基于單片機(jī)的鋰電池智能充電器的設(shè)計(jì)

1、基于基于AVR的鋰電池智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的鋰電池智能充電器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1引言鋰電池閑其比能量高、自放電小等優(yōu)點(diǎn)，成為便攜式電子設(shè)備的理想電源。近年來，隨著筆記本電腦、PDA，無繩電話等大功耗大容量便攜式電子產(chǎn)品的普及，其對(duì)電源系統(tǒng)的要求也日益提高。為此，研發(fā)性能穩(wěn)定、安全可靠、高效經(jīng)濟(jì)的鋰電池充電器顯得尤為重要。本文在綜合考慮電池安全充電的成本、設(shè)計(jì)散率及重要性的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于ATtiny261單片機(jī)PWM控制的單片開關(guān)電源

2、式鋰電池充電器，有效地克服了一般充電器過充電、充電不足、效率低的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋰電池組的智能充電，達(dá)到了預(yù)期效果。該方案設(shè)計(jì)靈活，可滿足多種型號(hào)的鋰電池充電需求，且ATtiny261集成化的閃存使其便于軟件調(diào)試與升級(jí)。2鋰電池充電特性鋰電池充電需要控制它的充電電壓，限制其充電電流。鋰電池通常都采用三段充電法，即預(yù)充電、恒流寬電和恒壓充電。鋰電池的充電電流通常應(yīng)限制在1C(C為鋰電池的容量)一下，單體充電電壓一般為42V，否則可能由于電聰

3、過高會(huì)造成鍵電池永久性損壞。預(yù)充電主要是完成對(duì)過放的鋰電池進(jìn)行修復(fù)，若電池電壓低于3V，則必須進(jìn)行預(yù)充電，否剛可省略該階段。這也是最普遍的情況。在恒流階段，充電器先給電池提供大的恒定電流，同時(shí)電池電壓上升，當(dāng)魄池電壓達(dá)到飽和電壓對(duì)，則轉(zhuǎn)入憾壓充電，充電電壓波動(dòng)應(yīng)控制在50mV以內(nèi)，同時(shí)充電電流降低，當(dāng)電流逐漸減小到規(guī)定的值時(shí)，可結(jié)束充電過程。電池的大部分電能在慣流及恒壓階段從充電器流入電池。曲上可知，充電器實(shí)際上是一個(gè)精密電源，其電流電

4、壓都被限制在所要求的范圍之內(nèi)。3硬件電路設(shè)計(jì)該系統(tǒng)在電路設(shè)計(jì)上主要由單片開關(guān)電源、控制電路及保護(hù)電路三部分組成。31單片開關(guān)電源單片開關(guān)電源負(fù)責(zé)將電能轉(zhuǎn)化為電池充電所需要的形式，構(gòu)成了充電器的主要功率轉(zhuǎn)換方式。與傳統(tǒng)線性充電器大損耗、低效率的缺點(diǎn)相比，由美國PowerIntegrations公司的TNY268P構(gòu)成的單片開關(guān)電源，其輸入電壓范圍寬(85265VAC)、體積小、重量輕、效率高，其有調(diào)壓、限流、過熱保護(hù)等功能，特別適合于構(gòu)成

5、充電電源。其原理圖如圖1所示。圖1單片開關(guān)電源該電源采用配穩(wěn)壓管的光藕反饋電路實(shí)現(xiàn)15V的低壓直流輸出，當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，通過線性光藕PC817的發(fā)光管的電流發(fā)生相應(yīng)的變化，使得TNY268P的EN腳流出電流也發(fā)生變化，從而控制其片內(nèi)功率MOSFET的斷、通、調(diào)節(jié)輸出電壓，使輸壓電壓穩(wěn)定。具體反饋原理分析詳見后文脈寬調(diào)制(PWM)的控制。在電路結(jié)構(gòu)上，線性光藕PC817，不但可以起到反饋?zhàn)饔眠€可起到隔離作用。由PNP管Q2和電阻R9

6、、R1O及R12組成的限流電路，則從源頭上防止了過電流的問題。由C6及R11構(gòu)成的緩啟電路，則有效抑止了電源上電瞬間的產(chǎn)生的電壓尖峰。而二極管D9則防止了電池組的反向放電。此外，對(duì)整個(gè)充電系統(tǒng)而言，當(dāng)因意外情況系統(tǒng)失控時(shí)，開關(guān)電源所提供的15V直流低壓也在某種程度上起到了限制其最高電壓的作用。設(shè)計(jì)中，在前述穩(wěn)壓管反饋控制的摹礎(chǔ)上，在反饋環(huán)節(jié)中引入PWM的方法控制充電。其基本控制思想是利用單片機(jī)的PWM端口，在不改變PWM波周期的前提下，

7、通過電流及電壓的反饋，用軟件的方法調(diào)整PWM占空比，從而使電流或電壓按預(yù)定的充電流程進(jìn)行。因系統(tǒng)進(jìn)入充電工作狀態(tài)后，受鋰電池終止充電電壓的限制，其最高電壓不得高于127V，所以開關(guān)電源中的穩(wěn)壓管Zl始終處于截止?fàn)顟B(tài)，充電過程完全由PWM的控制來實(shí)現(xiàn)。以恒壓充電為例，在充電電壓調(diào)整之前，單片機(jī)先快速讀取充電電壓檢測(cè)值，然后將設(shè)定的電壓值與實(shí)際讀取值進(jìn)行比較，若實(shí)際電壓偏高，則提高PWM占空比，使線性光耦PC817的發(fā)光二極管的電流1F增大

8、，致使TNY268的EN腳置為低電平，其片內(nèi)功率MOSFET關(guān)斷，輸出電壓降低。反之，則降低PWM占空比IF減小EN腳為高電平，片內(nèi)功率MOSFET接通，輸出電壓升高。在預(yù)充電，恒流充電階段對(duì)電流的調(diào)整，是通過采樣電阻將電流轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行的，因此其PWM控制調(diào)整過程與恒壓階段完全類似。當(dāng)充電結(jié)束時(shí)，PWM持續(xù)輸出占空比為1的高電平，關(guān)斷TNY268P的片內(nèi)MOSFET，中斷功率轉(zhuǎn)換回路，實(shí)現(xiàn)充滿后自動(dòng)停充。為保證采樣的準(zhǔn)確，盡量避免由于

9、ADC的讀數(shù)偏差和電源工作電壓等引入的波紋干擾，所有采樣點(diǎn)都經(jīng)過阻容濾波處理，并在軟件PWM的調(diào)整過程中采用了數(shù)字濾波技術(shù)。您當(dāng)前的位置：首頁應(yīng)用電源3.2.5按鍵與顯示充電器的功能按鍵響應(yīng)由ATtiny261的外中斷來實(shí)現(xiàn)，與LED顯示相配合可獲知池放電狀況，并提醒系統(tǒng)即將終止。系統(tǒng)充放電的每個(gè)狀態(tài)都與相應(yīng)LED顯示對(duì)應(yīng)?？筛鶕?jù)電壓檢測(cè)判斷是否有電池裝入及提供電池短路保護(hù)，并給出LED報(bào)警信號(hào)。33保護(hù)電路由于鋰電池的化學(xué)特性，在使用

10、過程中，其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)。但在菜蝗條件下如對(duì)其過充電、過放電和過電流將會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，該副反應(yīng)加劇則會(huì)嚴(yán)重影響鋰電池的性能與使用壽命，甚至?xí)鸨ǘ鴮?dǎo)致安全問題，因此鋰電池保護(hù)電路顯得至為重要。如圖3所示，該電路選用精工的多節(jié)鋰電池保護(hù)芯片S8233構(gòu)成，可對(duì)電池電壓和回路電流進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，并通過對(duì)MOS管FETA或FETB的控制在某些條件下關(guān)斷究、放電回路以防止對(duì)電池發(fā)生損害。與其它電池保護(hù)芯

11、片如S8254相比較，S8233還可通過外接MOS管FET1，F(xiàn)ET1及FET3來保證鋰電池組的充電平衡，這是其它類似芯片所不具備的優(yōu)點(diǎn)。通過單片機(jī)對(duì)S8233芯片CTL端子的控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的故障保護(hù)。4軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件采用匯編語言編寫，并在AVRStudio4環(huán)境下編譯調(diào)試完成。整個(gè)系統(tǒng)軟件內(nèi)充電主程序和中斷服務(wù)子程序組成。主程序主要完成系統(tǒng)、變量及看門狗定時(shí)器的初始化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)充電功能。單片機(jī)完成初始化后，根據(jù)電池狀況判斷應(yīng)