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充電器快速充電設(shè)計(jì)方案

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充電器快速充電設(shè)計(jì)方案

以前的手機(jī)鋰電池待機(jī)時(shí)間短，幾乎每天一充，手機(jī)充滿電仍長期插在充電器上，浪費(fèi)電能，降低鋰電池壽命，所以對(duì)充電器設(shè)計(jì)提出了新標(biāo)準(zhǔn)。這篇文章提出一款智能充電器，利用單片機(jī)采用合適的充電控制算法，對(duì)充電的過程有更準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，減少充電時(shí)間，保證 充滿電后可立即斷開充電器，降低耗損，增加鋰電池壽命。
1智能充電器硬件設(shè)計(jì)

充電器以國產(chǎn)的STC12C5A60S2單片機(jī)做為控制芯片，內(nèi)部包含有很大的內(nèi)部存儲(chǔ)空間、2路PWM脈沖發(fā)生器、8路A/D轉(zhuǎn)換器、多個(gè)16位定時(shí)器，與8051指令、管腳完全兼容，而且STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫，對(duì)研發(fā)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)很低，研發(fā)時(shí)間也大大縮短，適合做智能充電器的主控單元。

充電器快速充電設(shè)計(jì)方案

1.1控制框圖
智能充電器以單片機(jī)做為主控系統(tǒng)，電路部分還含有電壓電流檢測(cè)電路、充電模塊、電源和顯示屏。充電過程中的對(duì)充電電壓和電流進(jìn)行檢測(cè)和顯示，利用單片機(jī)檢測(cè)的電壓電流與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，判斷充電是不是成功，假如充電成功，則關(guān)閉充電電路，停止充電。
1.2電壓電流檢測(cè)電路
充電過程中要對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，選擇電壓輸出電流并聯(lián)監(jiān)控器INA282。利用檢測(cè)采樣電阻上的電流轉(zhuǎn)換成電壓值，送入單片機(jī)進(jìn)行A/D采集，采樣電阻為高精度0.01Ω，電流與電壓比值是1A/0.5V。電壓檢測(cè)電路，采用高精度電阻分壓接電壓跟隨器，運(yùn)放選擇LM358，將電壓縮小9倍采樣，單片機(jī)AD的檢測(cè)范圍0~5V，電壓電流檢測(cè)原理如圖1所示。被測(cè)電壓電流可由單片機(jī)控制顯示出來。
1.3充電原理
開關(guān)管Q1的開通是利用單片機(jī)輸出的PWM波形來控制的，大小利用PWM占空比決定，當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，儲(chǔ)能電感L1被充磁，流經(jīng)電感的電流線性增加，同時(shí)給電容C3充電，給負(fù)載R1提供能量。當(dāng)開關(guān)管Q1驅(qū)動(dòng)為低電平時(shí)，開關(guān)管關(guān)閉，儲(chǔ)能電感L1利用續(xù)流二極管放電，電感電流線性降低，輸出電壓靠輸出濾波電容C3放電以及減小的電感電流維持。
充電原理圖如圖2所示。
充電器快速充電設(shè)計(jì)方案
圖 2 充電原理圖
2鋰電池充電的原理
鋰離子電池的充電過程能夠分成四個(gè)階段：涓流充電（低壓預(yù)充）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而確保電池安全充電，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測(cè)、輸入電流限制、充電完成后關(guān)閉充電器、電池部分放電后自動(dòng)啟動(dòng)充電等。
3軟件設(shè)計(jì)
結(jié)合鋰電池充電的原理，本文設(shè)計(jì)的算法流程如下：電池行涓流充電，以100mA的電流進(jìn)行預(yù)充，預(yù)充結(jié)束的條件是電池電壓大于3.3V，主要是防止瞬時(shí)的大電流對(duì)電池造成損壞；然后進(jìn)入恒流充電，充電的過程中每10s充電電流停一次，測(cè)量電池的開路電壓值，當(dāng)電池的充電電壓或開路電壓大于4.2V時(shí)，恒流充電過程結(jié)束；之后開始恒壓充電階段。電流根據(jù)電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續(xù)充電電流由較大值慢慢降低，這個(gè)過程一直持續(xù)到當(dāng)電流減小到50mA時(shí)，恒壓充電過程結(jié)束，認(rèn)為充電終止。之后，再以50mA的電流再充5分鐘，如此一來電池充電過程結(jié)束。
這一算法比較符合鋰電池充電的原理，確保在不充電過度的情況下確保電池盡可能充滿電，延長鋰電池壽命。
4結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的智能充電器具備充電過程的自動(dòng)控制，另外能夠?qū)y(cè)量電壓、電流實(shí)時(shí)顯示出來，充電結(jié)束后自動(dòng)關(guān)閉，降低電能的消耗，防止鋰電池充電過長，延長鋰電池的壽命，對(duì)同類的充電器具備一定的借鑒意義。

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| 發(fā)布時(shí)間：2021.01.05    來源：
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