智能充电器的设计.doc

1 前言随着越来越多的手持式电器的出现,对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控,以缩短充电时间、达到最大的电池容量,并防止电池损坏。AVR 已经在竞争中领先了一步,被证明是下一代充电器的完美控制芯片。Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供 Flash 、EEPROM 和10位ADC 的最高效的 8位RISC 微处理器。由于程序存储器为 Flash ,因此可以不用象 MASK ROM 一样,有几个软件版本就库存几种型号。 Flash 可以在发货之前再进行编程,或是在 PCB 贴装之后再通过 ISP 进行编程, 从而允许在最后一分钟进行软件更新。 EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数,如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D 转换器可以提供足够的测量精度,使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的,可能需要外部的 ADC ,不但占用 PCB 空间,也提高了系统成本。 AVR 是目前唯一的针对像“C”这样的高级语言而设计的 8位微处理器。C代码似的设计很容易进行调整以适合当前和未来的电池,而本次智能型充电器显示程序的编写则就是用 C语言写的。 2 第一章概述第一节绪论 课题背景如今,随着越来越多的手持式电器的出现,对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控,以缩短充电时间、达到最大的电池容量,并防止电池损坏。与此同时,对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从 20 世纪 60 年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术,可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池( NiCd ) 、镍氢电池( NiMH )、锂电池( Li -I on) 和密封铅酸电池( SLA )四种类型。电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同,电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。目前,市场上卖得最多的是旅行充电器,但是严格从充电电路上分析,只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器,随着越来越多的手持式电器的出现,对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电,因此,需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控), 以缩短充电时间,达到最大的电池容量,并防止电池损坏。因此,智能型充电电路通常包括了恒流/恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED 或 LCD 显示) 等基本单元。其框图如下: 3 图 1-1 智能充电器基本框图 Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供 Flash 、EEPROM 和10 位ADC 的最高效的 8位RISC 微处理器。由于程序存储器为 Flash ,因此可以不用象MASK ROM 一样,有几个软件版本就库存几种型号。Flash 可以在发货之前再进行编程,或是在 PCB 贴装之后再通过 ISP 进行编程,从而允许在最后一分钟进行软件更新。 EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数,如保存充电记录以提高实际使用的电池容量。10位A/D 转换器可以提供足够的测量精度,使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案为了达到此目的,可能需要外部的 ADC , 不但占用 PCB 空间,也提高了系统成本。AVR 是目前唯一的针对象“C”这样的高级语言而设计的 8位微处理器。 常见充电电池特性及其充电方式电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的,由于使用的化学物质的不同,电池的特性也不同,其充电的方式也不大一样。电池的安全充电现代的快速充电器(即电池可以在小于 3个小时的时间里充满电,通常是一个小时)需要能够对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量,在充满电的同时避免由于过充电造成的损坏。充电方法 SLA 电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流;NiCd 电池 4 和NiMH 电池的充电方法为恒定电流法,且具有几个不同的停止充电的判断方法。最大充电电流最大充电电流与电池容量(C) 有关。最大充电电流往往以电池容量的数值来表示。例如,电池的容量为 750 mAh ,充电电流为 750 mA,则充电电流为 1C(1倍的电池容量)。若涓流充电时电流为 C/40 ,则充电电流即为电池容量除以 40。过热电池充电是将电能传输到电池的过程。能量以化学反应的方