湖南文理学院课程设计报告
课程名称：《电子设计制作与工艺实习》课题名称：锂电池充电器电路设计
系部：电气与信息工程学院
专业班级：自动化10 级1班
学生姓名：常亮
指导教师：王文虎
完成时间：2012年6月11日
报告成绩：
锂电池充电器是专用的锂电池充电工具，由于锂电池大量使用，且锂电池的价格比较昂贵，大众对充电器的讲究越来越重视；于是设计了一个稳定可靠充电模式的充电器。它由变压器、全桥整流管、三端稳压器和电容构成了电源单元；二极管和电阻构成电池采样单元；由两个不同的三极管构成恒流恒压转换单元；由运放器、电阻、稳压二极管构成电池充电电路的逻辑处理单元；由DW01芯片、二极管和两个CMOS管构成保护电路。电源部分、电池采样单元、逻辑处理单元、恒流恒压转换单元以及锂电池充电器保护电路组成了安全的，且具有恒流和恒压充电模式的充电器。经过电路单元分析计算设计出锂电池充电器的恒流恒压转换的临界电压值；通过multisim仿真结果显示与分析计算达到了一致。锂电池充电电路在原来单纯的恒流充模式的基础上增加了一个恒压充模式；然后经过计算分析，设置出锂电池的恒流恒压转换的临界电压值；与此同时增加了一个充电器保护单元，有效的起到了过充保护作用。但在整个电池充电器电路中的一些不足还有待解决。
关键词：锂电池；整流；电压采样；恒流恒压模式；保护电路
Lithium battery charger is special lithium battery tool, due to the use of lithium batteries, and the price of lithium battery relatively expensive, the exquisite pay more and more attention to the charger; Then design a stable and reliable charging mode charger. It consists of transformer, the whole bridge, the voltage stabilizer and emission three capacitance constitute the power supply unit; Diode and resistance constitutes battery sampling unit; By two different transistor constitute a constant voltage conversion unit; The op-amp device, resistance, constitute the battery voltage circuit of the diode logical processing unit; By DW01 chip, diodes and two CMOS tube constitute the protection circuit. The power of the battery unit, logic, sampling the processing unit, constant voltage conversion unit and lithium battery charger protection circuit formed safe, and with constant flow and constant pressure charging mode charger. After analysis to design the circuit units lithium battery charger of the constant pressure of conversion of critical voltage value; Through the multisim simulation results indicate that the calculation and analysis to the same. Lithium battery charging circuit in the original simple constant current filling the basis of the model of added a constant pressure filling mode; Then through calculation and analysis, set out of lithium-ion batteries constant voltage conversion of critical voltage value; At the same time added a charger protection unit, effective played the overcharge protection. But in the whole battery chargers in the circuit some shortage remains to be resolved
Keywords：Lithium battery; Rectification; V oltage sampling; Constant voltage mode; Protection circuit
目录
摘要.............................................................................................................................................. I Abstract......................................................................................................................................... II 第一章锂电池充电器方案设计 .. (1)
1.1 绪论 (1)
1.2 锂电池充电器的设计方案 (1)
1.2.1 恒流充电器设计 (1)
1．2.2 恒流恒压充电器设计 (3)
1.3 方案分析 (3)
第二章锂电池充电器电路设计 (3)
2.1 电源单元 (4)
2.2 电池采样单元 (4)
2.3 逻辑处理单元 (4)
2.3.1分析与计算 (4)
2.3.2 器件介绍 (5)
2.3 恒流恒压转换单元 (5)
2．5 电池保护电路 (5)
2.6 整体电路 (7)
第三章充电器仿真实验 (7)
3.1 仿真实验 (8)
总结 (9)
参考文献 (10)
致谢 (11)
附录1 锂电池充电器电路图 (12)
附录2 锂电池充电器电路元器件明细表 (13)
第一章锂电池充电器方案设计
锂电池一般经过涓流充，然后经过恒流充，最后进行恒压充。但以这种充电方法对锂电池充电短时间内不能达到需求的电量。考虑单纯的恒流充电方式对锂电池充电器设计，
虽然达到了在短时间内完成需求的电量，但是易对电池造成损害；基于充电器在短时间达
到需求的电量，且对电池损害不大的情况下，设计了恒流充和恒压充两种模式实现。设计
在电压源处采用三端稳压器和全桥整流来保持一定的输入电压，然后先恒流后恒压充电，
充电过程对锂电池两端电压不断进行采样，采样信号经过逻辑控制器处理，实现恒压、恒
流充电自动转换。
1.1 绪论
锂电池充电器是专门用来为锂电池充电的充电器。锂电池对充电器的要求较高，需要保
护电路，达到充电完成时自动进行过充保护，所以锂电池充电器通常都有较高的控制精密
度，能够对锂电池进行恒流恒压充电，进行粗充电。当对电池充电时或者恒流充电时，LED
绿灯亮；电池恒压充时，LED红灯亮；当电池饱和或没充电时，LED都不亮；这样能够粗
略的显示充电时的电量。采用了锂电池充电器专用芯片DW01，实现过充保护功能。这种
充电器的设计方案是在锂电池单纯的恒流充电模式的基础上增加了恒压充，同时增设了防
过充电路。实现了恒流恒压充电模式，充电过程能显示两种充电模式，且有过充保护性能，
对电池损害少。
1.2 锂电池充电器的设计方案
单纯的恒流充设计比较简单，能够自动的停充；它是针对于在短时间内达到需求电量的领域设计的；而恒流恒压充是基于大众用户设计，它突出点是对电池损害少。
1.2.1 恒流充电器设计
单纯的恒流充设计比较单纯，易于控制，但不Array能得到较高的充电量；设计采用了78系列的三端
稳压器来产生稳定的电压，利用比较器对电池剩余
量采样的比较，然后把信息回馈给逻辑处理部分，
从而对电池做出继续充电还是停止充电做出判断；
图1.1 恒流充电器流程图
采用CMOS管对电池充停做出决定（导通时对电池充电，截止时停止充电）。
1．2.2 恒流恒压充电器设计
锂电池的恒流恒压充电能够在短时间的到比较理想的电量，方案采取了5个单元，电源单元，恒流恒压单元，电池采样单元，逻辑处理单元和保护电路；与单纯的恒流不同的是恒流恒压采用了调整管来产生恒流，起到了调电流的作用。
1.3 方案分析
单纯的恒流充电充电速度快，设计比较简单，但易对电池造成伤害。恒流恒压充集结了单纯的恒流充，同时弥补了单纯的恒流充的不足，对电池伤害少，同时能对电量的需求能粗略的显现。由于锂电池充电需要的精度比较高，因此保护电路是不可或缺的，这样就有效的防止电池过充。
第二章 锂电池充电器电路设计
锂电池恒流恒压充电采用了电源单元，电池采样单元，逻辑处理单元，恒流恒压转换单元，以及电池防过充保护电路单元。电源单元是整个电路的能量供应所，为整个装置供求必要的能量；电池采样单元顾名思义便是对电池剩余电量进行采样，然后回馈给逻辑处理单元；逻辑处理单元是对电池采样单元回馈出来的信号做出逻辑处理，当电池为低电压时（小于4.2V ）；电池进行恒流充电模式，当电池达到4.2V 时，电池转入恒压充模式；而电池电量充足时，电池进入停充状态。恒流恒压转换单元，在电池电量达到4.2V 时，恒流恒压转换单元便起到作用把恒流模式转入到恒压模式；电池电路的保护单元是锂电池充电器必不可少电路单元，它主要是防止电池过充对电池产生不可逆的损害。电源单元，电池采样单元，逻辑处理单元，恒流恒压转换单元相互依赖，相互依存，各个单元各尽其责便组成了电池充电器电路。
图1.2 恒流恒压充电器流程图
2.1 电源单元
电源单元是各个单元的能量供应站，它由变压器，全桥整流，三端稳压器构成。变压器把220V 交流电变成交流15V ，然后通过全桥整流把交流电变成直流电两个有极性电容作电源的低频滤波，此处的无极性电容作电源的高频滤波，而三端稳压器7809把电源电压稳压输出一个比较稳定的直流电压。理论分析2端口为2U =9V 电压，1端口为1.22U 压。
2.2 电池采样单元
电池采样单元在整个电路作为信息的源泉，它承担着电池剩余量的采样，回馈给逻辑单元，逻辑单元的决策完全取决于电池采样单元。5V 防止电池放电，起到了保护作用，R7对电池进行采样电阻，然后采样电压与基准电压进行比较。
2.3 逻辑处理单元
逻辑处理单元是电池充电电路的中间站，每个过程都
需要经过逻辑处理部分电路，它是对电池采样单元做出逻
辑决定，根据采样值来决定电池进行的是恒流充还是恒压
充。 2.3.1 分析与计算
逻辑处理单元对电池采样的电压与基准电压比较，来决
定电池的充电模式的，基准电压通过V2管来满足，因而
V2管选择上要达到恒流恒压临界电压，采用IN5991来满
足；而运放管选用741（单集成运放）来进行比较（采样电图2.2 采样单元 图2.1 电源模块
图2.3 逻辑处理部分
压与基准电压）；然后进行比列运算来对电压差进行放大，R8，R10的和与R9的商即为放大的倍数，同理，R15，R12的和与R14的商为放大的倍数，输出的电压是否满足恒流或恒压模式的电压。设采样电压为3V，而基准电压为 4.3V，则此时输出电压为-V，为负值，充电模式为恒流充电模式，只有当采样电压稍大于基准电压，3(?
110
)3.4
便转入到恒压模式。
2.3.2 器件介绍
741单运放集成器
任何一个集成运放都有两个输入端，一个输出端以及正、负电源端，有的品种还有补偿端和调零端等。而741集成运放器的特点：
电源端：通常由正、负双电源供电，典型电源电压为±15V、±12V等，第七脚；
输出端：只有一个输出端。在输出端和地（正、负电源公共端）之间获得输出电压，第六脚
输入端：分别为同相输入端和反相输入端，第二脚为反相端，第三脚为同向端。
2.3 恒流恒压转换单元
恒流恒压单元是电池进行的恒流模式和恒压模式转换的中间站，
当电池低电压在4.2V以下V6导通V7截止，电池进行恒流充电；当
电池电压在4.2V时，V7导通，V6截止，电池进行恒压充电，V4导
通，蓝灯LED亮；而R4作为三端调整管的调压电阻。
2．5 电池保护电路
图2.4 恒流恒压转换锂电池充电器保护电路是电池充电电路不可或缺的部分，它主要
是防范电池过充；该电路主要由锂电池保护专用集成电路DW01，充、
放电控制MOSFET1(内含两只N沟道MOSFET)等部分组成，单体锂电池接在B+和B-之间，电池组从+VCC和—VCC输出电压。充电时，充电器输出电压接在+VCC和—VCC之间，电流从+VCC到单体电池的B+和B-，再经过充电控制MOSFET到—VCC。在充电过程中，当单体电池的电压超过4.35V时，专用集成电路DW01的OC脚输出信号使充电控制MOSFET关断，锂电池立即停止充电，从而防止锂电池因过充电而损坏。放电过程中，当单体电池的电压降到2.30V时，DW01的OD脚输出信号使放电控制MOSFET关断，锂电池立即停止放电，从而防止锂电池因过放电而损坏，DW01的CS脚为电流检测脚，输
出短路时，充放电控制MOSFET的导通压降剧增，CS脚电压迅速升高，DW01输出信号使充放电控制MOSFET迅速关断，从而实现过电流或短路保护。
器件DW01
正常条件：如果VODL>VDD>VOCU，并且VCH 图2.5 保护电路 并且VCSI 注：当电池第一次接上保护电路时，这个电路可能不会进入正常模式，此时无法放电。如果产生这种现象，使CSI 管脚电压等于VSS 电压（将CSI 与VSS 短路或连接充电器），就可以进入正常模式。VOCD 表示过充电检测电压，VOCR 表示过充电释放电压，VODL 表示过放电检测电压，VODR 表示过放电释放电压，VOI1表示过电流1检测电压，VOI2表示过电流2（短路电流）检测电压，VCH 表示过电器检测电压，TOC 表示过充电检测迟延时间，TOD 表示过放电检测迟延时间，TOI1表示过电流1检测迟延时间，TOI2表示过电流2（短路电流）检测迟延时间。 2.6 整体电路 充电电路是由电源单元，电池采样单元，逻辑处理单元，恒流恒压转换单元，电池过充保护电路构成；电源通过变压器降压然后经整流管整流把交流变直流，然后经LM317三端调整管，保持输出一个稳定的电流，即输出电流为恒流I=1.25×(1+R3／R4)+Iq ；Iq 为三端调整管输出电流可忽略。 第三章 充电器仿真实验 充电器电路在理论上已经过计算分析，然而在仿真上是否与理论中计算的结果一致，是在实践中重要的一部，这就需要进行仿真实验来验证；仿真软件采用专用电气电路仿真软件multisim 。观察仿真数据变记录，然后与理论值进行对比分析是否一致，做出最后的修订。 图 2.6 锂电池充电器电路 3.1 仿真实验 实验目的是验证理论值与仿真值是否一致，得出电路的最佳效果。 实验仪器有家庭电脑，multisim仿真软件。 实验的步骤分析 实验在进行仿真然后计算再仿真验证直到一个比较理想的状态的过程。观察电池电压4.2V 以下时，改变电池电压，看充电电流是否恒定不变；然后观察电池电压在4.2V时，电压是否恒定不变。电池在电压为3V在理论中为恒流充阶段，根据仿真结果在3V和4V时的电流值相差不是很大可以近似为恒流。故在恒流上理论值与仿真值近似相等，实验成功。电池电压在4.2V时的电流非常小，可判断其为恒压充。综合，仿真结果与理论分析结果接近，由此，充电电路为正确电路，且具有充电特性，在4.2V以下为恒流充，在4.2V时，电池进入恒压充。 图3.1 仿真结果显示 总结 该充电电路在原来的单纯的恒流充中多加了一个恒压充，使电池在充电时能够避免一些不必要的损伤。两种充电方案在电路元器件种类看基本一致，都有电源单元，逻辑处理单元，电池采样单元，电池保护电路，而恒流恒压充只都加了一个恒流恒压转换单元，显然恒流恒压充的性价比得到了提高，适合当代大众的品味。在完成充电电路设计过程中主要采用了模拟电子技术，把各个模拟器件组成单元模块，然后通过这些单元组成整个充电电路。仿真中由于无法对电池内部电阻准确的计算以及没有变压器元件，因而带来大量的不便，事实中电池内部电阻是变化的，而在仿真时，人为的把电池内部电阻值作为不变值，故在仿真时带来了误差；由于没有变压器元件，在仿真时躲避了对电源单元的仿真，只是在理论上把该部分电路的作用作为主观想法。在整体上，电路满足恒流恒压充的转换条件，验证了电池充电电路的恒流恒压充的功能。但还存在一些不足，在充电过程中设置的恒流充的电流还是较小，不能快速充；同时电池在充足时不能自动的停充，有在充满电时，有倒放的不足，另外在逻辑处理单元的稳压二级管要求比较高稳压值误差不能超过0.1V。未来中在恒流充部分增大电流，同时需要把倒放的不足弥补，让电池在充电过程中可靠自动的停充。 参考文献 [1]康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分[M].华中科技大学电子技术课程组. [2]魏海明，杨兴瑶.实用电子电路500例[M].化学工业出版社，2003.112—137. [3]李响初，阙爱仁，李喜初.实用电子控制线路200例[M].中国电力出版社，2009.188—207. [4]孙俊人.通用模拟电路[M].中国计量出版社，2001. 21—22,154—170. 致谢 经历这个课程设计，感受到设计的艰辛与收获；在设计过程中领悟到模拟电路的一些单元电路的作用及用法，以及一些模拟电路的元器件在电路中的作用。理解并掌握了锂电池的充电过程。在这里我首先要感谢自己的父母，是他们给予了我们的生命，给予了关照和抚养，是他们教育我们学习的真谛。然后需要感谢的是文理学院给予了我们学习氛围，给予了我们一个学习深造的平台，以及学院给我们一个这样的一个学习平台。再者要感谢王文虎老师，因为在他的熏陶之下使得我们在生活上有了一种积极向上的风气，更重要的是那种凛然之气带给我们在学习上的严整性，在课程设计过程中经历了几个大的疑云，然而经过王老师的点拨，再经过自己的思考，让我感觉到“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”；他的严整之风，知识渊博，视野雄阔为我营造了良好的学习氛围，俗话说：授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染使我接受了全新的观念和严整的学术之风。最后，我要感谢的是同学和学长们给予的支持、帮助；在探讨充电电路是是谢鹏给与了一个他设计的电池充电的电路图，再在他的图中经过自己的改编和调研完成了一副自己设计的充电电路图；还需要感谢的是康文邵在软件画电路图时的注意事项和一些使用技巧，使得我能完好的画出自己设计的电路图；另外需要感谢的是马庆修学长在电路探讨中的帮助，以及给与的电脑使用，才能写好设计的文档。在这里我衷心的感谢各位给予的帮助。 附录1 锂电池充电器电路图 图1 锂电池充电器电路 附录2 锂电池充电器电路元器件明细表 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 LT8490 锂电池充电器电路设计详解 标签：LT8490(3) 低功耗(190)电源管理(505) LT8490( ＄12.5700)是降压升压开关稳压电池充电器，实 现恒流恒压( CCCV )充电模式，适用于大多数电池，包括密封铅酸电池( SLA )、溢流电池、胶体电池和锂电池。片上 逻辑在太阳能应用时提供自动最大功率点跟踪( MPPT)，并 具有自动温度补偿功能。主要用在太阳能电池充电器、多种类型铅酸电池充电、锂电池充电器以及电池供电的工业或手持军用设备。 状态和故障引脚含有充电器的信息可以被用来驱动 LED指示灯。该器件采用扁平(高度仅0.75mm)7mm x 11mm 64 引脚QFN 封装。 图1 LT8490 框图 LT8490 主要特性 -VIN 范围：6V?80V - VBAT 范围：1.3V?80V ?单 电感器允许VIN高于，低于或等于VBAT ?自动MPPT,用于太阳能充电?自动温度补偿?无需任何软件或固件开发?从 太阳能电池板或直流电源供电?输入和输出电流监视器销弓 脚?四位一体的反馈回路?同步固定频率: 100kHz?400kHz 的-64 引脚(7mm X 11mm x 0.75mm 高度)QFN 封装LT8490 应用?太阳能电池充电器?多种铅酸蓄电池充电?锂离子电池充电器?电池供电工业产品或便携式军用设备 图2 LT8490 27.4V 锂电池充电器电路图 DC2069A( ＄195.9800)-LT8490 演示板高效率MPPT 电池充电器控制器17V?54V ，最高200W 太阳能电池板的输入电压。12V SLA 电池，最高16.6A 充电电流。演示电路2069A采用了LTR8490 （高性能降压-升压型转换器），实现了最大功率点跟踪功能和灵活的充电特性，适用于大多数类型的电池，如水淹电池，密封铅酸电池和锂离子电池，可在输入电压高于、低于或等于电池电压的情况下工作。 该演示板配置为17V~54V 的输入电压范围，电源可以 是太阳能电池板36?72单元（最高200W）,或直流电压源。 提供两种输入接口。LTC4359（＄2.5500）理想的二极管控制器可以保护直流电源的输出（不受太阳能电池板回流的影响）这使得，例如在 24VDC 电源接通的同时，又可以使具有更高的电压的太阳能电池板，被用于对电路供电。 所有的 输入关键字 联系我们 | TI 全球网站: 中国 (简体中文) | my.TI 登录 返回目录页 先进的锂电池线性充电管理芯片BQ2057及其应用 北京理工大学机电工程学院 魏维伟 李杰 摘要：本文介绍美国TI 公司生产的先进锂电池充电管 理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及简单外围电 路可设计低成本的单/双节锂电池充电器，非常适用于 便携式电子仪器的紧凑设计。本文将在介绍BQ2057 芯片的特点、功能的基础上，给出典型充电电路的设 计方法及应用该充电芯片设计便携式仪器的体会。 关键词：锂电池 充电器 BQ2057 1 引言 BQ2057系列是美国TI 公司生产的先进锂电池充电管 理芯片，BQ2057系列芯片适合单节(4.1V 或4.2V)或 双节(8.2V 或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol) 电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP 、 TSSOP 和SOIC 的可选封装形式，利用该芯片设计的 充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品 的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内 阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用 电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超 出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的 恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流， 充电状态识别可由输出的LED 指示灯或与主控器接 口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低 功耗睡眠等特性。 2.功能及特性 2.1 器件封装及型号选择 BQ2057系列充电芯片为满足设计需要，提供了多种可 选封装及型号，其封装形式如图2－1所示，有MSOP 、 毕业设计课题名称：锂电池充电器的设计 总目录 第一部分任务书 第二部分开题报告 第三部分毕业设计正文 第一部分 任 务 书 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期： 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日 摘要：本文介绍美国TI 公司生产的先进锂电池充电管理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及简单外围电路可设计低成本的单/双节锂电池充电器，非常适用于便携式电子仪器的紧凑设计。本文将在介绍BQ2057芯片的特点、功能的基础上，给出典型充电电路的设计方法及应用该充电芯片设计便携式仪器的体会。 关键词：锂电池 充电器 BQ2057 1 引言 BQ2057系列是美国TI 公司生产的先进锂电池充电管理芯片，BQ2057系列芯片适合单节(4.1V 或4.2V)或双节(8.2V 或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP 、TSSOP 和SOIC 的可选封装形式，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED 指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。 2.功能及特性 2.1 器件封装及型号选择 BQ2057系列充电芯片为满足设计需要，提供了多种可选封装及型号，其封装形式如图2－1所示，有MSOP 、TSSOP 和SOIC 三种封装形式。其型号如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C 、BQ2057T 和BQ2057W 四种信号，分别适合4.1V 、4.2V 、8.2V 和8.4V 的充电需要。 BQ2057的引脚功能描述如下： VCC (引脚1):工作电源输入； TS (引脚2):温度感测输入，用于检测电池组的温度； STA T(引脚3):充电状态输出，包括:充电中、充电完成和温度故障三个状态； VSS (引脚4):工作电源地输入； CC (引脚5):充电控制输出； COMP(引脚6):充电速率补偿输入； SNS (引脚7):充电电流感测输入； BAT (引脚8):锂电池电压输入； 2.2 充电状态流程 BQ2057的充电状态流程如图2－3所示，其充电曲线如图2－2所示，BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。 元件型号 充电电压 BQ2057 4.1V BQ2057C 4.2V BQ2057T 8.2V BQ2057W 8.4V 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： 摘要：本文介绍美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片BQ2057，利用BQ2057系列芯片及简单外围电路可设计低成本的单/双节锂电池充电器，非常适用于便携式电子仪器的紧凑设计。本文将在介绍BQ2057芯片的特点、功能的基础上，给出典型充电电路的设计方法及应用该充电芯片设计便携式仪器的体会。 关键词：锂电池充电器BQ2057 1 引言 BQ2057系列是美国TI公司生产的先进锂电池充电管理芯片，BQ2057系列芯片适合单节(4.1V或4.2V)或双节(8.2V或8.4V)锂离子(Li-Ion)和锂聚合物(Li-Pol)电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了MSOP、TSSOP和SOIC的可选封装形式，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。BQ2057可以动态补偿锂电池组的内阻以减少充电时间，带有可选的电池温度监测，利用电池组温度传感器连续检测电池温度，当电池温度超出设定范围时BQ2057关闭对电池充电。内部集成的恒压恒流器带有高/低边电流感测和可编程充电电流，充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动重新充电、最小电流终止充电、低功耗睡眠等特性。 2.功能及特性 2.1 器件封装及型号选择 BQ2057系列充电芯片为满足设计需要，提供了多种可选封装及型号，其封装形式如图2－1所示，有MSOP、TSSOP和SOIC三种封装形式。其型号如表2－1所示，有BQ2057、BQ2057C、BQ2057T和BQ2057W四种信号，分别适合4.1V、4.2V、8.2V和8.4V的充电需要。 元件型号 BQ2057 BQ2057C BQ2057T BQ2057W 8.4V BQ2057的引脚功能描述如下： ?VCC (引脚1):工作电源输入； ?TS (引脚2):温度感测输入，用于检测电池组的温度； ?STAT(引脚3):充电状态输出，包括:充电中、充电完成和温度故障三个状态； ?VSS (引脚4):工作电源地输入； ?CC (引脚5):充电控制输出； ?COMP(引脚6):充电速率补偿输入； ?SNS (引脚7):充电电流感测输入； ?BAT (引脚8):锂电池电压输入； 2.2 充电状态流程 BQ2057的充电状态流程如图2－3所示，其充电曲线如图2－2所示，BQ2057的充电分为三个阶段：预充状态、恒流充电和恒压充电阶段。 锂电池充电电路图 锂电池是继镍镉、镍氢电池之后，可充电电池家族中的佼佼者．锂离子电池以其优良的特性，被广泛应用于: 手机、摄录像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。 一、锂电池与镍镉、镍氢可充电池： 锂离子电池的负极为石墨晶体，正极通常为二氧化锂。充电时锂离子由正极向负极运动而嵌入石墨层中。放电时，锂离子从石墨晶体内负极表面脱离移向正极。所以，在该电池充放电过程中锂总是以锂离子形态出现，而不是以金属锂的形态出现。因而这种电池叫做锂离子电池，简称锂电池。 锂电池具有：体积小、容量大、重量轻、无污染、单节电压高、自放电率低、电池循环次数多等优点，但价格较贵。镍镉电池因容量低，自放电严重，且对环境有污染，正逐步被淘汰。镍氢电池具有较高的性能价格比，且不污染环境，但单体电压只有1.2V，因而在使用范围上受到限制。 二、锂电池的特点： 1、具有更高的重量能量比、体积能量比； 2、电压高，单节锂电池电压为3.6V，等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压； 3、自放电小可长时间存放，这是该电池最突出的优越性； 4、无记忆效应。锂电池不存在镍镉电池的所谓记忆效应，所以锂电池充电前无需放电； 5、寿命长。正常工作条件下，锂电池充/放电循环次数远大于500次； 6、可以快速充电。锂电池通常可以采用0.5～1倍容量的电流充电，使充电时间缩短至1～2小时； 7、可以随意并联使用； 8、由于电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染，是当代最先进的绿色电池； 9、成本高。与其它可充电池相比，锂电池价格较贵。 三、锂电池的内部结构： 锂电池通常有两种外型：圆柱型和长方型。 电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由锂和二氧化钴组成的锂离子收集极及由铝薄膜组成的电流收集极。负极由片状碳材料组成的锂离子收集极和铜薄膜组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。 单节锂电池的电压为3.6V，容量也不可能无限大，因此，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。字串5 四、锂电池的充放电要求； 1、锂电池的充电：根据锂电池的结构特性，最高充电终止电压应为4.2V，不能过充，否则会因正极的锂离子拿走太多，而使电池报废。其充放电要求较高，可采用专用的恒流、恒压充电器进行充电。通常恒流充电至4.2V/节后转入恒压充电，当恒压充电电流降至100mA 以内时，应停止充电。 充电电流（mA）=0.1～1.5倍电池容量（如1350mAh的电池，其充电电流可控制在135～2025mA之间）。常规充电电流可选择在0.5倍电池容量左右，充电时间约为2～3小时。 2、锂电池的放电：因锂电池的内部结构所致，放电时锂离子不能全部移向正极，必须保留一部分锂离子在负极，以保证在下次充电时锂离子能够畅通地嵌入通道。否则，电池寿命就相应缩短。为了保证石墨层中放电后留有部分锂离子，就要严格限制放电终止最低电压，也就是说锂电池不能过放电。放电终止电压通常为3.0V/节，最低不能低于2.5V/节。电池放 基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现 1 引言 锂电池闲其比能量高、自放电小等优点，成为便携式电子设备的理想电源。近年来，随着笔记本电脑、PDA，无绳电话等大功耗大容量便携式电子产品的普及，其对电源系统的要求也日益提高。为此，研发性能稳定、安全可靠、高效经济的锂电池充电器显得尤为重要。 本文在综合考虑电池安全充电的成本、设计散率及重要性的基础上，设计了一种基于ATtiny261单片机PWM控制的单片开关电源式锂电池充电器，有效地克服了一般充电器过充电、充电不足、效率低的缺点，实现了对锂电池组的智能充电，达到了预期效果。该方案设计灵活，可满足多种型号的锂电池充电需求，且ATtiny261集成化的闪存使其便于软件调试与升级。 2 锂电池充电特性 锂电池充电需要控制它的充电电压，限制其充电电流。锂电池通常都采用三段充电法，即预充电、恒流宽电和恒压充电。锂电池的充电电流通常应限制在1C(C为锂电池的容量)一下，单体充电电压一般为4．2V，否则可能由于电聪过高会造成键电池永久性损坏。 预充电主要是完成对过放的锂电池进行修复，若电池电压低于3V，则必须进行预充电，否刚可省略该阶段。这也是最普遍的情况。在恒流阶段，充电器先给电池提供大的恒定电流，同时电池电压上升，当魄池电压达到饱和电压对，则转入憾压充电，充电电压波动应控制在50mV以内，同时充电电流降低，当电流逐渐减小到规定的值时，可结束充电过程。电池的大部分电能在惯流及恒压阶段从充电器流入电池。曲上可知，充电器实际上是一个精密电源，其电流电压都被限制在所要求的范围之内。 3 硬件电路设计 该系统在电路设计上主要由单片开关电源、控制电路及保护电路三部分组成。 3．1单片开关电源 单片开关电源负责将电能转化为电池充电所需要的形式，构成了充电器的主要功率转换方式。与传统线性充电器大损耗、低效率的缺点相比，由美国Power Integrations公司的TNY268P构成的单片开关电源，其输入电压范围宽(85265VAC)、体积小、重量轻、效率高，其有调压、限流、过热保护等功能，特别适合于构成充电电源。其原理图如图1所示。 图1单片开关电源 该电源采用配稳压管的光藕反馈电路实现15V的低压直流输出，当输出电压发生变化时，通过线性光藕PC817的发光管的电流发生相应的变化，使得TNY268P的EN脚流出电流也发生变化，从而控制其片内功率MOSFET的断、通、调节输出电压，使输压电压稳定。具体反馈原理分析详见后文脉宽调制(PWM)的控制。 在电路结构上，线性光藕PC817，不但可以起到反馈作用还可起到隔离作用。由PNP管Q2和电阻R9、R1O及R12组成的限流电路，则从源头上防止了过电流的问题。由C6及R11构成的缓启电路，则有效抑止了电源上电瞬间的产生的电压尖峰。而二极管D9则防止了电池组的反向放电。此外，对整个充电系统而言，当因意外情况系统失控时，开关电源所提供的15V直流低压也在某种程度上起到了限制其最高电压的作用。 六、简易充电电路： 现在有不少商家出售不带充电板的单节锂电池。其性能优越，价格低廉，可用于自制产品及锂电池组的维修代换，因而深受广大电子爱好者喜爱。有兴趣的读者可参照图二制作一块充电板。其原理是：采用恒定电压给电池充电，确保不会过充。输入直流电压高于所充电池电压3伏即可。R1、Q1、W1、TL431组成精密可调稳压电路，Q2、W2、R2构成可调恒流电路，Q3、R3、R4、R5、LED为充电指示电路。随着被充电池电压的上升，充电电流将逐渐减小，待电池充满后R4上的压降将降低，从而使Q3截止， LED将熄灭，为保证电池能够充足，请在指示灯熄灭后继续充1—2小时。使用时请给Q2、Q3装上合适的散热器。本电路的优点是：制作简单，元器件易购，充电安全，显示直观，并且不会损坏电池．通过改变W1可以对多节串联锂电池充电，改变W２可以对充电电流进行大范围调节。缺点是：无过放电控制电路。图三是该充电板的印制板图（从元件面看的透视图）。 概述 PT6102 是一款高度集成的单节锂离子电池充电器，较少的外部元件数目使得它非常适合于便携式应用。内部集成功率管，不需要外部检测电阻和防倒灌二极管。充电电流通过外部电阻进行设置，充电结束电压固定在4.2V。热反馈可以自动调节充电电流，可以在大功率或高环境温度下对芯片加以保护PT6102 分三个阶段对电流进行充电：当电池电压低于2.9V 时是涓流充电，当电池电压大于2.9V 时是恒流充电，并且涓流充电电流是恒流充电电流的1/10,当电池电压到4.2V 时进行恒压充电，在恒压充电过程中，充电电流逐渐减少，当减少到恒流充电电流的1/10 时，结束充电过程。 特点 可以用 USB 端口直接对单节电池进行充电. 充电电流最大可以到 800mA 不需要外部功率管，检测电阻和防倒灌二极管 涓流、恒流、恒压三阶段，并有热调节功能，可以在无过热的情况下最大化充电电流 精度达±1%的4.2V 充电电压 SOT23-5 和ESOP8 封装 11.1V锂电池充电器设计 【摘要】本文介绍了锂电池充电的控制方法，讨论了充电器的电路结构和软件设计思想。该设计以ATmega8作为控制核心，对充电过程进行全面管理，通过对充电电流、电压的自动检测与调整，完成对不同充电阶段的精确控制及充满后的自动停充，实现了智能化充电。 【关键词】锂电池充电器；ATmega8；脉宽调制 1.引言 11.1V锂电池常用于涵道机、固定翼、直升机等航模中，具有放电稳定，工作温度宽；允许较大的充电电流、充电速度快，仅需1～2个小时就可以充满；无记忆效应；自放电率低，储存寿命长；能量高、储存能量密度大；输出电压高（单节锂电池的额定电压一般为3.6V，而单节镍氢和镍镉电池的电压只有1.2V）等优点。但锂电池在使用过程中也存在娇气的一面。在对锂电池进行充电时要防止过度充电，如果充电电压高于规定电压或充电电流大于规定电流，就会损坏锂电池或者使之报废。在过充电的情况下，能量过剩锂电池温度上升，电解液将分解产生气体，使之内压上升而导致自燃或破裂的危险。通常单节锂电池的终止充电电压为4.2V，精度控制在±1%之内，充电电流不大于1C（C代表充放电速率，1C代表电池正好在1小时内，充满电或放完电所要求的速率）。锂电池在使用时也要防止过度放电，过度放电会导致电池特性及耐久性变差，可充电次数降低。通常要求放电电流不大于2C，终止放电电压控制在2.4～2.7V左右。 2.锂电池的充电方法 锂电池在充电过程中需要控制它的充电电压和充电电流并精确测量电池电压，根据锂电池电压将充电过程分为四个阶段。每个阶段的需要用不同的电压和电流进行充电，下面以单节锂电池为例分别说明每个阶段的状态。阶段一为预充电，先用0.1C的小电流对锂电池进行预充电，当电池电压≥2.5V时转到下一阶段。阶段二为恒流充电，用1C的恒定电流对锂电池快速充电，点电池电压≥4.2V 时转到下一阶段。阶段三为恒压充电，逐渐减小充电电流，保证电池电压恒定=4.2V，当充电电流≤0.1C时转到下一阶段。阶段四为涓流充电，恒压充电结束后，电池已经基本充满，为了维持电池电压，可以用0.1C甚至更小的电流对电池进行补充充电，到此锂电池充电过程结束。 3.充电器的硬件电路设计 本系统主要有微控制器、电压检测电路、电流检测电路、电池状态指示电路和充电控制电路组成，电路原理图如图1所示。 3.1 主控芯片 自制简单锂电池充电器电路 充电器电路图及原理 电路很简单，如附图所示,元件很容易廉价获得，适用范围很宽，可以适应1节－4节串连电压，充电电流可以通过元件参数选择，充电特性也比较理想，原理如下：由LM317和R1、R2、R3组成一个典型的恒流电路（431暂时认为断开R4比较大可以先不看）。当电压不太高时保持恒定的充电电流。以两节电池充电为例，理想状态下，充电电流应该是电压达到8.3V前一直保持恒定。当A点电压达到拐点值8.3V时，经过R4、R5分压，TL431开始导通，并把LM317的基准点电压从8.3V逐渐拉下。所谓拐点就是指电流开始下降的那点。直到电压达到8.4V的0电流点，A点仍然保持这个8.3V电压，LM317的输出V out下降到8.4V，其调整端下降到7.17V。 电池电压为8.3V时（拐点）各点的电压都标在图上，充电截止（8.4V）的各点电压以括号形式也标在后边。 元件选择 LM317，三端可调串连稳压块，选塑封的，LM317T，常用。根据电流不同，应选用相应的散热片。 TL431，三端可调并联稳压块，与一个小三极管外形一样，常用。 RL就是外接被充电池。 电流采样电阻R1，计算方法是R1 = 1.23 / 充电电流。例如，若充电电流为0.3A，则电阻应该选择4.1欧。这个电阻一般要选择功率大一些的，比如1A就应该是2W的。 可调电阻R4可以选择那种篮色的精密多圈，取比额定值大一些的，比如23.2k的就可以选择25K的多圈。若嫌多圈太贵或难找，也可以用一个固定电阻串连一个普通可调电阻。例如23.2k的就可以选择22k固定加一个2.2k－3.9k可调节的，以便进行精细调节。 锂电池充电器的设计 摘要 锂离子电池由于能量密度高和长循环寿命等优点，在便携式设备中得到了广泛的应用。充电管理是锂电池管理的重要组成部分，安全、可靠、快速、高效的锂电池充电器对锂电池的性能及应用起着至关重要的作用。 本文从锂电池的结构原理着手，通过对锂电池性能及常用充电方法的研究，分析了充电过程及充电方法对锂电池性能的影响，并在此基础上设计了一款智能锂离子的充电器。此充电器可对目前市场上具有的各种型号和容量的锂电池进行快速安全的充电。采用这种方案进行锂电池充电器的开发具有成本廉价和易于编程升级的优点，有着广阔的市场前景。 在硬件方面，完成了单片机系统的设计，包括系统电压、电流、温度的采样及功能按键等。软件方面，采用模块化的程序设计，介绍了模块划分和各模块的功能，实现的具体算法，给出了流程图，并根据系统工作需求进行了低功耗和软件抗干扰设计，确保了系统运行的可靠稳定性。本设计提高了充电器智能化水平，更精确的实现充电过程控制，保护电池，延长电池寿命。 关键词：ADC（模数转换）；PWM（脉宽调制）；C8051F300 单片机 The design of lithium battery charger Abstract Lithium battery is being widely used in the suitable selection for portable application for their high energy density and long life. Charging management is the essential part in battery management. Safe, reliable, fast and high efficient charger guarantees good performance and application of the battery. The structure, performance and charging method of Lithium battery is studied in this thesis. And different impacts on the performance of battery via different charging ways and process are analyzed in detail, based on which, an intelligent charger for Lithium battery is designed.The charger can charge all kinds of lithium batteries quickly and safely. Exploiting the charger of lithium batteries this way has the advantage of low cost and easy to upgrade in programming, which has a vast market prospect. In hardware，the thesis achieves the hardware detail circuit including the MCU system，voltage，current，temperature sampling circuit and key-press. In software, the design adopts modular procedures，which analysis the plotting and function of each module，and the specific way of realization，are introduced. According to the work demands of the system，low power consumption and software anti-interference are designed，which in sure the safety and reliability of the system. The design can improves the intellectualization level of the battery charger, realize the control to the charge process more precisely, and lengthens the battery life. Key Words:ADC; PWM; C8051F300 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 锂离子电池的原理及充电器 锂离子电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代产品，它的阳极采用能吸藏锂离子的碳极，放电时，锂变成锂离子，脱离电池阳极，到达锂离子电池阴极。锂离子在阳极和阴极之间移动，电极本身不发生变化。这是锂离子电池与金属锂电池本质上的差别。锂离子电池的阳极为石墨晶体，阴极通常为二氧化锂。充电时，阴极中锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向阳极运动与电子合成锂原子。放电时，锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子和电子，并在阴极处合成锂原子。所以，在该电池中锂永远以锂离子的形态出现，不会以金属锂的形态出现，所以这种电池叫做锂离子电池。 一、锂离子电池的充放电特性 500mAh的AA型锂离子电池的充放电特性曲线如图1。单只锂离子电池的充电电压最好保持在4.1V+50mV，充电电流通常限制在1C(500mA)以下，否则会造成锂离子电池永久性损坏。锂离子电池通常采用恒流/恒压充电模式，即先采用1C的恒定电流充电，电池电压不断上升，当上升到4.1V时充电器应立即转入恒压方式(4.1V+50mV)，充电电流逐渐减小，当电池充足电时，电流降到涓流充电电流。用此方法，大约两个小时电池可以充足(500mAh)。锂离子电池放电电流不应超过3C(1.5A)，单体电池电压不应低于2.2V，否则会造成损坏。采用0.2C的放电电流，电池电压下降到2.7V时，可以放出额定电池容量(500mAh)，采用1C的放电电流时，电池能够放出90%的电池容量，另外环境的温度对电池的放电容量也会产生影响，所以规定了锂离子电池放电时的温度为-20℃～+60℃。锂离子电池的一个特点是比较容易显示剩余电量，因为锂离子电池的工作电压随时间徐徐下降，锂离子电池放电起始电压为4.1V(4.2V)，放电终止电压为2.5V。 二、锂离子电池的优缺点 优点：1.工作电压高;2.体积小、重量轻、能量高;3.寿命长;4.安全快速充电;5.允许温度范围宽;6.放电电流小、无记忆效应、无环境污染。 缺点：1.与干电池无互换性;2.不能快速充电;3.内部阻抗高;4.工作电压变化大;5.放电速率大，容量下降快，无法大电流放电。 三、锂离子电池充电器 下面介绍一种新型的锂离子电池充电器模块PS1719，它采用恒流/恒压方式控制锂离子电池充电。恒流、恒压调整方便，以充电电流减小到最大电流(恒流)的15%作为充满判别基准，并终止充电。此外还有充电显示和充满显示功能。PS1719模块工作电压为9V，内部结构见图2。 图3给出了PS1719的典型电路图，按图可以组成简单且功能齐全的锂离子电池充电器。 摘要 本設計以單片機為控制核心，系統由指示燈電路、電源電壓與環境溫度採樣電路、精確基準電壓產生電路和開關控制電路組成。實現了電池充電、LED指示、保護機制及異常處理等充電器所需要的基本功能。本文對鋰離子電池的參數特性、充電原理與充電方法進行了詳盡的描述，並提出了充電器的設計思想和系統結構。該電路具有安全快速充電功能，可以廣泛應用於室內外單節鋰離子電池的充電，如手機、數碼產品電池等。 關鍵字：鋰離子電池，充電器，硬體電路，軟體設計 The design of charger about lithium-battery Abstract This design uses SCM system for the control of core, it includes the pilot lamp circuit on system, sampling circuit about voltage and temperature, the causes about standard voltage and switch controls. The circuit achieves charging battery, LED instructions, the protection mechanism and exception handling, and other functions. This paper introduces the following things: parameters of lithium-battery, principles and methods on charge, design thinkings and system structure about charger, and it describes the functional mode of the charger in detail,moreover it proposes the thinking of plan and structure of a system.The circuit which be planed have functions of safety,rapid and so on. It can use in the charge of Lithium-ion battery that is only far-ranging,such as the battery of cellphone,digital product and so on. Key words: Lithium-ion battery, Charger, Hardware circuit, Software design 一种简易锂电池恒流充电电路的设计 手机电脑中的锂电池的充电需要恒流电流，而日常生活中我们所使用的是220V的正弦交流电。为了给锂电池充电，我们需要将220V的正弦交流电转换成特定电压的恒流电。我设计的一种转换电路如下，它包括变压器整流电路、恒流产生电路、自动断电电路、显示电路和电源电路5个部分。 变压器整流电路的功能是将220V 正弦交流电转换为合适的电流和电压信号,从而为后续电路提供信号。晶体管电流源为电路产生恒定的充电电流。利用三极管饱和导通时的电压特性实现自动断电电路的功能,从而实现当电池充满电时电路能够自动断开。显示电路的功能是利用发光二极管将电路开始充电和结束充电的状态显示出来。稳压电源电路的功能是为上述所有电路提供直流电压。 变压器整流电路和稳压电源电路(如图虚线左边所示) ,其主要由变压器、二极管桥式电路、电容构成。其中变压器采用常规的铁心变压器,并将普通的220V正弦交流电变为12V 正弦交流电,再通过二极管桥式电路进行整流和电容C1滤波。整流信号由VC1引出。在此基础上再接三端稳压器CW7812 及电容C3、C4 (如图虚线右边所示) ,这样整个电路就构成稳压电源电路。由B点提供+ 12 V的直流电压。 如图二所示，由稳压管VZ1、晶体管VT1、电阻R1、电容C2构成的晶体管电流源提供恒定电流, I C≈I E = UV Z1 - UB E1 R1。 取稳压管电压为5V ,R1为51Ω,此时I C≈100 mA ,作为电路的充电电流。 如图三所示,自动断电电路是由三极管VT2、电压跟随器A1、电压比较器A2电阻R4、R5、R6、R7、R8、R11和可变电阻R P1构成。当充电开始时,电压比较器输出高电平, V T2导通,V T1也导通,指示灯发光二极管亮,给电池充电。可以先设定转换开关为1时给一节电池充电,转换开关为2时给二节电池充电,依次类推,实现对1至4节电池充电。当电池充满时,电压比较器输出低电平,V T2截止,V T1不导通,发光二极管熄灭,充电完毕。锂离子电池智能充电器硬件方案
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