智能充电器的设计.docx

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智能充电器的设计

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：

0908030227

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

2011.12.1——2011.12.28撰写开题报告

2011.12.29——2011.12.31拟定论文提纲

2012.1.1——2012.2.28撰写论文初稿

2012.3.1——2012.4.31论文修改

2012.5.1——2012.5.14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

2012.1.1——2012.2.28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。

2012.3.1——2012.3.31尽力完成论文课题实物并撰写论文初稿。

2012.4.1——2012.4.30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。

2012.5.1——2012.5.14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0.6～1V；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≥1.0℃／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1.58V，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0.05V．

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±0.75%,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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[6]何立民.51系列单片机应用系统设计．北京航空航天大学出版社，1996

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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