基于單片機的智能充電器設計

0 引言

電子技術的快速發(fā)展使得各種各樣的電子產(chǎn)品都朝著便攜式和小型輕量化的方向發(fā)展，也使得更多的電氣化產(chǎn)品采用基于電池的供電系統(tǒng)。目前，較多使用的電池有鎳鎘、鎳氫、鉛蓄電池和鋰電池。它們的各自特點決定了它們將在相當長的時期內(nèi)共存發(fā)展。由于不同類型電池的充電特性不同，通常對不同類型，甚至不同電壓、容量等級的電池使用不同的充電器，但這在實際使用中有諸多不便。

本文介紹一種基于單片機的智能充電器的設計方法。該充電器可以實時采集電池的電壓和電流，并對充電過程進行智能控制。它可以自動計算電池的已充電量和剩余的充電時間，也可以改變參數(shù)來適應各種不同電池的充電。系統(tǒng)中的管理電路還具有保護功能，可防止電池的過充和過放對電池造成。

1 智能充電器的硬件設計

該智能充電器采用的是分布式控制方法，它由充電電路、充放電控制電路、顯示和接口電路組成，圖1所示是其電路組成框圖。

1.1 充電電路的設計

電池充電有恒壓、恒流兩種充電方式，事實上，恒壓、恒流源電路也是充電電路的主要組成部分。由于各種電池對充電電壓和充電電流的要求不同，因此，實現(xiàn)智能充電必須根據(jù)各種電池的自身要求來調(diào)整充電電壓和充電電流的大小。這里選擇bq2054集成電路作為恒壓、恒流源模塊來對電池進行充電。為了保證電池的安全，當電池電壓和溫度超過設定的極限值時，bq2054將禁止對電池進行充電。而當電池電壓小于低電壓閥值時，bq2054將用恒流方式進行充電。

圖2所示是該智能充電器的恒壓恒流電路原理圖。圖2中的GB+、GB-分別連接充電電池的正極和負極，以為充電電池提供充電電流的通道。數(shù)字電位器MAX5434通過串行數(shù)據(jù)總線和控制電路進行通信，以確定電位器的阻值，并改變電池電壓分配網(wǎng)絡的比值，從而改變bq2054中BAT腳的輸入電壓，以便bq2054根據(jù)BAT腳電壓的大小來改變對電池的充電電壓，最終達到對電池進行恒流、恒壓充電的目的。

1.2 自動控制電路設計

圖3所示是該充電器的充放電控制電路。圖中，將PWMCTL連接到bq2054的MOD輸出腳，便可用MOD輸出的脈沖信號控制三極管的導通和關閉，從而改變充電電流的大小。24 V電源是充電電路的外部輸入電源，可用來提供充電電流。GB+連接到充電電路的電池正極，其電壓就是充電電池的電壓，當電池電壓沒有達到設定電壓時，充電電路將以恒流方式對其進行充電。當電池電壓達到設定充電電壓后，充電電壓保持恒定不變，而充電電流逐漸減少，進入相應的恒壓充電階段。