锂离子电池的充电器设计

摘要电动自行车是绿色节能的交通工具，在节能环保的发展进程中电动自行车满足了消费者出行半径增大的需求。

另外，电动车电瓶采用锂电池越来越多。

利用开关电源实现对锂电池高效率充电是目前的发展趋势。

本设计通过认真调查锂电池充电注意事项，电动车用锂电池充电过程和充电曲线，综合运用了反激式开关电源技术，对电动车用锂电池充电器做了具体设计。

电路主要包括整流滤波电路、功率变换电路、稳压电路、恒流电路，充电指示电路，实现对锂电池分四个阶段高效率安全充电。

充电过程分微弱电流调节充电阶段，恒流充电阶段，恒压充电。

主电源部分采用线性光耦改变电流型PWM控制集成芯片UC3842中误差放大器的输入误差电压，实现稳压充电。

恒流电路实现对锂电池恒流充电。

电路设计满足客户要求，成本低廉。

关键词：反激式开关电源；锂电池充电器；UC3842；恒流充电AbstractElectric bike is a green energy-saving means of transport, energy-saving environmental protection in the process of development of electric bike to meet the consumer demand for travel radius.In addition, the electric bike battery using lithium batteries is increasing. Use of switching power supply to achieve high efficiency on the lithium battery charge is the current trend.The rechargeable lithium battery design through careful investigation note, lithium batteries for electric vehicle charging process and charge curves of the integrated use of a flyback switching power supply technology, lithium battery charger for electric vehicles to do a specific design.Circuit includes a rectifier filter circuit, power converter, voltage regulator circuit, the current circuit, the charging indicator circuit, charging in four phases of the lithium batteries safely and efficiently. Charging process comprises weak charge current regulation phase, constant current charging phase, constant voltage charging. The main power to change the input error voltage of the error amplifier in Current-mode PWM control IC UC3842 to achieve voltage regulation. Constant current circuit of the constant current charging lithium batteries. Circuit design meet customer requirements, and low cost.Keywords: flyback switching power supply; lithium battery charger; UC3842; constant current charging目录摘要 (I)Abstract......................................................................................................................................................... I I1 绪论 (1)1.1 电动车的发展概况 (1)1.2 锂电池简述 (1)1.3开关电源的产生与发展 (2)1.4 设计目的和要求 (3)1.5 主要设计内容 (3)2 开关电源概述 (4)2.1 隔离式高频开关电源 (4)2.2 本设计所用术语 (5)2.3 开关电源与线性电源 (5)2.4 开关电源能量损耗和寿命 (6)2.5 开关电源分类 (7)3 反激式开关电源 (8)3.1 反激式开关电源原理 (8)3.2 主要器件简介 (11)3.2.1 UC3842芯片简介 (11)3.2.2 TL431简介 (15)3.2.3 PC817光耦简介 (16)3.3 UC3842常用的电压反馈电路 (16)3.3.1 输出电压直接分压作为误差放大器的输入 (16)3.3.2 辅助电源输出电压分压作为误差放大器的输入 (18)3.3.3 采用线性光耦改变误差放大器的输入误差电压 (19)4 总体设计 (21)4.1电路组成 (21)4.2系统实现功能 (22)5 主电源部分设计 (23)5.1 输入电路 (23)5.1.1 输入浪涌电流保护 (23)5.1.2 输入尖峰电压保护 (24)5.2 输入滤波电路 (25)5.2.1 差模干扰和共模干扰概念 (25)5.2.2 滤除干扰信号 (25)5.3 变压器设计 (26)5.3.1变压器功能 (26)5.3.2磁芯饱和问题 (26)5.3.3 变压器设计步骤 (28)5.4 RCD箝位电路设计 (32)5.4.1 RCD箝位电路意义 (32)5.4.2 RCD箝位电路设计步骤 (33)5.5开关管选择 (34)5.6输出滤波器 (34)6控制电路设计 (35)6.1低电流调节控制电路 (35)6.2恒流电路 (36)6.3充电指示电路 (37)总结 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录1 本设计电路原理图 (41)附录2 本设计PCB图 (42)1 绪论1.1 电动车的发展概况电动自行车是绿色节能的交通工具，在城市化发展的进程中电动自行车满足了消费者出行半径增大的需求。

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。

０
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ｌｈｕ ｈ ｄ ｏ ｉｍ ａｔｒ ；Ｓ Ｍ ；ｃ ａｇ ｒ ｉ ｉｍ ｙ ｒｎｕ ｂ ｔ ｙ Ｃ ｔ ｅ ｈ ｒｅ
针 对锂离子 电池不 同 的型 号 、 产 厂家 、 生 应用 范
锂 离子 电池 在使用 中不可过 充 、 过放 ， 则将损 否
围及极 性 ， 锂离子 电池 的特性及 充放 电 曲线 确定 根据 充 电器 的技 术参数 ， 一种通用 的锂 离子充 电器 。 设计
压充电， 当电池充 足 电后 ， 入 涓流充 电过 程 。充 电 进
图 １ 系统 框 架 设 计
（ ）锂离 子 电池 的充放 电特性 ２ １ ）放 电特性
曲线如 图 ３所示 。
（ ）系统技 术参 数 ３ 根据 图 ２和图 ３设 定本 系统 参数 ， 图 ４所 示 。 如
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１ ０・
煤
矿
机
电
２０ ０６年第３期
锂 离 子 电池通 用充 电器 的设 计
朱 旋 ， 阳名 三 欧
（ 安徽 理工大学 ， 安徽 淮南 ２ ２０ ） ３ ０ １
摘 要 ： 本 文设 计 一种通用 锂 离子 充 电器 ， 只要用 户手册 上 电池 的特 性 参 数和 充 、 电 曲线 与设 放 计 的充 电器 相 同 ， 可 以利 用 它进行 充 电பைடு நூலகம்， 就 以克 服 专用充 电器 的不足 。
２０ ０６年第 ３期
煤
矿
机 电
入 ， Ｏ 口可 直 接 驱 动 Ｌ Ｄ 数 码 管 ， 有 １～２路 Ｉ ／ Ｅ 且
Ｐ ＷＭ 输 出（ Ｃ ） ＣＰ 。
（ ）系统功 能 ２
１ ）指示 灯 电路

3.6 V/7.2 V锂离子电池智能充电器设计作者：宋金华吴林谢启少来源：《物联网技术》2019年第09期摘要：部分手持式电子产品中带有3.6 V/7.2 V锂离子电池，文中针对3.6 V/7.2 V锂离子电池的充电器进行设计。

该充电器的主要特点：充电器在单片机8051F330的控制下具有自动识别充电端口电池规格、自动完成充电、实时监测充电状态并以充电指示灯指示充电状态功能;具有充电器故障告警和故障保护功能，当电池失效时指示灯闪烁告警;充电器具有操作简单、工作稳定、智能可靠等优点。

关键词：锂离子电池;单片机;自动识别;指示灯;充电器;AC/DC中图分类号：TP39;TM464 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2019）09-0-020 引言充电器是为电池充电的设备[1-2]，多选用3.6 V和7.2 V规格的锂离子电池[3]。

电子产品一般匹配两套充电设备，且充电器本身不具有充电状态识别、显示、控制功能，电池充满与否依赖电子产品内部自带的电源管理程序控制。

该类普通充电器通用性弱、可靠性低，因电池极易过充而引起的电池损耗较大。

针对市场上充电器存在的缺陷，本文设计了一款智能充电器，能够自动识别插入槽内的电池规格，自动完成充电并指示充电状态。

既能给3.6 V锂离子电池充电又能给7.2 V锂离子电池充电，当电池失效或者电路故障时，会有红灯闪烁告警。

充满后自动关闭且指示灯变绿。

1 智能充电器结构图1所示为智能充电器的结构，在智能充电器内，除了具有普通充电器具备的AC/DC模块外，还具有微机单元（8051F330）控制充电状态功能，8051F330通过采样得到充电端口电压和充电电流，再与程序设置的电压电流比较、判断、控制电子开关2SC945通断来控制充电与指示灯显示状态。

充电端口根据识别电池规格自动切换3.6 V或7.2 V电池充电，并由对应的指示灯显示。

2 单片机8051F330控制程序设计智能充电器程序流程如图2所示。

基于BQ24060的锂离子电池充电器的设计锂离子电池充电器的发热问题向来是工程师在举行锂离子电池充电器设计时的难点之一，假如设计不周密，会带来平安问题。

从电量和容量两方面来讲，锂离子电池的能量密度都很大，因此广泛应用于便携式设备，如PDA、MP3、手机、数码相机等。

因为高集成度线性电池充电器容易易用、成本低、体积小，因此广泛应用于为单体锂离子电池充电。

但是，假如用不具备热调整功能的适配器给便携式系统锂离子电池充电，线性充电器的散热难题就会凸显出来，难以保证在平安散热范围内工作。

这里介绍一种基于TI公司的锂离子电池充电器专用芯片BQ24060、支持热调整庇护功能的锂离子电池充电器的设计办法。

它不仅能够使工程师完美散热方面的考虑，同时还能极大化充电率，尽可能缩短充电时光，同时具备输入过压庇护(VOP)功能。

有着较强的有用性。

1 BQ24060芯片功能特点BQ24060是TI公司的一个高集成的锂离子电池充电管理IC，其功能引脚1所示，表1介绍了各引脚功能。

BQ24060提供能在有限空间里完成多功能的、平安的满充电的锂离子电池充电器设计，其内部集成了1 A功率FET以及，因而能够承受高达26 V的输入。

该产品还提供具备独特平安与低压降特性的全面充电管理功能，以延伸电池用法寿命。

BQ24060可以使锂离子电池分三阶段举行充电：预充电方式、恒流热调整充电方式、精确恒压充电方式。

充电终止是基于一个最小电流。

内部可编程充电定时器为充电终止和在热调整状态动态调整提供平安保障。

BQ24060充电算法缩短了充电时光，实现了总充电量的最大化，并可庇护电池免遭过热损坏或电损坏。

当电池电压降到内部阈值以下时，BQ24060会重新开头充电，假如去除外部输入电源，那么就会进入低功耗睡眠模式。

BQ24060集成了反向阻断庇护机制，以避开在没有DC第1页共6页。

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-batteryAbstractThis 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目錄1 引言 (2)1.1 课题研究背景 (2)1.2充电器功能描述 (3)2 系统设计框架与技术参数 (4)2.1 系统设计框架 (4)2.2 锂离子电池特性 (5)2.2.1 锂离子电池参数特性 (5)2.2.2 锂离子电池的放电特性 (6)2.2.3 锂离子电池的充电特性 (7)2.3 锂电池充电方法 (8)2.3.1 恒流充电（CC） (8)2.3.2恒压充电（CV） (8)2.3.3 恒流恒压充电（CC/CV） (9)2.3.4 脉冲充电 (9)2.4 系统技术参数 (10)3 充电器硬件设计 (11)3.1 系统指示灯电路 (12)3.2 电源电压与环境温度采样电路 (12)3.3 精确基准电源产生电路 (13)3.4 开关控制电路 (14)4 充电器软件设计 (15)4.1 系统软件总体设计思路 (15)4.2 系统主流程 (15)4.3 充电流程设计 (17)4.4 程序设计 (19)5 总结 (19)致谢 (19)参考文献 (20)附录一系统整体电路图 (22)附录二程序清单 (23)1 引言1.1 課題研究背景近年來，各種攜帶式的電子產品成為市場上的熱門，如手機、數位相機、個人數字助理（PDA）、筆記型電腦等3C (Computer, Communication,Consumer Electronics)等等產品均朝向無線化、可攜帶化方向發展，對於產品的各項高性能元件也往「輕、薄、短、小」的目標邁進，因此對於體積小、重量輕、能量密度高的二次電池需求相當迫切。

新型高性能超级电容充电器的设计方案
1 引言
锂离子电池因具有体积小、重量轻与能量密度高等优势，所以在GSM/CDMA和高端便携式产品（如数字相机、摄像机等）中被广泛应用。

锂离子电池在使用中为避免过充电、过放电对其造成的损害，而对保护电路要求较高。

从而要求锂电池充电器具有严格与完善的安全保护特性。

为此，应用新型的DS2770和DS2720芯片可以设计一个具有充电控制、电源控制、电量计数、电池保护、计时和对电池组能识别等功能的高性能锂电池充电器，其原理图如图1所示。

它可替代目前市场上已有的锂电池保护／充电控制电路（充电器）。

2 充电组合电路（充电器）的组成。

１扩流 部分电路
扩流部 分 电路如 图３ Ｎ示 。 由Ｐ 它 沟
有 人提出： 能否 在 １ Ａ线性 充电器 电 指 示功 能 ；１ ０引脚 小尺 寸 ＤＦＮ 封 装 道功率 ＭＯＳ Ｅ （ Ｆ Ｔ ＶＴ） 、Ｒ及 Ｒ Ｐ组成 路 中加 一个扩流 电路 ，使充 电电流扩大 （ｍｍ ×３ ３ ｍｍ） 。 到 ２ ．Ａ，解决 ３ ０ ～２ ５ ０ ０～５ ０ ｍＡｈ容 ４０
一

个 扩 流 电 路 。这 电路 采 用 型 号 为 省去 电池温度检测 电路及
ＤＩ ～Ｄ ｎ Ｉ Ｈ 柏
引脚 图 ２充电器 电路 ＣＮ３ ５ 的 １ ０ ６ Ａ线性充 电器为基础 ，另外 电池超 温指示 电路 （
今 日电子 ・ ２ ０ 年 ２月 ０８
＿
一 专写源Ｉ 特电理 题：管 Ｃ
新型线性锂 离子电池充 电器功能 齐 里仅作一 简介。
全、性 能 良好 、电路 简单 、占印制版 面 积小 ，价 格低廉 ，整个 充 电器可 以在产
品中 。若采用 ＵＳ Ｂ端 口充 电， 用十分 使 方便 。 近年 来 ，一些 用电量稍大 的便携式 电子 产品 （ 如便携式 Ｄ ＶＤ、矿灯 、摄像
ＣＮ３ ５ 充 电器 已在本 ： ２ ０ 年 １ 定 电阻 ， ｓＴ Ｑ） ８ ０ Ｖ） ＩＨ Ａ） ０６ ｔ ０６ ２ ： Ｊ ￣ Ｒｌ （ ＝１ ０ （ ／ ｃ （ ； Ｅ
１０ ｍＡｈ ００ 。由于 电 流 不 大 ，一 般 采 用 线 期及 ２ ０ 年 电源增刊上 介绍过 （线性 Ｃ ０７ “ ＨＲＧ为充 电状 态信号输 出端：充 电时
性 充 电器 。
锂二次 电池充 电器芯 片 Ｃ ０ ６ ） Ｎ３ ５ ” 。这 此端为 高电平 ，Ｌ Ｄ亮 ；充电结束时此 Ｅ 端为高 阻抗 ，Ｌ Ｄ灭 ；电池未 装入或接 Ｅ 触不 良 ， Ｅ Ｌ Ｄ闪亮 。 一般 取４ ５ Ｖ， Ｖ ． ～５ １ Ｆ及 ６ ８ Ｆ为输 入 、输 出电容 ， ０ ． 保证 充 电器稳 定工作 。

ｒ ＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｎｆ Ｅ Ｉ ＯＲＭＡ］ ０Ｎ １
信 息 技 术
通 用 锂 离 子 电池 充 电器 控 制 系统 的设 计
李 景 民 （ 吉林工 商学院 长春 １ ０ ６ ０ ２） ３
摘
要： 本文介 绍一种 以Ｐｃ ６ ８ ７ 片机 为核 心的智能充 电器， 充电嚣对充 电过程进行 全 面管理 ， Ｉ１ Ｆ ７ 单 该 解决 了充 电检 测和 故障诊断 的关键
＝
特点 。 由于 锂 离 子 的 特 点 使 得 其 对 充 电管
电源 插座 的 工频 ５ ＨＺ， ２ ＶＡＣ的 交流 电 ， ０ ２０
理 芯 片 的 要 求 比 较苛 刻 。 要 求 的 充 电方 经 过 变压 器以 后 ， 为 １ ＶＡＣ， 低于 ｌ 其 变 Ｏ 不 Ａ的
２系统软件设计
应 用 ， 动 了对 锂 离 子 电 池充 电器 的 研 究 。 推
目前一 些 大 的 厂 家 生产 的充 电管 理 芯 片都 １ ２电源 部分 源 与 正 负双 电源 两 种 ， 负 双 电 源 的 供 电 正 具 有 以下 特 点 ： 备 限 流 保护 ， 具 电流 短 路 与 电 源 部 分 需 为 控 制 部 分 提 供 直 流 电 ， 模 式 可 提 供 负 温 度 的 量 测 ； 电 源 模 式 在 单 反 充 保 护 线 路 设 计 ；自动 、 速 充 电 ； 满 其 直 流特 性要 求 不高 ， 快 充 可为 简单 的 脉动 直 流 ２ ℃下 静 默 电流 约 ５ Ａ， 常 省 电 。 ５ ０ 非 电后 自动 关 断 等 等 。 的还 具 有 ＬＥＤ充 电 电 ： 有 需为 单片 机控制 器提 供４ ＶＤＣ～５ ５ ．ＶＤＣ ｌ ｍｖ 。 Ｏ ／ Ｃ×Ｔ Ｃ 。 （） ２ 状 态显 示 ； 低噪 声 ； 拟 微 电 脑控 制 系 统等 的 直 流 电压 ， 大２ ０ 模 最 ５ ｍＡ的直 流 电流 。 自 来

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。

锂电池充电电路设计通常为了提高电池充电时的可靠性和稳定性，我们会用电源管理芯片来控制电池充电的电压与电流，但是在使用电源管理芯片设计充电电路时，我们往往对充电电路每个时间段的工作状态及电路设计注意事项存在一些困惑。

1、电池充电方式简介理论上为了防止因充电不当而造成电池寿命缩短，我们将电池的充电过程分为四个阶段：涓流充电（低压预充，此状态的电池电压比较低，实际使用时，建议将锂电池欠压保护点提高，避免电池出现过放电现象）、恒流充电、恒压充电以及充电终止。

典型的充电方式是：先检测待充电电池的电压，在电池电压较低情况下，先进行预充电，充电电流为设定的最大充电电流的1/10，当电池电压升到一定值后，进入标准充电过程。

标准充电过程为：以最大充电电流进行恒流充电，电池电压持续稳定上升，当电池电压升到接近设定的最大电压时，改为恒压充电，此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至最大充电电流的1/10时，充电结束。

阶段1：涓流充电——涓流充电用来先对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。

在电池电压低于3V左右时采用涓流充电，涓流充电电流是恒流充电电流的十分之一即0.1c(以恒定充电电流为1A举例，则涓流充电电流为100mA)。

阶段2：恒流充电——当电池电压上升到涓流充电阈值以上时，提高充电电流进行恒流充电。

恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之间。

电池电压随着恒流充电过程逐步升高,一般单节电池设定的此电压为3.0-4.2V。

阶段3：恒压充电——当电池电压上升到4.2V时，恒流充电结束，开始恒压充电阶段。

电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢减少，当减小到0.01C时，认为充电终止。

（C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是1000mAh 的容量，1C就是充电电流1000mA。

）阶段4：充电终止——有两种典型的充电终止方法：采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。

最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流，并在充电电流减小到0.02C至0.07C范围时终止充电。

基于AT89C51单片机在锂离子手机电池充电器中的应用设计锂离子电池作为一种重要的储能设备，广泛应用在手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备中。

而充电器作为供电设备之一，其充电效率和充电控制对于锂电池的使用寿命和安全性具有重要影响。

因此，设计一种基于AT89C51单片机的锂离子手机电池充电器，实现对锂电池的高效充电和精确控制，具有一定的实际意义和应用价值。

一、锂离子电池的基本原理与特性锂离子电池是目前最为广泛应用的可充电电池之一，其具有高能量密度、低自放电率、无记忆效应等优点，被广泛应用在各个领域。

锂离子电池的工作原理是通过正极材料（比如钴酸锂、锰酸锂等）和负极材料（比如石墨、碳纳米管等）之间锂离子的往复迁移来实现电池的充放电过程。

锂离子电池的充电特性决定了其在使用过程中需要精确的充电控制。

在锂电池充电的过程中，正极和负极材料之间的锂离子会发生嵌入/脱嵌反应，充电时锂离子从正极脱出，从负极嵌入，放电时锂离子则相反。

过充或过放电都会损伤锂电池，并且可能导致安全问题。

因此，设计一种能够精确控制充电过程的充电器对于锂电池的安全和寿命具有重要意义。

二、基于AT89C51单片机的电池充电控制原理AT89C51是一款功能强大的单片机，具有丰富的外设接口和良好的稳定性，适合于电池充电器的控制系统设计。

基于AT89C51单片机的电池充电器可以实现对充电电压、电流等参数的实时监测和控制，提高了充电器的充电效率和充电精度。

在设计基于AT89C51单片机的锂电池充电器时，首先需要实现对充电电压和电流的监测。

通过采集正极和负极的电压信号，可以实时监测电池的充电状态。

同时，通过设计合适的电路和程序，可以实现对充电电流的控制，确保充电过程中电流稳定，并避免过充或过放电的情况发生。

另外，基于AT89C51单片机的电池充电器还可以实现充电过程中的温度监测和保护。

锂电池在充电过程中会产生一定的热量，过高的温度会损害电池，甚至引发安全问题。

ＥＥＡＣＣ： ３ ０ ８６
线 性 锂 离 子 电池 充 电器 的分 析 和 设 计
方刘禄 ， 张开伟 ， 轶 ， 肖 白建 军
（ 芯原微 电子 （ 上海） 限公 司， 有 上海 ２ １ ０ ） ０ ２ ４
摘 要 ： 设计了一种独立的单节锂离子电池线性充电器， 该充电器采用恒定电流／ 恒定电压算法， 可输出高达 １ Ａ的可编程充电
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第３ １卷
第 ５期
电 子 器 件
Ｃ ｅ Ｊｕｎ ｌＯｆＥｅｔｏ ｖｃ ｓ Ｎｎ ￣ ｏ ｒａ ｌｃｒｎ Ｄｅｉｅ
ＶＯ ． １ Ｎｏ ５ １ ３ ．
２０ ０ ８年 １ ０月
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Ａｎａ ｙ ｉ ｎｄ Ｄｅ ｉｎ ｏ ｎｅ ｒ ＬｉＩ ｎ Ｂａ ｔ ｒ ａ ｇ ｒ ｌｓｓａ ｓｇ ｆＬｉ ａ ＿ｏ ｔｅ ｙ Ｃｈ ｒ ｅ
ｆ ａ ｏｔｇ （． ｌ ｔ ｌ ｅ ４ ２Ｖ）ａ ｃ ｒｃ ， ｉ ｔｘ ｅｃｉｅ ｏ ｓａ ｔｃ ｒｅ ｔ ｃｎ ｔｎ—ｏｔｇ ｒ ｈ ｔ ｅａｌ ｏ ｖ ａ ｃｕ ａｙ Ｔｈｓ ｅ ｔｄ ｓｒ ｓｃ ｎ ｔｎ—ｕ ｒｎ／ ｏ ｓａ ｔ ｌ ｅａｉ ｍｅｉ ｉ ｄ ｔｉ ｂ ｖ ａ ｔ ｃｎ ．
电流和精度达 ±Ｏ ３ ％的 ４２Ｖ终止充电电压 。详细分析了恒流充电实现的原理和恒压充 电实现 的原理 。使用 Ｘ Ａ ． １ ．５ ． Ｆ Ｂ０ ６ ＢＣ ＳＩ￣模型 ，ｐｃ ｅ ｉＭＯ Ｓ ｅｔ 仿真结果表 明， ｒ 在恒流充电到恒压充 电的整个过程 中系统都稳定工作且性能符合设计指标 。
１ 线 性 充 电器 工 作 原 理
本文设 计 的采 用 恒 定 电流／ 定 电压 算 法 的锂 恒 离子 电 池 充 电 器 简 化 原 理 图 ， 图 １所 示 。 图 中 如 Ｃ 电流 放大 器 ， 和 功率 管 Ｐ Ａ ＭＰ Ｔ 支路 组 成 恒 流 环路 ， 实现 恒流 算 法充 电 ； ＶＡ 电压 放 大 器 ， ｚ ＭＰ 和

锂电池充电器的设计介绍根据其尺寸，重量和能量储存优点，锂- 离子可再充电电池正在被用于许多的应用领域。

这些电池已经被考虑为优先的电池于手提式计算机的应用,移置NiMH 和 NiCad电池,而且行动电话正在飞快地成为锂电池的第二个主要的市场。

理由是明显的。

锂- 离子的电池提供很多的好处对与终端消费者。

对于手提式计算机来说,锂- 离子电池在相同条件和大小并减少重量的情况下能够提供比NiCad 和 NiMH更为持久的电力。

相同的优点对于蜂窝电话更是真实的。

一个电话能被做得更小和更轻如果使用李- 离子的电池的话而不牺牲续航时间。

当锂- 离子的电池费用降下来的话,甚至更多的应用将会转变到这一个更轻巧和更小巧的技术上来。

当消费者一直要求方便的时候，市场的趋势表明一个持续不断的增长在所有的可再充电的电池中。

根据以前市场的资料大约在 1997年的时候表明大约二亿个锂-离子电芯将会被装船运送,相比较于 600 百万个NiMH的电芯。

然而,有必要说明的是三个NiMH 的电芯相当于一个锂- 离子的电芯在被包裹为电池包装的时候。

因此，真实的体积对两者来说是非常接近一样的。

1997年也被标记为第一年锂- 离子作为电池类型用于在大多数的手提式的计算机中, 移置NiMH 为高端领域中。

资料显示1997年在欧洲和日本电池电芯市场表现出一个变化对于锂- 离子在多数的电话的应用中。

锂- 离子的电池是一种令人兴奋的电池技术必须给于高度的关注。

要想了解这些新的电池，这设计引导者解释这些原则，要价需求以及符合这些需求的线路。

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。

文章编 号： １ ６ ７ ４ —０ ９ ８ ｘ（ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ７ （ ｂ ） 一０ ０ ５ ６ －０ ２
便 携 式 电子 产 品 的 迅 猛 发 展 促 进 了
１ ． 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 ／ ｃ Ｖ充 电 器 中 ， 充 电通 过 恒 定 电
Ｕｌ
完全， 电池 的 可使 用时 问变 短 。 图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． ２ Ｖ 是 充电 曲线 函数 的 拐 点。因 此 ， 结 合 充 电终
图３系统功能框图
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Ｓｃ ｉ ｅｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃｈｎ ｏｌ ｏｇｙ ￣ｎｏ ｖｅ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｈｅｒ ａｌ ｄ
工 业 技 术
锂 离子 电池智 能 充 电控 制器 的研 究与设 计
（ １ ． 许 昌开普 电气研究院
蒋冠前’ 李志勇’ 胡韵华 魏永强 河南许昌 ４ ６ １ ０ ０ ０ ；２ ． 许继 电气股份有限公司
该 设 计 采 用充 电芯 片 与单 片 机 双 重 保
护机制， 能 够 精确 限 制 充 电截 止 电压 ， 最 大 １ ． １锂 离 子 电池充 放 电特 性 Ｍ ＡＸｌ ８ ７ ９ 在 电压 方 面 ， 锂 电池 电池 对 充 电终 止 电 限 度 地 保 护用 户的 锂 离子 电 池 ； 能 够 极 大 的 减 少 压 的精 度 要 求 很 高 ， 误 差不 能 超 过 额 定 值 独 特 的 大 电 流 充 电模 式 ， 单片 机能 够 监 测当前 电池 电 的１ ％。 终 止 电压 过 高 ， 会影 响 锂 离子 电 池 的 电池 充 电时 间； 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 压， 实 时反 馈在 显示 屏上 。 ２ ． １ ． １ ＭＣＵ主控 芯 片 本 设 计 采用 Ｓ ＴＣ公 司生 产 的 Ｓ ＴＣｌ ２ Ｃ５

图2 52单片机电路原理图
3.3 充电电路控制部分
充电状态输出引脚/CHG经反相器74LS04后与单片机的P3.2口连接，触发外部中断。PNP为P沟道的场效应管或三极管。D1为绿色发光二极管，处于通电状态时亮；D2为红色放光二极管，电源接通时亮。R1设置充电电流的电阻，阻值为2.8千欧，设置最大充电电流为500mA;C2为设置充电时间的电容，容值为100μF，设置最大充电时间为3小时。
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须放电。
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）多个锂电池可以随意并联使用。
7）无污染，由于锂电池中不含镉、铅、汞等重金属元素，对环境无污染。
8）快速充电，使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可使锂电池在1-2小时内得到满充。锂电池与其他可充电电池相比，其价格相对较高。但是随着技术的发展，锂电池的性价比越来越高，目前已广泛应用在各类便携式移动设备上。
2 锂电池的主要特点
1）高能量密度，锂离子电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40%~50%，镍氢的20%~30%.因此，锂电池具有更高的重量能量比、体积能量比。
2）高电压，单节锂电池电压平均为3.6V，等于三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。
3ห้องสมุดไป่ตู้锂电池充电器的硬件设计方案
3.1 系统结构框图
系统硬件电路由单片机电路、电压转换及光耦合隔离电路、充电控制电路三部分组成。通过单片机的控制实现预充、快充、满充、断电、报警等充电过程。
图1 系统结构框图
3.2 52单片机电路原理图

高效锂离 子电池充 电装置， 详尽 分析了该充 电装置的工作原理 ， 同时对 其硬 件参数和充 电策略进行 了设计 。最后研制 了一 台
工程样机， 给出了实验 结果 。
关键词 ：双管正激 电路； 锂 离子电池 ； 恒流／ 恒压模 式
ＤＯＩ 编码 ：１ ０ ． １ ４ ０ １ ６ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ０ ０ １ ． ９ ２ ２ ７ ． ２ ０ １ ５ ． ０ ２ ． ０ ２ ５
随着锂离子 电池 的广泛应用 ，相应 的充 电器 技术也越来越
受到重视 。锂离子 电池本 身的特性 ，使得 它对充电器的要求甚 高 。充 电器 的好坏直接影 响着锂离 子电池的安全 与寿命 。在充
放 电过程 中应避免 出现过充 ，过放 ，过 流等现象。在过充状态
≥ 半 ｌ Ｉ ： — Ｓ ｃ ， ｔ 一 Ｄ ｌ 譬 卜 ｊ ｌ Ｆ Ｈ ｊ －
恒定 ，开关 管 ｓ ，ｓ 的漏 源电容为零 。其 中 ｖ ｖ 分别为开关 管ｓ 。 ，ｓ 的控制信号 ，两者时序相 同。 ｔ ｏ ～ ｔ 。 ： ｔ ｏ 时刻 ，ｓ 。 ， ｓ 同时导通 ，变压 器 Ｔ 原 边绕组 Ｅ Ｆ的 电压 为ｖ ，则 副边 电压 Ｖ 。 ＝ ｖ ・ Ｎ ＃ Ｎ。 ，输 出滤波 电感 Ｌ 中的 电流 ｉ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｖ ｉ ｅ ｗ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｇ ｏ ｏ ｄ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｌｉ － ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｋ ｅ ｒ ｙ， ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ａ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｌｉ — ｉ ｏ ｎ ｂ ａ ｔ ・