忆造成的记忆效应，即电池容量下降现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号，比较精确的结束充电工作，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，以缩短充电时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。 另外，比起一般充电器，智能充电器还增加了充电电压的显示，让我们能直观的看到电池的由预充、快充、满充充电阶段，从而加强对电池的维护。 二、基本方案 （一）方案分析 该设计采用逐个功能模块分析再组合的方法来实现方案。1、单片机模块 智能的实现利用单片机控制,经过分析，单片机芯片可以选择Atmel公司的AT89C52，来控制充满电时蜂鸣器报警声，以及通过中断控制光耦器件通电和断电。 2、充电过程控制模块 目录 1课题名称 (1) 2设计主体要求及内容 (1) 3 课题分析与方案论证 (1) 方案一........................................................................................... 错误!未定义书签。 方案二 (3) 4 各局部电路设计 (4) 整流滤波电路 (4) 恒压电路 (5) 恒流电路 (5) 充电提示电路 (7) 5组装调试 (10) 6元器件的选择 (10) 7 设计总结及改进意见 (10) 本方案特点及存在的问题 (11) 改进意见及其他设想 (11) 8 设计心得 (12) 参考文献 1 课题名称 手机充电器的制作。 2 设计主体要求及内容 通信技术的高速发展促使手机种类众多，也导致手机充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套手机通用锂电池的充电器。 充电器的简单工作过程如下：交流输入电压经电容降压，二极管整流桥整流后变成直流电，经隔离二极管和滤波电容对手机充电，随着充电时间的增长，电池两端的电压也升高，通过分压器将此电压引入基准电压比较器，其中三个比较器带三个指示灯，分别指示充电的状态，当三个灯全亮时，表示充电已满。通过以上的工作过程描述结合生活经验设计手机实用充电器电路。 技术要求：能够顺利为锂电池充电，有必要的显示、保护功能，充电电压，充电限制电压。 工作要求：独立设计充电器方案，根据本人的方案，购买所需要的元器件和电路板，独立设计并调试正常，要求总投资不得高于20元。 3 课题分析与方案论证 从课题上可以看出设计的主体要求是将市电变换为符合要求的直流电源，整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路。 降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了让优化波形使其更加稳定可采用滤波电容去除高频干扰。 手机通用的锂电池充电电压为，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和手机的使用寿命。 当上述条件都具备时对于不同容量的手机电池充电时间是不一样的，因此需要一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否达到标准电压来判断是 锂离子电池智能充电器硬件方案 锂离子电池智能充电器硬件的设计 锂离子电池具有较高的能量重量和能量体积比，无记忆效应，可重复充电次数多，使用寿命长，价格也越来越低。一个良好的充电器可使电池具有较长的寿命。利用C8051F310单片机设计的智能充电器，具有较高的测量精度，可很好的控制充电电流的大小，适时的调整，并可根据充电的状态判断充电的时间，及时终止充电，以避免电池的过充。 本文讨论使用C8051F310器件设计锂离子电池充电器的。利用PWM脉宽调制产生可用软件控制的充电电源，以适应不同阶段的充电电流的要求。温度传感器对电池温度进行监测，并经过AD转换和相关计算检测电池充电电压和电流，以判断电池到达哪个阶段。使电池具有更长的使用寿命，更有效的充电方法。 设计过程 1 充电原理 电池的特性唯一地决定其安全性能和充电的效率。电池的最佳充电方法是由电池的化学成分决定的<锂离子、镍氢、镍镉还是SLA电池等）。尽管如此，大多数充电方案都包含下面的三个阶 段： ● 低电流调节阶段 ● 恒流阶段 ● 恒压阶段/充电终止 所有电池都是经过向自身传输电能的方法进行充电的，一节电池的最大充电电流取决于电池的额定容量 湖北轻工职业技术学院毕业设计(论文) 题目 USB充电器的设计 系部信息工程系 专业电子信息工程技术 毕业设计(论文)任务书 设计（论文）题目：USB充电器的设计 设计（论文）主要内容： 1.介绍USB充电器的背景。 2.总结充电器的概念和特性。 3.描述USB充电器设计方法。 4.实现电路。从硬件电路上来完成USB充电器的设计。 5.对设计做整体概述和分析。设计过程中遇到的问题及解决办法、课程设 计过程体会、创新点、新颖性、应用价值等。 要求完成的主要任务: 本课题要求完成的主要任务是设计USB充电器，实现对交流信号的转换，在交流信号波动时保证输出直流信号的稳定，并且要考虑到散热的问题。 指导教师签名：教研室主任签名： 湖北轻工职业技术学院 毕业设计(论文)开题报告 题目 USB充电器的设计 系部信息工程系 专业电子信息工程技术 班级 09电信班 姓名杨小莉 指导教师赵欣 2012年 3 月 13 日 一、选题的依据及意义 USB充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于MP3、MP4、手机、相机等常见电器。USB充电器通常指的是一种将交流电转换为低压直流电的装置。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。 二、国内外研究概况及发展趋势 在2006年12月14日为了统一手机充电器接口，信产部就颁布了《移动通信手持机充电器及接口技术要求和测试方法》。在接口方面参照了通用串行总线(USB)类型A系列接口规范，并将统一的连接接口设在充电器一侧。 专门找了几个例子，让大家看看。自己也一边学习。 分析一个电源，往往从输入开始着手。220V交流输入，一端经过一个4007半波整流，另一端经过一个10欧的电阻后，由10uF电容滤波。这个10欧的电阻用来做保护的，如果后面出现故障等导致过流，那么这个电阻将被烧断，从而避免引起更大的故障。右边的4007、4700pF电容、82KΩ电阻，构成一个高压吸收电路，当开关管13003关断时，负责吸收线圈上的感应电压，从而防止高压加到开关管13003上而导致击穿。13003为开关管(完整的名应该是MJE13003)，耐压400V，集电极最大电流1.5A，最大集电极功耗为14W，用来控制原边绕组与电源之间的通、断。当原边绕组不停的通断时，就会在开关变压器中形成变化的磁场，从而在次级绕组中产生感应电压。由于图中没有标明绕组的同名端，所以不能看出是正激式还是反激式。 不过，从这个电路的结构来看，可以推测出来，这个电源应该是反激式的。左端的510KΩ为启动电阻，给开关管提供启动用的基极电流。13003下方的10Ω电阻为电流取样电阻，电流经取样后变成电压(其值为10*I)，这电压经二极管4148后，加至三极管C945的基极上。当取样电压大约大于1.4V，即开关管电流大于0.14A时，三极管C945导通，从而将开关管13003的基极电压拉低，从而集电极电流减小，这样就限制了开关的电流，防止电流过大而烧毁(其实这是一个恒流结构，将开关管的最大电流限制在140mA左右)。 变压器左下方的绕组(取样绕组)的感应电压经整流二极管4148整流，22uF电容滤波后形成取样电压。为了分析方便，我们取三极管C945发射极一端为地。那么这取样电压就是负的(-4V左右)，并且输出电压越高时，采样电压越负。取样电压经过6.2V稳压二极管后，加至开关管13003的基极。前面说了，当输出电压越高时，那么取样电压就越负，当负到一定程度后，6.2V稳压二极管被击穿，从而将开关13003的基极电位拉低，这将导致开关管断开或者推迟开关的导通，从而控制了能量输入到变压器中，也就控制了输出电压的升高， 电力电子技术课程设计说明书题目：手机充电器的设计与制作 学生姓名：李羊飞 学号： 2 院（系）：电气与信息工程学院 专业：自动化 指导教师：康家玉 2014 年 01 月 01 日 1 选题背景 1.1设计说明 本充电器由电源变压器T（8VA,9V）、整流桥堆UR(2A,50V)、三端可调 集成稳压器IC(W7805)，晶体管V1(9013E)，发光二极管VL1(RED)，电阻R1、R2，电位器RP1、RP2、RP3等组成，可对手机锂电池进行充电，电池充满电 后可自动停充。 1.2 指导思想 手机充电器输入端输入220V、50HZ电，分别经过降压、整流、滤波电路使得高电压交流电变换为低电压直流电，再分别经过分压，稳压电路实现满足 要求的电压和电流供应，完成充电过程，显示电路用于实现充电过程与充满状 态的显示。 1.3 技术要求 通信技术的高速发展促使手机种类众多，也导致手机充电器也是多种多样，本设计设计并制作一套手机通用锂电池的充电器。 技术要求：能够顺利为锂电池充电，有必要的显示、保护功能，充电电压4.2V，充电限制电压4.5V。 1.4 方案论证 从课题上可以看出设计的主体要求是将市电变换为符合要求的直流电源， 整体上应该有降压、整流、滤波、恒压电路。 降压电路可以用最简单的变压器完成，将220V电压变为10V左右的低压，为了优化波形使其更加稳定可采用滤波电容去除高频干扰。 手机通用的锂电池充电电压为4.2V，因此需要设计一个恒压源电路。充电电流在一定程度上影响了充电的时间，过高的电流会缩短电池的使用寿命，所 以我们还需要一个可靠地恒流源来保证充电的时间和手机的使用寿命。 当上述条件都具备时对于不同容量的手机电池充电时间是不一样的，因此需要 一个不以时间为参考的充电完成信号，我们可以根据电池两端的电压是否达到 标准电压来判断是否充满电。 1.4.1 方案一 本方案采用的是现行手机充电器的通用电路，主要是由开关电源和充电电路组成的。 电路图如下。 图3.1原理图 制作成功后该充电器能自动识别电池极性，自动调整输出电流使得电池达 到最佳充电状态，可保护电池延长电池寿命。充电饱和时七彩灯会自动熄灭。 当接入电源后，通过整流二极管VD1、R1给开关管Q1提供启动电流，使 Q1开始导通，其集电极电流Ic在L1中线性增长，在L2中感应出使Q1基极为正，发射极为负的正反馈电压，使Q1很快饱和。与此同时，感应电压给C1 充电，随着C1充电电压的增高，Q1基极电位逐渐变低，致使Q1退出饱和区，Ic开始减小，在 L2中感应出使Q1基极为负、发射极为正的电压，使Q1迅速 基于MAX1898的智能充电器设计 在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。 单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器各类繁多，但从严格意义上讲，只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。 1 实例说明 随着手机在世界范围内的普及使用，手机电池充电器的使用也越来越广泛。 本章将通过一个典型实例介绍51单片机在实现手机电池充电器方面的应用。实例所实现的充电器是一种智能充电器，它在单片机的控制下，具有预充、充电保护、自动断电和充电完成报警提示功能。 实例的功能模块如下。 ●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+12V 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。 2 设计思路分析 要实现智能化充电器，需要从下面两个方面着手。 （1）充电的实现。它包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。（2）智能化的实现。在充电器电路中引入单片机的控制。 2.1 为何需要实现充电器的智能化 充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。 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。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。 一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。设计比较科学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。专用的充电芯片具备业界公认较好的－△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，例如，在充电后增加及时关断电源、蜂鸣报警和液晶显示等功能。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。 2.2 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。 本例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MAX1898作为电池充电芯片。 邮局订阅号：82-946120元/年技术创新 嵌入式与SOC 《PLC 技术应用200例》 您的论文得到两院院士关注 闫艳霞:讲师硕士 基金申请人:姜利英;基金资助项目名称:基于BNI 融合的传感器构筑及性能研究;基金颁发部门:国家自然科学基金委;基金编号:(61002007) 基于单片机的智能充电器硬件设计 Design of intelligent charger based on single-chip microcomputer (郑州轻工业学院)闫艳霞 姜利英姜素霞YAN Yan-xia JIANG Li-ying JIANG Su-xia 摘要:锂离子电池以其诸多优点成为应用最广泛的可充电电池,针对锂离子电池充电器的不足,设计了一种采用单片机控制的智能型充电控制器,系统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,该智能充电器实现智能控制预充、快充、满充三个充电进程,判断充电终止状态,能够有效防止锂离子电池的欠充或过充,具有高效安全的充电控制、过压保护和过流保护功能。 关键词:锂离子电池;智能充电器;AT89C51;MAX1898中图分类号:TN248.4文献标识码:A Abstract:Lithiumion batteries have become the most widely used rechargeable batteries due to their many https://www.doczj.com/doc/6814830700.html,bined with the shortcomings of common chargers,I try to design a type of intelligent battery charger based on microcomputer.The hardware cir -cuits of the system include microcomputer circuit,charge control circuit,voltage transformation and the light pair isolating circuit..It can control both the three charging process which include previous charge,fast charge and full charge,and judge the charge termina -tion state smartly.It aslo can prevent less charged or overcharged of lithium battery effectively,it also has the functions of high secu -rity charge control,over-voltage protection and over-current protection. Keywords:Lithium battery;intelligent battery charger;AT89C51;MAX1898 文章编号:1008-0570(2012)10-0207-02 引言 电池技术的进步要求复杂的充电算法以实现快速、安全的充电,因此需对充电过程进行更精确的监控(如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)。同时,对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。因为锂离子电池有较高的能量比,放电曲线平稳,自放电率低,循环寿命长,具有良好的充放电性能,可随 充随放、 快充深放,无记忆效应,不含镉、铅、汞等有害物质,对环境无污染,被称为绿色电池,所以锂离子电池得到迅速发展和广泛的应用。 锂离子电池智能充电控制器是指能根据用户的需要智能控制充电进程,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和温度过高的一种智能化充电控制器,充电器为充电电池补充能源的静止变流装置,因此其性能的优劣直接关系到用电系统的安全性和可靠性指标。本文针对锂离子电池的特点,提出了一种新型的智能充电的设计方案。 1系统设计 1.1锂离子电池充电过程 将锂离子电池的电压曲线分为三段,如图1-1。 图1-1锂离子电池的充电特性 根据锂离子电池充电特性的三段性,充电控制时需采用分段控制的方式,:进入B —C 段之前,电池电量己基本用完,此时采用恒定的小电流充电。当进入B —C 段时,若采用恒流充电,电流过大会损坏电池,电流过小使充电时间过长,根据电压变化情况控制充电电流,使电池充电已满,若此时停止充电,电池会自放电。为防止自放电现象发生,采用浮充维护充电方式,用小电流 进行涓流充电。 充电过程中需不断检测电池两端电压,锂离子电池是以零增量检测为主,时间、温度和电压检测为辅的方式。系统在充电过程检测有无零增量(△V)出现,作为判断电池已充满的正常标准,同时判断充电时间、电池温度及端电压,是否已超过预先设定的保护值作为辅助检测手段。当电池电压超过检测门限时,系统会检测有无零增量出现,若出现零△V,则认为电池正常充满,进入浮充维护状态;在充电过程中,系统会一直判断充电时间、电池温度及端电压是否己到达或超过了充电保护条件。若其中一个条件满足,系统会终止现有充电方式,进入浮充维护状态。 1.3锂离子电池智能充电器功能模块 图1-2系统总体框图 锂离子电池对充电器要求较苛刻,需保护电路,为有效利用电池容量,需将锂离子电池充电至最大电压,但过压充电会造成电池损坏,这就要求较高的控制精度。另外,对于电压过低的电池需要进行预充,充电器最好带有热保护和时间保护,为电池提供附加保护。针对这些应用特点,设计了一种基于单片机 207--基于单片机智能充电器的设计课程设计报告
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