锂电池智能充电器IC芯片的设计研究

鋰離子電池智能充電器硬體的設計鋰離子電池具有較高的能量重量和能量體積比，無記憶效應，可重複充電次數多，使用壽命長，價格也越來越低。

一個良好的充電器可使電池具有較長的壽命。

利用C8051F310單片機設計的智能充電器，具有較高的測量精度，可很好的控制充電電流的大小，適時的調整，並可根據充電的狀態判斷充電的時間，及時終止充電，以避免電池的過充。

本文討論使用C8051F310器件設計鋰離子電池充電器的。

利用PWM脈寬調製產生可用軟體控制的充電電源，以適應不同階段的充電電流的要求。

溫度感測器對電池溫度進行監測，並通過AD轉換和相關計算檢測電池充電電壓和電流，以判斷電池到達哪個階段。

使電池具有更長的使用壽命，更有效的充電方法。

設計過程1 充電原理電池的特性唯一地決定其安全性能和充電的效率。

電池的最佳充電方法是由電池的化學成分決定的（鋰離子、鎳氫、鎳鎘還是SLA電池等）。

儘管如此，大多數充電方案都包含下麵的三個階段：● 低電流調節階段● 恒流階段● 恒壓階段/充電終止所有電池都是通過向自身傳輸電能的方法進行充電的，一節電池的最大充電電流取決於電池的額定容量（C）例如，一節容量為1000mAh的電池在充電電流為1000mA時，可以充電1C(電池容量的1倍)也可以用1/50C(20mA)或更低的電流給電池充電。

儘管如此，這只是一個普通的低電流充電方式，不適用於要求短充電時間的快速充電方案。

現在使用的大多數充電器在給電池充電時都是既使用低電流充電方式又使用額定充電電流的方法，即容積充電，低充電電流通常使用在充電的初始階段。

在這一階段，需要將會導致充電過程終止的晶片初期的自熱效應減小到最低程度，容積充電通常用在充電的中級階段，電池的大部分能量都是在這一階段存儲的。

在電池充電的最後階段，通常充電時間的絕大部分都是消耗在這一階段，可以通過監測電流、電壓或兩者的值來決定何時結束充電。

同樣，結束方案依賴於電池的化學特性，例如：大多數鋰離子電池充電器都是將電池電壓保持在恒定值，同時檢測最低電流。

基于集成电路的锂电池智能充电器随着科技的快速进步和创新，充电器也在不断地迭代和更新，从最初的简单插座式充电器，到后来的快充、无线充电等各种形式，充电器的应用已经广泛涵盖了我们日常生活的方方面面。

而现如今，随着电动汽车以及各类电子设备的普及，锂电池的使用也越来越多。

为了提高锂电池的充电效率和安全性，基于集成电路的锂电池智能充电器逐渐被人们所接受和使用。

下面我们来探讨一下基于集成电路的锂电池智能充电器的相关知识。

一、集成电路的概念集成电路，顾名思义便是将许多电路通过特定的设计和技术集成在同一块芯片上。

集成电路得到了广泛的应用，可以说现在的电子设备几乎都离不开它。

实际上也正是通过集成电路技术，我们才得以在如今的手机、平板电脑、笔记本电脑等设备中使用高效率的处理器、存储器、传感器、通讯模块等等。

二、锂电池的特点和优势锂电池相比于其他形式的电池，有以下几个显著的优势：1. 高能量密度：锂电池的能量密度远高于其他形式的电池，可以储存更多的能量；2. 环保：锂电池没有任何污染的危害性，对环境损害小；3. 充电效率高：锂电池的充电效率可以达到80%以上，是其他电池的两倍左右。

三、基于集成电路的锂电池智能充电器的工作原理基于集成电路的锂电池智能充电器有以下几个明显特点：1. 具有恒定的充电电流和充电电压，能够有效地保护锂电池不被过度充电和过度放电；2. 具备过流过压保护功能，可以在出现异常情况时及时切断电源，避免对设备造成损害；3. 能够对单个电池进行检测和监控，识别电池的类型和状态，从而确定恰当的充电电流和电压。

基于集成电路的锂电池智能充电器的工作原理和普通的充电器有很大的区别。

普通的充电器会根据电池的特性，设定对应的充电电压和充电电流，然后通过直流转换器将交流电转换成电池所需要的直流电。

而基于集成电路的锂电池智能充电器则利用电路板上的集成电路芯片，通过智能化的算法计算和控制充电电流和电压。

首先，充电器会先对电池进行检测，确定电池的类型和状态，并判断是否需要充电。

Electronic Technology •电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 87【关键词】智能充电器 单片机控制 MAX1898过充 欠充锂电池可以分为一次性电池和可充电电池，其中可充电电池又分为锂离子电池和聚合物电池。

锂离子电池具有放电电压平稳、使用寿命长、适用范围大的特点，因而在便携式电子产品中得到广泛使用。

目前，市场上低成本的锂离子电池充电器良莠不齐，一些产品在额定电，放电性能，安全性保护性能方面存在质量问题，这些质量问题会影响到电子产品的正常使用，严重时还可能给消费者带来人身伤害。

为此，有必要设计安全性能高，使用方便的智能锂离子电池充电器。

1 方案设计根据要求，基于MAX1898电源管理芯片和STC89C52单片机设计了可以自动监测充电过程的智能充电器。

系统框图如图1所示。

其中MAX1898完成充电功能，单片机和外围电路完成充电监测和控制功能。

2 系统实现2.1 MAX1898智能充电电路设计MAX1898是 MAXIM 公司生产的线性锂电池充电芯片，充电芯片MAX1898内部电路包括输入电流调节器电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。

外部接晶体管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%。

由该款芯片构成的典型充电电智能锂离子电池充电器的设计与实现文/王道平 何敏 王秋妍路如图2所示。

通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。

通过外接的电容C CT 来设置充电时间T CHG 。

这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容C CT 的关系如下式所示：C CT =34.33×T CHG (T CHG 的单位小时，C CT 的单位为nF)大多数情况下快充时最大充电时间不超过3小时，因此常取C CT 为100nF 。

智能单片线性锂离子电池充电器IC设计蒋正萍【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)018【摘要】Li-ion battery is widely used in the portable application for its light weight, small size, high energy density and long life. Because the method of charging affects the Li-ion battery's life, charger must have the qualities of safety, reliability, fast speed and high efficiency. Considering the cost of IC, a monolithic linear Li-ion battery charger with intelligent thermal regulation is designed by CMOS process. The trickle charge mode and intelligent thermal regulation are added in the constant-current/constant-voltage charge mode.%锂离子电池由于体积小、重量轻、能量密度高和循环寿命长等优点,在便携式设备中得到了广泛的应用.由于锂离子电池的使用寿命与锂离子电池充电器的充电方法密切相关,充电器必须安全、快速、效率高.考虑到IC的成本,采用CMOS工艺设计了一款具有智能热调整功能的单片线性锂离子电池充电器IC.在此设计的线性锂离子电池充电器IC在恒流/恒压充电模式的基础上,增加了涓流充电模式和智能热调整模式.【总页数】4页(P175-177,180)【作者】蒋正萍【作者单位】成都电子机械高等专科学校通信系,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TN919-34;TN710【相关文献】1.为便携式系统设计线性锂离子电池充电器 [J], Brian Chu2.bq25040:锂离子线性电池充电器 [J],3.基于单片机的锂离子电池充电器设计 [J], 余秋熠4.32V同步单片式单节锂离子/聚合物电池充电器 [J],5.德州仪器推出带LDO模式与热管理功能的1A bqTINY^TM锂离子电池充电器——26V单体锂离子线性充电器过压保护功能使便携式电子更安全、快速的充电[J],因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

锂电池高压充电 IC 的研究与设计[摘要]锂离子电池具有充放电快速、寿命长、功率密度大等优点，因而其逐渐占据能源市场的较大份额，并受到研究者们的广泛关注。

本文针对便携式电子产品锂电池进行研究，讨论了六种常见的充电控制方式。

［关键词］锂离子电池电流电压特性控制方式能源市场1.引言17世纪初，伏特发明了原始电池——不同金属作电极，电解质进行能量转换。

此后200年间，随着电子产品的频繁使用，人们对高能量密度的要求，促使二次电池出现。

在这个环境下，可充电性能更好的二次电池——铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池以及现在的锂电池应运而生。

锂电池问世于20世纪70年代，可大致分为金属锂电池、合金锂电池、锂离子电池。

金属锂电池和合金锂电池通常不可充电，因为它们循环性不好，容易在充电时短路。

随着人们对便携、绿色可循环的追求，这两种锂电池逐渐被淘汰。

锂离子电池因具有充电快、轻便、功率密度大及循环寿命较长的优良特性，被广泛应用于电子烟、手机、笔记本电脑等移动电子，电动自行车、电动汽车等混合交通工具，以及航空航天领域。

目前，人们通常把锂离子电池简称为锂电池锂离子电池按照正极材料可以分为：锰酸锂电池、钴酸锂电池、镍酸锂电池、磷酸铁锂电池等。

其中钴酸锂和镍酸锂的热稳定性相对要低一些，但能量密度却相对高一点。

离子电池的负极也是含锂的化合物，这样才保证了锂离子电池能够进行循环充放电。

根据电解质的形态，锂离子电池又可以分为液态电解质锂电池、固态电解质锂电池。

其中，固态电解质通常是聚合物，所以固态电解质锂电池也称聚合物锂电池。

现在新能源汽车所使用的电池就是聚合物锂电池中的三元锂电池，包括镍钴锰酸锂电池（NCM）和镍钴铝酸锂电池（NCA）。

在新能源汽车所使用的三元锂电池中，NCM占据了更大份额。

锂离子电池的量产和性能提高，离不开各国对锂离子电池进行广泛深入的研究。

1990年，索尼公司率先研发出锂离子电池，第二年就将其产业化。

尽管我国很早就开始研究锂离子电池，但在产业化进程上仍落后于日本。

锂电池充电管理芯片现在，锂电池作为一种高能量密度和长寿命的电池，被广泛应用于各种便携设备和电动车辆中。

而锂电池充电管理芯片则起到了对锂电池进行安全、高效充电的重要作用。

本文将对锂电池充电管理芯片的工作原理、应用领域和优势进行探讨。

锂电池充电管理芯片，也被称为锂电池充电管理IC，是一种集成电路芯片，能够对锂电池的充电过程进行监控和控制，确保充电过程安全、高效。

锂电池充电管理芯片通常包括电压监测、温度监测、电流控制和通信接口等功能模块。

在锂电池充电管理芯片中，电压监测模块可以实时监测锂电池的电压变化，并对其进行采样和检测。

通过电压监测模块，锂电池的电压状态可以被实时反馈，从而实现对充电过程的控制和保护。

温度监测模块则可以监测锂电池的温度情况，避免过高或过低的温度对锂电池的安全性造成影响。

电流控制模块是锂电池充电管理芯片中非常重要的部分，它可以根据锂电池的实际情况，调整充电电流的大小和方向。

通过电流控制模块，锂电池的充电速度和充满程度可以得到有效控制，从而实现锂电池的高效充电。

此外，锂电池充电管理芯片通常还会提供与其他设备进行通信的接口，如I2C、SPI等接口。

通过这些接口，锂电池充电管理芯片可以和电池管理系统（BMS）等设备进行数据传输和控制，实现对锂电池的全面管理和保护。

锂电池充电管理芯片在很多领域都有广泛的应用。

在便携设备方面，锂电池充电管理芯片可以保证手机、平板电脑等设备的安全充电和长寿命使用。

在电动车辆领域，锂电池充电管理芯片可以实现对电动车辆电池组的充电管理，确保电动车辆的行驶安全和电池寿命。

锂电池充电管理芯片相比传统充电管理方式有很多优势。

首先，锂电池充电管理芯片集成度高，能够在一个小芯片上实现多种功能模块，从而减小了电路板面积，提高了系统的稳定性。

其次，锂电池充电管理芯片具有高效、精确的充电控制和保护功能，可以有效提高锂电池的充电效率和安全性。

最后，锂电池充电管理芯片具有与其他设备进行通信的接口，能够与电池管理系统等设备配合工作，实现电池的全面管理。

I摘要锂电池由于具有体积小、质量轻、寿命长、能量密度高等优点，在便携式电子设备中得到了广泛应用。

锂电池充电器作为电源管理系统的重要组成部分，其能否为锂电池安全高效地充电，对锂电池的性能及应用来说至关重要。

为了对锂电池安全、可靠、快速、高效地充电，本文结合锂电池的基本特性以及常用的充电方法，设计了一款针对单节锂电池的充电器IC 。

本文采用了以恒流恒压充电法为基础的三阶段法：第一阶段使用小电流对电池进行预处理，对出现过放电的电池进行修复和保护；第二阶段采用较大的恒定电流对电池充电，实现快速充电的目的；第三阶段采用恒压充电，确保电池充满。

此充电器IC 的最大特点是其高适用性，可以使用各种不同的适配器和USB 端口进行供电，尤其是当其结合电流限制适配器时，兼有线性式充电和脉冲式充电的优点，使充电效率大大提高。

此外，本设计增加了芯片温度控制、电池温度检测与保护、电源状态检测和充电定时等功能等，实现了对充电过程的智能控制。

本文采用0.5µm CMOS N阱工艺，降低了成本。

通过HSPICE 仿真可知，在各种工艺角，-40℃~125℃的温度范围和4.3V~6.5V的电源电压输入范围内，电池最终充电电压达到4.1V ±0.56％。

充电器IC 结合限定电流为0.5A 的电流限制适配器进行恒流充电时，其充电效率高达96％以上。

此IC 还具有外部电路简单的特点，只需与外部少数电容、电阻配合使用，就可以完成充电功能。

文中首先对锂电池的组成及化学原理进行了简单介绍，然后介绍锂电池的特性及常用的充电方法，接着说明充电器IC 的整体结构和原理，最后着重介绍内部具体电路的设计与实现，并给出了HSPICE 仿真结果。

关键词：锂离子电池，锂聚合物电池，充电器，恒流/恒压，电流限制适配器II ABSTRACTBecause of small size, light weight, long life and high energy densities, Li-ion and Li-polymer battery have become increasingly popular in portable electronic devices.Charger is an important component in the battery power management system. In order to charge battery safely, reliably, fast and efficiently, based on the Li-ion and Li-polymer battery’s character and general charging method, a charger IC for single Li-ion or Li-polymer battery is designed.The charging mode based on the CC/CV has been adopted, in which the process has been divided into three phases. At the first phase, the battery is pre-charged with a trickle current to repair and protect the over-discharged battery; at the secondary phase, the battery will be charged by a large constant current to allow the fast charging; at the last phase, the constant voltage charging is adopted to guarantee the battery fully charged. The particular characteristic of this IC is high applicability, because its power supply can use different adapters or USB ports, especially when using the current-limited adapter, it integrates the advantages of linear charging mode and pulse charging mode, which improves charging efficiency. Besides, the modules such as the chip temperature control, battery temperature detection and protection, power status detection and charge timing are also added to the system to allow the intelligent control of the charging process.The process of 0.5µm CMOS with N well has been applied, which reduces the cost. Through HSPICE simulation, batt ery’s final float voltage reaches 4.1V±0.56% at different process corners, the temperature between -40℃ and 125℃, and input voltage between 4.3V and 6.5V. The charging efficiency is up to 96% in constant current charging phase when the IC is supplied by a current-limited adapter whose limited current is 0.5A. This IC simplifies the outside circuit so that it can accomplish all the charging functions only at the cooperation of few additional capacitances and resistances. In this paper, the composition and chemical principle of the Li-ion and Li-polymerIIIbattery are firstly presented, which are followed by their characteristic and common charging approaches introduction. And then, the whole structure and principle of thischager is illuminated. At last, the design and realization of actual circuits are emphasized, the HSPICE simulation results are provided as well.Keywords: Li-ion battery, Li-polymer battery, battery charger, CC/CV, current limitedadapterIV目录第一章绪论 (1)第二章锂电池特性及充电方法 (3)2.1锂电池的工作原理 (3)2.2 锂电池特性 (5)2.3 锂电池对充电器的要求 (6)2.4 锂电池充电方法 (7)第三章锂电池充电器IC 的系统分析与设计 (11)3.1锂电池充电器IC 系统的主要功能与特点 (11)3.2锂电池充电器IC 系统电路的设计 (14)第四章锂电池充电器IC 内部电路的设计与实现 (18)4.1带有欠压闭锁功能的基准电压源的设计与实现 (18)4.1.1 基准电压的设计考虑 (18)4.1.2 带隙基准的原理 (19)4.1.3 欠压闭锁电路的设计与实现 (20)4.1.4 2.8V基准电压的设计与实现 (24)4.1.5 可精确微调的基准电压源 (28)4.2精确可调的基准电流源的设计与实现 (32)4.2.1 基准电流源结构的选择 (32)4.2.2 基准电流源电路的设计与实现 (34)4.3 充电电流编程模块的设计与实现 (36)4.3.1 充电电流IREF 的设定 (37)4.3.2 终止充电电流IMIN 的设置 (40)4.4 恒流充电的设计与实现 (42)4.5 恒压充电的设计与实现 (48)4.6 温度控制电路的设计与实现 (52)V4.6.1 电池温度控制电路的设计与实现 (52)4.6.2 芯片温度控制电路的设计与实现 (54)4.7 定时电路的设计与实现 (57)4.7.1 振荡器的设计与实现 (57)4.7.2 计数器的设计与实现 (61)4.8其它电路的设计与实现 (65)4.8.1 启动模块的设计 (65)4.8.2 电流采样电路的设计 (66)4.9 整体电路的仿真与验证 (67)4.9.1 锂电池充电过程的仿真 (67)4.9.2 锂电池最终充电电压的仿真 (69)4.9.3 锂电池充电电流的仿真 (71)4.9.4 漏电流的仿真 (72)4.9.5 性能参数表 (73)第五章结论 (75)致谢 (76)参考文献 (77)攻硕期间取得的研究成果 (79)1第一章绪论锂电池最早出现于1958年[1]，20世纪70年代进入实用化。

可编程锂动力电池充放电管理芯片的研究与设计的开题报告一、论文题目可编程锂动力电池充放电管理芯片的研究与设计二、选题依据随着电动汽车技术的发展，锂电池已成为电动汽车主要的能量来源之一。

锂电池的性能与寿命取决于其充放电管理系统的质量，因此充放电管理芯片是锂电池充放电系统中的重要组成部分。

当前常见的电池管理系统由固定的充放电参数和保护措施组成，无法根据用户实际需求进行个性化调整和优化。

此外，充放电管理系统的高成本也制约了电池技术的普及。

本文旨在研究一种可编程的锂动力电池充放电管理芯片，该芯片可以根据用户需求实时调整充放电参数，实现充放电管理的个性化和优化，并在成本上具有优势。

该研究对于促进电动汽车技术、降低能源消耗和环境污染，具有重要的实际应用价值。

三、研究目标本文的研究目标包括：1.设计一款可编程的锂动力电池充放电管理芯片，实现充放电管理的个性化和优化。

2.研究开发充放电管理芯片的算法和软件，实现对芯片的编程和控制。

3.进行充放电管理芯片的功能和性能测试，验证其可行性和效果。

四、主要研究内容1.锂动力电池充放电管理介绍：介绍锂电池充放电管理的原理、组成和目前存在的问题。

2.可编程锂动力电池充放电管理芯片的研究与设计：研究开发一款可编程的锂动力电池充放电管理芯片，实现充放电管理的个性化和优化。

3.充放电管理芯片的算法和软件设计：研究开发充放电管理芯片的算法和软件，实现对芯片的编程和控制。

4.充放电管理芯片的性能测试：进行充放电管理芯片的功能和性能测试，验证其可行性和效果。

五、研究方法本论文采用文献资料法、理论研究法和实验研究法。

首先，通过文献资料法了解锂电池充放电管理的原理和现状，为研究可编程锂动力电池充放电管理芯片提供理论依据。

其次，采用理论研究法，对可编程锂动力电池充放电管理芯片的设计进行深入分析和探讨，确定其设计方案和关键技术。

最后，采用实验研究法，进行充放电管理芯片的功能和性能测试，验证其可行性和效果。

电池充电基础知识锂离子充电器IC是调节电池充电电流与电压的设备，常用于便携式设备，如手机、笔记本电脑和平板电脑等。

与其他化学成分的电池相比，锂离子电池是能量密度最高的电池之一，其单节电池提供的电压更高，承受的电流也更大，而且在电池满电时无需涓流充电。

不过，锂离子电池没有记忆效应，这意味着它不会“记住”在电量完全耗尽之前剩余的电量。

锂离子电池必须采用特殊的恒流恒压 (CC-CV) 充电曲线进行充电，充电曲线可根据电池温度和电压水平自动调整。

充电曲线充电曲线是锂离子电池的一项基本特性，它描述了电池充电时，电池的电压和电流如何变化。

为简化起见，充电曲线可以通过一个坐标图来表达，其X 轴表示时间，Y 轴表示电池电压或电池电量。

通过该曲线可以洞见电池的安全特性，并了解如何优化电池充电。

MP2759A是MPS提供的一款高集成度开关充电器IC，专为 1 至 6 节串联锂离子或锂聚合物电池应用而设计。

图 1 所示为MP2759A 的充电曲线。

图1: MP2759A的充电曲线锂离子电池遵循相对常见的充电曲线，下面将进行详细的描述。

需要注意，如果充电器 IC 提供可配置功能，设计人员将能够为这些充电阶段设置自己的阈值。

由于大多数电池制造商只为不同的最大充电电流水平设定同一阈值，因此阈值可配置功能非常有用。

可配置的阈值能够提供一层额外的安全保护，保护电池免受过压、过热条件以及过载的影响，从而避免电池的永久损坏或容量降级。

1.涓流充电：涓流充电阶段通常只在电池电压低于一个极低水平（约2.1V）时采用。

在这种状态下，电池组的内部保护IC 可能由于深度放电或发生过流事件已经断开了电池。

充电器IC 提供一个小电流（通常为50mA）为电池组的电容充电，以触发保护IC ，合上其FET重新连接电池。

虽然涓流充电通常只持续几秒钟，但充电器IC 仍然需要集成一个定时器。

如果电池组在一定时间内未重新连接，则定时器停止充电，因为这表明电池已损坏。

锂离子电池智能充电控制器的研究与设计摘要：本文论述了一种先进的锂离子电池充电控制器设计：在充电前检测电池的电压值，再对电压过低的电池进行涓流充电。

当电池最终浮充电压达到4.2V时，充电过程终止，整个过程由低功耗MCU 进行控制。

在检测到温度升高时，内部的热限制电路将自动减小充电电流。

再结合专用的控制执行和保护电路，实现了锂离子电池充电控制的智能化。

该设计通过了理论分析与实物制作测试，证明了该设计可行、可靠。

关键字：锂电池；充电；保护电路；MCU1 引言便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代，而便携设备的一个重要供电方式是采用电池供电，锂电池是近十几年才发展起来的一种新型电源。

聚合物锂离子电池在电子消费类产品中有广泛的应用，要求设计出一款通用型的锂离子电池充电控制器，能对较大容量的电池（2000mAh以上）进行智能充电。

对锂离子电池的充电特性进行研究，设计出充电控制电路，充电过程以LED指示灯显示。

锂离子电池在各类电子产品中获得了广泛的应用，所以该课题的设计具有较强的实际意义。

具体设计细节指标如下：（1）对锂离子电池的充电特性进行研究；（2）正确设计充电控制电路及保护电路；（3）完成电路原理图设计；（4）完成系统的调试分析。

2 锂离子电池的充电特性和充电方法2.1 锂离子电池充放电特性在电压方面，锂电池电池对充电终止电压的精度要求很高，误差不能超过额定值的1%。

终止电压过高，会影响锂离子电池的寿命，甚至造成过充电现象，对电池造成永久性的损坏;终止电压过低，又会使充电不完全，电池的可使用时问变短。

.图2.2显示了充电终止电压对电池寿命的影响。

可以看到，充电终止电压越高，电池寿命越短，4.2V是充电曲线函数的拐点。

因此，结合充电终止电压对电池容量和电池寿命的影响，一般将充电终止电压设定在4.2V。

2.2锂离子电池充电方法这款充电器采用恒流恒压的充电方案。

在CC/CV充电器中，充电通过恒定电流开始。

随着手持设备业务的不断发展，对电池充电器的要求也不断增加。

要为完成这项工作而选择正确的集成电路 (IC)，我们必须权衡几个因素。

在开始设计以前，我们必须考虑诸如解决方案尺寸、USB标准、充电速率和成本等因素。

必须将这些因素按照重要程度依次排列，然后选择相应的充电器IC。

本文中，我们将介绍不同的充电拓扑结构，并研究电池充电器IC的一些特性。

此外，我们还将探讨一个应用和现有的解决方案。

锂离子电池充电周期锂离子电池要求专门的充电周期，以实现安全充电并最大化电池使用时间。

电池充电分两个阶段：恒定电流 (CC) 和恒定电压 (CV)。

电池位于完全充满电压以下时，电流经过稳压进入电池。

在CC模式下，电流经过稳压达到两个值之一。

如果电池电压非常低，则充电电流降低至预充电电平，以适应电池并防止电池损坏。

该阈值因电池化学属性而不同，一般取决于电池制造厂商。

一旦电池电压升至预充电阈值以上，充电便升至快速充电电流电平。

典型电池的最大建议快速充电电流为1C(C=1 小时内耗尽电池所需的电流)，但该电流也取决地电池制造厂商。

典型充电电流为~0.8C，目的是最大化电池使用时间。

对电池充电时，电压上升。

一旦电池电压升至稳压电压(一般为4.2V)，充电电流逐渐减少，同时对电池电压进行稳压以防止过充电。

在这种模式下，电池充电时电流逐渐减少，同时电池阻抗降低。

如果电流降至预定电平(一般为快速充电电流的10%)，则终止充电。

我们一般不对电池浮充电，因为这样会缩短电池使用寿命。

图1 以图形方式说明了典型的充电周期。

线性解决方案与开关模式解决方案对比将适配器电压转降为电池电压并控制不同充电阶段的拓扑结构有两种：线性稳压器和电感开关。

这两种拓扑结构在体积、效率、解决方案成本和电磁干扰 (EMI) 辐射方面各有优缺点。

我们下面介绍这两种拓扑结构的各种优点和一些折中方法。

一般来说，电感开关是获得最高效率的最佳选择。

利用电阻器等检测组件，在输出端检测充电电流。

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 chargerAbstractLithium 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目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2锂离子电池的工作原理 (2)1.3锂离子电池的电特性及充电方式 (3)1.3.1 锂离子电池的充放电特性 (3)1.3.2 锂电池的充电方法 (4)1.4课题意义 (7)第二章系统的硬件设计 (8)2.1系统的整体设计方案 (8)2.2充电电路的设计与实现 (10)2.2.1 单片机选型 (10)2.2.2 电源模块的设计 (11)2.2.3 单片机外围电路的设计 (12)2.2.4 快速转换器的设计 (13)2.2.5 快速调节器操作 (14)2.2.6 选择快速转换器的电感 (15)2.2.7 JTAG口设计 (15)2.3锂离子电池的充电过程 (17)2.4充电过程参数控制 (18)第三章PCB板布线 (20)第四章系统的软件设计 (22)4.1系统软件设计的组成部分 (22)4.1.1 主程序 (22)4.1.2 校准ADC子程序 (24)4.1.3 监测电池子程序 (25)4.1.4 快速充电子程序 (26)4.1.5 低电流充电子程序 (27)4.1.6 关闭PWM子程序 (28)4.1.7 测量子程序 (28)4.1.8 调节电压子程序 (29)4.1.9 调节电流子程序 (30)4.1.10 中断服务程序 (31)4.2系统软件调试 (32)第五章结论 (34)参考文献 (35)附录A 锂电池充电器原理图 (36)附录B 锂电池充电器的PCB板 (37)附录C 锂电池充电器程序设计 (38)致谢 (58)第一章绪论1.1 课题背景随着信息技术的迅猛发展，信息化正以不可思议的速度渗透到各个领域，电池作为一项传统产业，正经历着前所未有的变革，特别是在通信、动力及军用领域，对电池均有新的要求，为了满足市场的需求，智能电池应运而生。

华中科技大学硕士学位论文锂电池线性充电芯片系统研究与设计姓名：程涛申请学位级别：硕士专业：半导体芯片系统设计与工艺指导教师：刘政林20070527华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘 要锂离子电池已经成为当今许多电子产品的标准电源，尤其是笔记本电脑、移动电话和数码相机等便携式电子设备的应用中。

锂电池有工作电压高、能量密度大、自放电率小等优良特性。

但锂电池对自身的电压很敏感，过充或过放都会影响其正常工作。

因此，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有着至关重要的作用。

针对上述问题，这里从锂电池的结构及化学原理着手，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，提出了锂电池充电中应注意的问题。

并在此基础上设计了一款针对单节锂电池的线型充电器芯片。

目前锂电池充电方法主要有四种：恒流充电、恒压充电、恒流恒压充电和脉冲充电。

在对锂电池快速充电原理和目前各种充电方法研究的基础上，本文选择恒流恒压充电法，即在充电初期采用较小的电流对电池进行预处理，对出现过放电的电池进行修复和保护；然后采用较大的恒定电流对电池充电，实现快速充电的目的；最后采用恒定电压充电，确保电池充满。

文章介绍了锂电池充电芯片设计所需基础，并根据实际应用确定了充电芯片的系统构架，提出了锂电池的宏模型。

讨论了高精度思想在芯片中的应用及实现，重点介绍了充电控制电路的设计与实现。

芯片采用CSMC 0.6μm CMOS工艺，使用Spectre进行仿真，仿真结果表明芯片可以实现预先设定的各项功能及性能指标。

关键词：锂离子电池，充电器，线性，恒流恒压，CMOS华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文AbstractLi-Ion batteries are the standard power source for today's electronic products, especially for portable appliances such as notebook computers, mobile phones, and digital cameras. Li-Ion battery has advantages such as high operation voltage, high power density and little self-discharge rate. However, it’s very sensitive to the voltage of itself. Over charge or over discharge will cause problems to the normal operation. Thus, a charger with safe, reliable, fast and high efficiency is important for the performance and application of the battery. In this thesis, the chemic structure, performance and charging scheme of Li-ion battery are studied. And based on the effect of charging process, some problems are introduced, and as a solution, a linear charger IC for single Li-ion battery is designed.So far, there are four primary approaches for the charging of Li-Ion battery: Constant Current (CC) mode, Constant Voltage (CV) mode, Constant Current Constant Voltage (CC/CV) mode and Pulse mode. Following the operational principle of the Li-ion battery fast-charging and the existing charging approaches, we choose CC/CV mode here. Pre-charge the battery with a trickle current at the initial of charging cycle to fix and protect the over-discharged battery. After that, the battery will be charged with a large constant current to allow fast charging. Finally, the constant voltage charging is adopted to guarantee the battery be charged to its full capacity.In this thesis, the basic knowledge about Li-Ion battery charger is introduced first, then, the system structure and a Li-Ion battery macro mode is described. After that, the idea about high precision is discussed. Finally, the charge control circuit design and realization are emphasized. The charger IC is based on CSMC 0.6μm CMOS process, and the Spectre simulation results indicate that performances of the charger meet the prospective specifications perfectly.Keywords: Li-Ion battery charger linear CC/CV CMOS独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

南阳理工学院本科生毕业设计(论文)学院：电子与电气工程学院专业：自动化学生：张玉坤指导教师：尹应鹏完成日期 2014 年 5 月南阳理工学院本科生毕业设计（论文）智能锂电池充电器设计Design of Smart Li-ion Battery Charger总计：30 页表格： 2 个插图：14 幅南阳理工学院本科毕业设计（论文）智能锂电池充电器设计Design of Smart li-ion Battery Charger学院：电子与电气工程学院专业：自动化学生姓名：张玉坤学号：1209624034指导教师（职称）：尹应鹏（讲师）评阅教师：完成日期：南阳理工学院Nanyang Institute of Technology智能锂电池充电器设计自动化专业张玉坤［摘要］充电器已经在我们的日常生活中普遍应用，随着移动设备的发展，可充电电池已经成为移动设备电源的必要器件，相配套的充电器和可对多种电池充电的充电器的市场需求量也逐渐上升。

本次设计采用MAX1898作为智能充电芯片，通过单片机控制可以实现预充，快速充电，恒压充电以及蜂鸣报警等智能化充电过程。

另外还可以监控充电过程中的各个状态。

实现电路电路简单，成本较低，而且充电效果很好，包括安全性高，耗时短，对电池损坏小，满足一般用户的要求。

［关键词］充电器；智能；单片机；MAX1898Design of Smart li-ion Battery ChargerAutomation Specialty ZHANG Yu-kunAbstract:Chargers have been widely applied in our daily life and with the development of mobile devices, rechargeable batteries have become mobile equipment necessary components, the market demand of the charger corresponding and charging to various battery is rising gradually.The design uses a lithium battery smart charger MAX1898 chip, chip control can be achieved by pre-charging, fast charging, constant voltage charging and buzzer alarm and other intelligent charging process.It also can monitor each state in the process of charging.Realizing circuits is simp, low cost, and charging effect is very good, including high security,little time-consuming , meet the requirements of general users.Keywords：The charger;intelligent；Single chip microcomputer；MAX1898目录1 引言 (3)2 方案设计和论证 (3)2.1 设计任务及要求 (3)2.2 方案设计与论证 (4)2.2.1 充电控制芯片的选择 (4)2.2.2 电池充电芯片的选择 (5)3 硬件电路介绍 (5)3.1主控制芯片STC89C52介绍 (5)3.1 STC89C52单片机引脚及说明 (6)3.2 MAX1898特性介绍 (8)3.2.1 MAX1898芯片引脚及说明 (8)4 系统软件设计和调试 (11)4.1 单元电路设计 (11)4.1.1 单片机模块电路 (11)4.1.2 充电器充电控制电路设计 (12)4.2 总电路设计 (12)5系统程序设计 (13)5.1 程序设计概述 (13)5.2 程序流程图 (14)6 系统硬件设计和调试 (17)6.1 电路图设计介绍 (17)6.2 硬件电路制作 (18)6.3 系统电路软、硬件连调 (20)总结 (23)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (26)1 引言随着社会信息化过程的快速发展对电力、信息系统的安全稳定高效运行提出了更高的要求。

摘要随着手机的普及，手机充电器已经成为现代家庭中常用的电器之一。

虽然手机的品牌和型号众多，各种手充电器形状和接口不同，但它们的原理和功能基本一样，电路结构大同小异。

所有手机充电器其实都是由一个稳定电源加上必要的恒流、限压、限时等控制电路构成。

本论文将以单片机和充电芯片MAX1898为核心来构建一种智能充电器。

对基于单片机的充电器的智能部分的设计与实现的研究，是本论文研究的主要任务。

本论文的重点有两方面内容:1.充电的实现；2.智能化的实现。

论文共分为五章。

第一章是绪论部分。

综述了电池、充电知识与充电器，提出了本论文的研究内容以及系统设计的目标。

第二章是手机锂电池智能充电器的硬件结构设计部分，该部分是本论文的重点之一。

首先介绍了设计思路和主要器件，然后详细地介绍了手机锂电池智能充电器硬件部分的总体结构设计和各部分电路的设计,并给出了相应原理图。

第三章是手机锂电池智能充电器软件设计部分，该部分是本论文的另一个重点。

这一章详细地介绍了手机锂电池智能充电器软件的总体构架及程序说明；最后介绍了主要功能的具体实现。

第四章是系统实现及调试部分。

这一章主要介绍了软硬件调试环境，调试过程，调试中碰到的问题及其解决方法，并给出了系统部分调试的结果。

最后一章后对本文的研究内容做了总结，并对基于单片机的手机智能充电器的发展作了展望。

关键字：智能充电器；MAX1898；预充；充电保护；充电报警。

AbstractAs the popularization of the mobile phone, the mobile charger becomes the universal electric appliance in family. Although the difference of the brands and models exists, the principle and function of mobile phone and mobile charger are similar, and their circuits are also resemblance. The entire mobile phone charger contains a constant voltage source and some circuits that contains the constant current, limit voltage or limit time. In this thesis, an intelligent charger with the center of MCU and a charge chip MAX1898 is elaborates. The main task of the project is the design and realization of an intelligent phone charger based on the MCU.The emphasis of this thesis contains two parts: first, realization of charge, second, realization of intelligence. There are five chapters composed this thesis.The first part is preface. It elaborates the knowledge about battery, charger and how to charge the battery. It also introduces the task of the project and the purpose of this design.The second part introduces the hardware construction of the designed intelligent mobile telephone charger for Lithium battery. It is one of the emphases of this thesis. It introduces the design’s thought and the main chips, and then, introduces the main construction and all parts of the circuit in detail. It also gives the principle schemes.The third chapter is another emphasis of this thesis. It is software design of mobile phone battery charger. This part introduces the main construction and procedure of the charger in detail. It introduces how to realize the function at last.The forth part introduces how to realize and debug this charge system. It contains the environment of debugging hardware/software, debugging procedure, the problem that will be found in debug and how to deal with it and also gives some result of debugging.The last chapter is to summarize this research and gives the prospect of MCU’s mob ile phone intelligent charger.Keywords:intelligent charger; MAX1898; pre-charge; charge protect;charge alarm.目录第1章绪论 (1)1.1 充电电池简介 (1)1.1.1 电池定义 (1)1.1.2 电池充电 (1)1.1.3 常见充电电池 (3)1.2 充电知识简介 (4)1.2.1 充电方法 (4)1.2.2 快速充电的基本原理 (4)1.3 充电器知识简介 (5)1.3.1 充电器要求 (5)1.3.2 充电终点控制方法 (5)1.4 手机锂电池充电知识简介 (6)1.4.1 锂电池 (6)1.4.2 锂电池充电 (7)1.4.3 现代锂离子电池充电器 (7)1.5 本课题的设计任务 (8)第2章手机锂电池智能充电器硬件设计 (9)2.1 设计思路分析 (9)2.1.1 充电器的智能化要求 (9)2.1.2 充电器智能化实现 (9)2.2 主要器件及其功能 (9)2.2.1 AT89C51引脚说明 (9)2.2.2 MAX1898引脚说明 (11)2.2.3 6N137引脚说明 (13)2.3 电路原理图及说明 (14)2.3.1 单片机电路 (14)2.3.2 电压转换及光藕隔离部分电路 (15)2.3.3 充电控制电路 (15)2.4 充电过程 (16)2.4.1 预充 (16)2.4.2 快充 (16)2.4.3 满充 (16)2.4.4 断电 (17)2.4.5 报警 (17)第3章手机锂电池智能充电器软件设计 (18)3.1 实现功能 (18)3.2.1 流程图一 (18)3.2.2 流程图二 (19)3.2.3 流程图三 (19)3.3 程序说明 (21)第4章系统调试 (24)4.1 硬件调试 (24)4.2 软件调试 (24)第5章展望 (25)5.1 设计总结 (25)5.2 智能充电器发展展望 (25)结束语 (26)致谢词 (27)参考文献 (28)附录一：原理图 (29)附录二：PCB板图 (31)附录三：程序 (32)中国地质大学学士学位论文第1章绪论1.1充电电池简介1.1.1 电池定义电池的应用从来没有像现在这么广泛。

智能锂电池充电器的设计与实现范雪;张爱良【摘要】设计一种新型锂电池智能充电器,对充电器的硬件电路进行了设计,选取了控制器芯片及电源管理芯片,并对芯片的关键电路部分进行原理图的设计;搭建了软件流程图及框架,根据智能充电器工作流程获得智能充电器的曲线,并用VS2015设计了智能充电流程上位机监控界面.实验结果表明:智能充电器充电速度与充电效率都有了明显提高,并且充电曲线完整,适用于工生产需求.%Design a new type of li-battery smart charger,which designs the hardware circuit,selects micro-controller and power management chip,and designs part of the key chip circuit schematic diagram.It sets the software flow chart and the framework,and gets the charging curve of smart charger and designs the monitor interface of the smart charging steps by VS2015 software.The experimental results show that the speed and the efficiency of the smart charger improves obviously,and is completely suitable for the production requirements.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)002【总页数】4页(P181-184)【关键词】智能充电;微处理器控制;电源管理;电流控制【作者】范雪;张爱良【作者单位】无锡工艺职业技术学院电子信息系,江苏宜兴214206;无锡工艺职业技术学院电子信息系,江苏宜兴214206【正文语种】中文【中图分类】TP368传统铅酸蓄电池在电动车及机动车中应用范围最广，但其重量大、环保性差、充放电存在记忆性及易失水、漏液导致失效、耐用性差等缺点使其在使用过程中存在短板，因此，节能环保的锂电池已经有逐渐取代蓄电池的趋势[1]。

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。

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。

但是，锂离子电池的不足之处在于对充电器要求比较苛刻,需要保护电路。

锂离子电池要求的充电方式是恒流恒压方式,为有效利用电池容量,需将锂离子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。

因此，安全有效的智能型锂离子电池充电器对于锂离子电池来说就是必须而且是必要的。

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。

可实现恒流、涓流等充电过程，具备容量、残压检测功能，具备故障监测和报警功能。

实用软件方面，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：充电器；恒流充电；涓流充电；单片机AbstractLithium ion battery is being widely used in portable device for their high energy density and long cycle life. Safe, reliable, fast and efficient charger play a role in the performance and application of the battery. But, the shortage of lithium ion batteries in the request to the charger is hard, and it need a protective circuit. Lithium ion battery required charging mode is constant voltage way. For the effective use of battery capacity, the lithium ion battery should be charged to maximum voltage.But overvoltage charging will cause damage to the battery , which requires high control precision. In addition, the battery of low voltage need to percharge. chargers with thermal protection and time protection provide additional protection for the battery. Therefore, safe and effective intelligent lithium ion battery charger for lithium ion battery is needed and it is necessary.In hardware, the design achieves the hardware detail circuit including the system voltage, current, temperature sampling circuit and function keys. It can achieve the process of constant-current charge and trickle charge and have the capacity and pressure testing function. 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 ensure the safety and reliability of the system. The design can improve the intellectualization level of the battery charger, realize the control to the charge process more precisely, protect the battery and extend it's life.Key Words: charger; constant-current charge; trickle charge; single chip microcomputerI目录绪论 (1)第1章电池的充电方法与充电控制技术 (4)1.1 电池的充电方法和充电器 (4)1.2 充电控制技术 (8)第2章硬件设计 (11)2.1主要器件 (11)2.2 MAX1898充电芯片 (13)2.3 单片机电路 (15)2.4 电源产生电路 (18)2.5 充电控制电路 (19)2.6电路原理图和说明 (24)第3章软件设计 (27)3.1 测量数据 (27)3.2单片机控制程序设计 (27)3.3 上位机处理程序设计 (27)3.4程序功能 (28)3.5主要变量说明 (28)3.6 程序流程图 (28)第4章系统的稳定性设计 (32)4.1 传感器的使用 (32)4.2 芯片稳定性控制 (33)展望 (34)致谢 (35)参考文献 (36)附录 (37)附录1：系统原理图及PCB图 (37)附录2：系统程序 (38)II绪论电池是一种化学电源，是通过能量转换而获得电能的器件。