智能充电器的设计.docx
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智能充电器的设计
智能充电器的设计(总9页)
毕业论文(设计)材料
题目:
智能充电器的设计
学生姓名:
邱咪咪
学生学号:
07
系别:
电气信息工程学院
专业:
电子信息工程
届别:
2013
指导教师:
张大雷
一、毕业论文(设计)任务书
要求完成的主要任务及达到的目标
所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式,并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压、电流和温度过高的一种智能化充电器。
智能充电器也能对镍镉电池(Nicd)、镍氢电池(NiMH)和锂离子电池进行充电,并对充电电池具有自动检测能力。
广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。
随着移动电话用户数量的不断增长,移动电话电池和电池充电器的需求也将会有较大的增加,于是对高性能、小尺寸、重量轻的智能电池充电器的需求也越来越大。
因此,研究智能充电器的设计及推广其应用,有着非常现实的意义。
·单片机模块:
实现充电器的智能化控制,比如自动断电、充电完成报警提示等。
·充电过程控制模块:
采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。
·充电电压提供模块:
采用电压转换芯片将外部+12V电压转换为需要的+5V电压。
该电压在送给充电控制模块之前还需经过一个光耦模块。
·C51程序:
单片机控制电池充电芯片实现充电过程的自动化,并根据充电的状态给出有关的输出指示。
在此基础上巩固、加深和扩大51系列单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所
学知识解决工业控制的能力。
学会查阅书籍,并且要能够熟练的编写程序、仿真、会画流程图、原理图及PCB图。
对课题设计方案的分析、选择、比较,熟悉用51单片机做系统开发、研制的过程,软硬设计的方法、内容及步骤。
工作进度要求
——撰写开题报告
——拟定论文提纲
——撰写论文初稿
——论文修改
——论文定稿
指导教师签名:
年月日
二、毕业论文(设计)开题报告
课题研究目的
所谓智能充电器是指能根据用户的需要自主选择充电方式,并且在充电过程中能对被充电电池进行保护从而防止过电压、电流和温度过高的一种智能化充电器。
智能充电器也能对镍镉电池(Nicd)、镍氢电池(NiMH)和锂离子电池进行充电,并对充电电池具有自动检测能力。
广泛应用于各种通信设备、仪器仪表、电气测量装置中。
随着移动电话用户数量的不断增长,移动电话电池和电池充电器的需求也将会有较大的增加,于是对高性能、小尺寸、重量轻的智能电池充电器的需求也越来越大。
因此,研究智能充电器的设计及推广其应用,有着非常现实的意义。
在对智能充电器的设计的基础上巩固、加深和扩大51系列单片机应用的知识面,提高综合及灵活运用所学知识解决工业控制的能力。
学会查阅书籍,并且要能够熟练的编写程序、仿真、会画流程图、原理图及PCB图。
对课题设计方案的分析、选择、比较,熟悉用51单片机做系统开发、研制的过程,软硬设计的方法、内容及步骤。
课题研究计划
根据课题的实际需要和研究现状,为更好地高效地保证完成论文,拟如下具体安排:
第一阶段:
查阅文献、资料
第二阶段:
撰写论文开题报告
第三阶段:
实验探索
第四阶段:
论文定稿与答辩
工作进度
——学习了解AT89C51单片机和各个器件所实现的功能和本次论文相关的原理,与指导老师就所研究的课题进行详细的探讨后再逐条拟定论文提纲。
——尽力完成论文课题实物并撰写论文初稿。
——初稿完成后,根据指导老师意见就细节和内容进行修改论文。
——多次修改后,最终定稿并上交指导老师。
本课题研究现状(需附适量参考文献)
单片机是中央处理器(CPU)、存储器、输入/输出(I/O)接口、定时器/计数器等多种资源集成在一个半导体芯片上,使得一块集成电力芯片就能构成一个完整的微型计算机。
这种集成电路芯片被称为单片微型计算机(SingleChipMicrocomuper)。
具有体积小、功能强、可靠性高、价格低廉等一系列优点,不仅已成为工业测控领域普遍采用的智能化控制工具,而且已渗入到人们工作和生活的各个角落,有力的推动了各行业的技术改造和产品的更新换代。
单片机的应用领域已从面向工业控制、交通、智能仪表等迅速发展到家用消费产品、办公自动化、汽车电子、PC机外围以及网络通讯等广大领域。
本设计是单片机在智能充电方面的应用。
智能充电器已经成为人们日常生活中必不可少的必需品,广泛用于个人和家庭,给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。
要实现智能充电器,需要从下面两个方面着手。
(1)充电的实现。
它包括两部分:
一是充电过程的控制;二是需要提供基本的充电电压。
(2)智能化的实现。
在充电器电路中引入单片机的控制。
不同类型的电池如镍镉电池(Nicd)、镍氢电池(NiMH)和锂离子电池具有不同的充电特性和过程。
不同的电池应采用不同的充电控制技术。
常用的控制技术有:
电压负增量控制、时间控制、温度控制、最高电压控制技术等。
一:
电压负增量控制
目前公认的较先进的控制方法之一。
充电时,当测量到电池电压负增量时就可以确定该电池己经充满,从而将充电转变为涓流充电。
二:
时间控制
时间控制预定充电时间,当充电时间达到后,使充电器停止充电或转为涓流充电,这种方法较安全。
三:
温度控制
当电池达到充满状态时,电池温度上升较快,测量电池温度或温度的变化,从而确定是否对电池停止充电。
四:
最高电压控制
根据充电电池的最高允许电压来判断充电状态,这种方法灵活性较好。
智能充电器运用的是定电压电子负载的原理:
电子负载是利用大功率半导体器件吸收电源提供的电流,转换成热能,从而达到模拟负载的电源测试仪器。
定电压(CV)电子负载的工作原理:
它将从电源吸收足够的电流来控制其输出电压达到设定值,因而它可以模拟蓄电池的端电压,可快速、准确地测试智能电池充电器的输出特性,另外它也可使用于测试电源的限流特性。
设计智能充电器时,需要充分以下考虑3种电池的充电特性,针对每一种电池的特性给出不同的充电模式以及相应的算法.
一:
镍氢/镍镉电池充电模式
这2种镍类电池具有相似的充电特性曲线,因而可以用一样的充电算法。
这2种电池的主要充电控制参数为-ΔV和温度θ.
对镍氢/镍镉电池由预充电到标准充电转换的判据为:
①单节电池电压水平~1V;②电池温度-5~0oC.
电池饱和充电的判据为:
①电池电压跌落或接近零增长–ΔV=6~15mV/节;②电池最高温度θmax>50℃;③电池温度上升率dθ/dt≥℃/min。
由于温度的变化容易受环境影响,因而实际用于判别充电各阶段的变量主要为–ΔV、θmax,其中对–ΔV的检测需要有足够的A/D分辨率和较高的电流稳定度.-△V的测量与A/D分辨率、充电电流的稳定性与电池内阻之间有以下关系:
当电池内阻等于50Ω(接近饱和充电)时,充电电流=1200mA,电流漂移等于5%,单节电池的最高充电电压为,则此时电流漂移可能引起的电池电压变化为3mV。
二:
锂离子电池充电模式
在锂离子电池充电采样时,测量到的电压是电池的在线电压,一般在线电压要高于静态电压(与内阻有关).在充电器设计中,对锂离子电池充电各阶段转换判断的测量参数只有在线电压,电压采样偏差小于V.
三:
自适应充电模式
智能充电器设置了一种自适应充电模式,在这种模式下,对未知型号的电池或放入某种电池后而未按相应的键,则充电器自动转入自适应充电模式.此时充电器将提供一种公共算法对电池进行预充电,并对其进行型号识别判断,然后转入相应的充电模式,显示相应的型号.具体做法为:
检测充电电池电压的变化率,并判断是否检测到有–ΔV。
如果检测到电池电压V特别高,且无–ΔV,则转入锂离子电池充电模式,否则进入镍类电池充电模式.
要求充电快速且具有优良的电池保护能力,于是选择Maxim公司的MAX1898作为电池充电芯片。
MAX1898的工作原理:
MAX1898配合外部PNP或PMOS晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。
MAX1898提供精确的恒流/恒压充电,电池电压调节精度为±%,提高了电池性能并延长了电池使用寿命。
充电电流可由用户设定,采用内部检流,无须外部检流电阻。
MAX1898提供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器的连接的输出指示和充电电流指示。
MAX1898还具有其他一些功能,包括输入关断控制、可选的充电周期重启(无须重新上电)、可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。
参考文献
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[20]LenKJohnD.Simplifieddesignofmicropowerandbatterycircuits[M]Boston:
Butterworth-Heinemann,1996,57-61
学生签名:
2011年12月28日
指导教师意见
指导教师签字:
年月日
三、毕业论文(设计)评审表
毕业论文(设计)主要内容
指导教师评语
成绩
评定
指导教师签字:
年月日
评阅教师评语
成绩
评定
评阅教师签字:
年月日