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采用单片机和充电集成电路进行充电器的设计

作者:时间:2014-01-16来源:网络

1 蓄电池的特点

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/226891.htm

目前常用的四种化学电池是铅酸电池(PbSO4)、锂离子电池(Li+)、镍铬电池(NiCd)和镍氢电池(NiMH)。由于环保问题和对电池的要求越来越高等综合因素,推动了新电池技术的发展。

1.1 镍铬电池和镍氢电池

镍铬电池的容量比镍氢电池或锂离子电池低,具有低阻抗特性,对于需要短时间大电流的应用场合很具吸引力。但镍铬电池如果未经充分放电又进行充电,或者长时间处于小电流放电状态,就会产生枝状晶体,引起“记忆效应”,从而导致电池内阻变大,容量变小,缩短了电池寿命。如果在充电前进行完全放电,使每节电池的电压降到1.0V左右,就能消除引起“记忆效应”的枝状晶体,恢复电池的性能。镍氢电池具有较高的容量,但其自放电率也较高,约为镍铬电池的二倍。在初始阶段其放电率尤高(每天放掉1%)。所以镍氢电池不宜用于需要长时间保持电池容量的场合。就充电方式而言,两种电池非常相似,都是以恒流的方式进行充电,可采用快速、标准或者涓流的方式进行充电。它们都能以超过2C(C为电池容量,单位为安培)的速率进行充电(但一般采用C/2速率)。由于存在内部损耗,充电效率一般小于100%,所以,在采用C/2的速率充电时,通常需要两个多小时才能把电池充满。充电过程中的损耗随着充电速率和电池的不同而不同。在恒流充电时,电池电压会缓慢达到峰值(ΔV/Δt变为0),镍氢电池需在这个峰值点终止快速充电,镍铬电池的充电须在峰值点后当电池电压开始下降时(ΔV/Δt变为负)即终止快速充电,否则会导致电池内压力和温度上升而损坏电池。当充电速率大于C/2时,则要监测电池的电压和温度,因为当电池快充满时,电池的温度会急剧上升。对于镍铬电池和镍氢电池,还可以采用比较简便的涓流充电,这时只会造成极小的温升,不会损坏电池,也就无需终止涓流充电或者监测电池的电压。允许的最大涓流随着电池类型和环境温度的不同而不同,典型条件下C/15较为安全。

1.2 锂离子电池

过去几年中,电池技术领域最突出的创新就是锂离子电池。相对于镍基电池而言,锂离子电池具有更高的容量。从容量/体积比来衡量,锂离子电池比镍氢电池高出10%~30%,从容量/质量比来看,锂离子电池比镍氢电池高出近两倍。但锂离子电池对于过充电和欠充电很敏感。要达到最大容量就必须充电到最高电压,而过高的电压和过大的充电或放电电流又会造成电池的永久性损坏。如果多次放电至过低的电压则会造成容量损失,所以,充电和放电时都须限制其电压和电流,以保护电池不受损坏。锂离子电池的充电方式不同于镍基材料的化学电池,充电时需用一个电压—电流源来进行充电。为了获得最大的充电量而又不损坏电池,须使电压保持在1%的精度内。快速充电开始时,电池的电压比较低,充电电流即为电流极限。随着充电的进行,电池电压缓慢上升,最终当每节电池达到浮空电压 4.2V时,此时即可终止充电。

2 总体设计

2.1 充电器芯片MAX846A

采用单片机和充电集成电路进行充电器的设计

MAX846A是一种16脚QSOP封装的通用型充电控制芯片,可以单独构成锂离子电池充电器,也可以在的控制下对锂离子电池和镍基电池进行充电。图1为其QSOP封装的管脚图。图中,1脚DCIN和4脚GND及15脚PGND分别为电源和地端。2脚VL端可提供3.3V,1%的电压基准。3脚CCI和5脚CCV分别为电流和电压调节回路补偿端。7脚ISET和6脚VSET分别为充电电流和电压回路设定端。8脚OFFV为电压调节回路控制端,对于镍基电池置为高电平。当VL端电压低于3V时,9脚PWROK输出低电平,可给MCU提供复位信号。10脚CELL2为锂离子电池选择端,低电平时为一节,高电平时为两节。11脚ON为充电控制端,低电平时停止充电。12脚BATT端接电池正极。13脚CS+和14脚CS-为内部电流检测放大器输入端。16脚DRV为外部调节晶体管驱动端。2.2 硬件设计

充电器硬件结构图如图2所示。整个系统以MCU为核心构成,包括电源电路、调节电路、充电与放电电路、键盘与显示电路及报警电路等环节。

采用单片机和充电集成电路进行充电器的设计

MCU选用AT89C51,片内带4K的EEPROM,这样就无需扩展程序存储器,简化了电路设计。电源回路中,220V的交流电经变压器降为 12V,经过整流滤波变为14V左右,作为MAX846A的充电电源,另外经7805稳压后作为其他电路单元的工作电源。调节电路主要由A/D和D/A构成,用于检测电池的电压和温度及设置电池的浮空电压和充电电流。充电电路以MAX846A为中心,完成


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