智能充电器控制电路(4)

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源、蜂鸣报警和液晶显示等，就可以完成一个比较实用充电器。但本设计中，主要介绍充电控制系统设计与访真，对其他功能不作细说。

2.5 充电控制技术

2.5.1 快速充电器介绍

快速充电器的特点是对充电电池采用大电流充电。常用的充电电流值为0.3～2小时率电流。小时率电流值是由公式C（Ah）/t(h)规定的，其串C代表电池额定容量，t代 表时间。例如用1小时率电流对5号锂电池快速充电，根据0.5(Ah)/1(h)=500(mA)，即采用500mA的充电电流（一般慢速充电，选用10小时率电流）[15]。

性能完善的快速充电器，其原理图如图2－9所示：

图2－9 快速充电器原理框图

其中的主控制电路有多种类型： （1） 定时型

对电池进行定时充电，主控电路采用定时电路，定时主控电路常设置不同的时间以控制不同的小时率电流对电池按时间分挡充电，使用很方便。由于定时器制容易，所以常用它自定快速充电器。自制时，为了充电安全，最好选大于5小时率的电流充电。

（2） 电压峰值增量ΔV型

有时可充电电池在充电时端电压随充电时间的增长而上升，但充足电后端电压开始下降。设计主控电路时，利用该特性监测电池电压出现峰值之生的微量下降，以控制充电结束，达到自充电的目的。这也称为－ΔV法。由于这种控制电路比较复杂故不适于自制。

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(3) 其他主控制电路

主控电路除了上述两种以外，还有温度监测和脉宽调制（PWM）控制电路。温度监测常用热敏电阻监测电池温度。当电池温度高于设定值时，立即停止快速充电，即使电池温度下降后，充电器也不会启动工作。只有它复位后，才能启动再次转入快速充电。但在本次设计中，用到的PWM调制控制电路。

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2.5.2 快速充电终止控制方法

充电控制技术是本次设计的核心部分，它也是充电系统中软件设计的核心部分。根据充电电池的原理，将锂电池的电压曲线分为三段，具体见图2－10

图2－10 锂电池的充电特性

锂电池的最佳充电过程无法用单一量实现，在这三段应分别采用不同的控制方式。 （1） 在充电前半段，电压是逐渐上升的。

（2） 在电压达到4.2V后，内阻变化，电压维持不变。 （3） 整个过程中，电量不断增加。

（4） 在接近充满时，充电电流会达到很小的值。 经过多年的研究，已经找到了较好的充电控制方法：

（1） 首先使用恒流进行充电，使电压基本达到4.2V。安全电流为小于0.8C。 （2） 恒流阶段基本能达到电量的80%。 （3） 转为恒压充电，电流逐渐减小。

（4） 在电流达到较小的值（如0.05C）时，电池达到充满状态。若此时停止充电，电

池会自放电。为防止自电放现象发生，采用浮充维护充电方式，用小电流进行涓流充电。

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这种恒流-恒压的充电方式能很好的达到电池的充满状态，并且不损害电池，已经成为锂电池的主要充电方式。当电池电压达到饱和电压时，恒流充电状态终止，自动进入恒压充电状态：恒压充电时，保持充电电压不变。由于电池内阻不断变大，导致充电电流不断下降，当充电电流下降到恒流状态下充电电流1/10时，终止恒压充电，进入浮充维护充电阶段。

电池在充满电后，如果不及时停止充电，电池的温度将迅速上升。温度的升高将加速板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短电池寿命、容量下降。为了保证电池充足电又不过充电，可以采用定时控制、电压控制等多种终止充电的方法。

（1）定时控制：该方法适用于恒流充电。采用恒流充电法时，根据电池的容量和充电电流，可以很容易的确定所需的充电时间。充电的过程中，达到预定的充电时间后，定时器发出信号，使充电器迅速停止充电或者将充电迅速将至浮充维护充电电流，这样可以避免电池长时间大电流过充电。

这种控制方法比较简单，但有其缺点：充电前，电池的容量无法准确知道，而且电池和一些元器件的发热使充电电能有一定的损失，实际的充电时间很难确定。而该方法充电时间是固定的，不能根据电池充电前的状态而自动调整，结果使有的电池可能充电不足，有时电池可能过充电，因此，当充电速率小于0.3.C时，才采用这种方法。

（2）电池温度控制：为了避免损坏电池，电池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充电，常用的温度控制方法有：

最高温度（TMAX）：充电过程中，通常当电池温度达到40.C时，应立即停止快速，否则会损害电池。电池的温度可通过与电池装在一起的热敏电阻来检测。这种方法的缺点是热敏电阻的响应时间较长，温度检测有一定滞后。

温度变化率：电池充足电后，电池温度迅速上升，而且上升速率基本相同，当电池每分钟上升1.C，应当立即终止快速充电。应当说明，由于热敏电阻的阻值与温度关系是非线性的，因此，为了提高检测精度应设法减小热敏电阻非线性的影响。

采用温度控制法时，由于热敏电阻响应时间较长，再加上环境温度的影响，因此，不能准确的检测电池的充足电状态。

（3）电池电压控制：在电压控制法中，最容易检测的是电池的最高电压。常用的电压控制法有：

最高电压：从充电特性曲线可以看出，电池电压达到最大值时，电池即充足电。充电过程中，当电池电压达到规定值后，应立即停止快速充电。这种控制方法的缺点

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是：电池充足电的最高压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这种方法不可能非常准确地判断电池已充足电。

电压负增量：由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，而且不受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池已充足电。这种控制方法的缺点是：从多次快速充电实验中发现，电池充足电之前，也有可能出现局部电压下降的情况，使电池在未充足时，由于检测到了负增量而停止快充。

（4）综合控制法：以上各种控制方法各有其优缺点，由于存在电池个体的差异和个别的特殊电池，若采用一种方法，则会很难保证电池较好的充电。为了保证在任何情况下均能可靠的检测电池的充足电状态，可采用具有定时控制、温度控制和电池电压控制功能的综合控制法。

考虑到定时控制、温度控制、最高电压控制等单独作为终止条件使用的局限性，有的系统中锂电池的充电终止也采用控制法。锂电池是以零增量检测为主，时间和电压检测为辅助检测手段。当电池电压超过检测门限时，系统会检测有无零增量出现，若出出零增量，则认为电池正常充满，进入浮充维护状态；在充电过程中，系统会直直判断充电时间及端电压是否到达或超过了充电保护条件。若其中有一个条件满足，系统会终止现有充电方式，进入浮充维护状态。

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3 智能充电器控制系统的硬件设计

3.1 AT89C2051单片机的功能概述与引脚说明

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处器，俗称单片机[1]。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMWL高密度非易存储器制技术制造，与工业标准MCS－51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和 …… 此处隐藏：1464字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……