基于单片机的智能充电器设计.pdf

通用智能充电器的设计

1.引言

可充电电池具有较高的性能价格比、放电电流大、寿命长等特点，广泛应用于各种通信

设备、仪器仪表、电气测量装置中。但是不同类型的电池如镍镉电池（Nicd）、镍氢电池

（NiMH）和锂离子电池具有不同的充电特性和过程。不同的电池应采用不同的充电控制技

术。常用的控制技术有：电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术等。其

中电压负增量控制是目前公认的较先进的控制方法之一。充电时，当测量到电池电压负增量

时就可以确定该电池己经充满，从而将充电转变为涓流充电。时间控制预定充电时间，当充

电时间达到后，使充电器停止充电或转为涓流充电，这种方法较安全。温度控制法是当电池

达到充满状态时，电池温度上升较快，测量电池温度或温度的变化，从而确定是否对电池停

止充电。最高电压控制则是根据充电电池的最高允许电压来判断充电状态，这种方法灵活性

较好。本文介绍一种智能充电器，能对镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电

池进行充电，并对充电电池具有自动检测能力。

2充电器设计思想

设计通用型智能充电器时．需要充分考虑3种电池的充电特性，针对每一种电池的特

性给出不同的充电模式以及相应的算法．

2.1镍氢/镍镉电池充电模式[5]

这2种镍类电池具有相似的充电特性曲线，因而可以用一样的充电算法。这2种电池

的主要充电控制参数为-ΔV和温度θ．

对镍氢／镍镉电池由预充电到标准充电转换的判据为：①单节电池电压水平0.6～1V；

o

②电池温度-5～0C．电池饱和充电的判据为：①电池电压跌落或接近零增长–ΔV=6～

15mV／节；②电池最高温度θ＞50℃；③电池温度上升率dθ/dt≥1.0℃／min。由于

max

温度的变化容易受环境影响,因而实际用于判别充电各阶段的变量主要为–ΔV、θ其

max，

中对–ΔV的检测需要有足够的A／D分辨率和较高的电流稳定度．-△V的测量与A/D分辨

率、充电电流的稳定性与电池内阻之间有以下关系:当电池内阻等于50Ω(接近饱和充电)

时，充电电流=1200mA，电流漂移等于5%，单节电池的最高充电电压为1.58V，则此时电流

漂移可能引起的电池电压变化为3mV。

2.2锂离子电池充电模式[3]

在锂离子电池充电采样时，测量到的电压是电池的在线电压，一般在线电压要高于静态

电压（与内阻有关）．在充电器设计中，对锂离子电池充电各阶段转换判断的测量参数只有

在线电压，电压采样偏差小于0.05V．

2.3自适应充电模式[4]

智能充电器设置了一种自适应充电模式，在这种模式下，对未知型号的电池或放入某种

电池后而未按相应的键，则充电器自动转入自适应充电模式．此时充电器将提供一种公共算

法对电池进行预充电，并对其进行型号识别判断，然后转入相应的充电模式，显示相应的型

号．具体做法为：检测充电电池电压的变化率，并判断是否检测到有–ΔV。如果检测到电

池电压V特别高，且无–ΔV，则转入锂离子电池充电模式，否则进入镍类电池充电模式．

3．充电器硬件设计

由单片机和充电器芯片组成的通用充电器原理图如图1所示．

1

图1通用充电器原理图

图中AT89C2051、ADC0832与MAX846A一起构成充电器的核心。单片机的两个PWM输出

(PP)，经输出滤波分别与MAX846A的VSET以及ISET相连，以控制充电电压及电流,其

1.3,1.4

中P控制浮动电压，P控制充电电流。从ISET端引出电流量，BATT端电池分压器读出

1.3,1.4

电压量，引入微控制器，连续测量充电电压及电流。由于从ISET以及VSET读出的量均为模

拟量，而AT89C2051内部没有A／D转换，所以需要外部增