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充電器快速充電設計方案

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充電器快速充電設計方案

以前的手機鋰電池待機時間短，幾乎每天一充，手機充滿電仍長期插在充電器上，浪費電能，降低鋰電池壽命，所以對充電器設計提出了新標準。這篇文章提出一款智能充電器，利用單片機采用合適的充電控制算法，對充電的過程有更準確的監測，減少充電時間，保證 充滿電后可立即斷開充電器，降低耗損，增加鋰電池壽命。
1智能充電器硬件設計

充電器以國產的STC12C5A60S2單片機做為控制芯片，內部包含有很大的內部存儲空間、2路PWM脈沖發生器、8路A/D轉換器、多個16位定時器，與8051指令、管腳完全兼容，而且STC系列單片機支持串口程序燒寫，對研發設備的標準很低，研發時間也大大縮短，適合做智能充電器的主控單元。

充電器快速充電設計方案

1.1控制框圖
智能充電器以單片機做為主控系統，電路部分還含有電壓電流檢測電路、充電模塊、電源和顯示屏。充電過程中的對充電電壓和電流進行檢測和顯示，利用單片機檢測的電壓電流與預設值進行比較，判斷充電是不是成功，假如充電成功，則關閉充電電路，停止充電。
1.2電壓電流檢測電路
充電過程中要對電流進行檢測，選擇電壓輸出電流并聯監控器INA282。利用檢測采樣電阻上的電流轉換成電壓值，送入單片機進行A/D采集，采樣電阻為高精度0.01Ω，電流與電壓比值是1A/0.5V。電壓檢測電路，采用高精度電阻分壓接電壓跟隨器，運放選擇LM358，將電壓縮小9倍采樣，單片機AD的檢測范圍0~5V，電壓電流檢測原理如圖1所示。被測電壓電流可由單片機控制顯示出來。
1.3充電原理
開關管Q1的開通是利用單片機輸出的PWM波形來控制的，大小利用PWM占空比決定，當開關管Q1驅動為高電平時，開關管導通，儲能電感L1被充磁，流經電感的電流線性增加，同時給電容C3充電，給負載R1提供能量。當開關管Q1驅動為低電平時，開關管關閉，儲能電感L1利用續流二極管放電，電感電流線性降低，輸出電壓靠輸出濾波電容C3放電以及減小的電感電流維持。
充電原理圖如圖2所示。
充電器快速充電設計方案
圖 2 充電原理圖
2鋰電池充電的原理
鋰離子電池的充電過程能夠分成四個階段：涓流充電（低壓預充）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而確保電池安全充電，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關閉充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。
3軟件設計
結合鋰電池充電的原理，本文設計的算法流程如下：電池先進行涓流充電，以100mA的電流進行預充，預充結束的條件是電池電壓大于3.3V，主要是防止瞬時的大電流對電池造成損壞；然后進入恒流充電，充電的過程中每10s充電電流停一次，測量電池的開路電壓值，當電池的充電電壓或開路電壓大于4.2V時，恒流充電過程結束；之后開始恒壓充電階段。電流根據電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續充電電流由最大值慢慢降低，這個過程一直持續到當電流減小到50mA時，恒壓充電過程結束，認為充電終止。之后，再以50mA的電流再充5分鐘，如此一來電池充電過程結束。
這一算法比較符合鋰電池充電的原理，確保在不充電過度的情況下確保電池盡可能充滿電，延長鋰電池壽命。
4結論
本文設計的智能充電器具備充電過程的自動控制，另外能夠將測量電壓、電流實時顯示出來，充電結束后自動關閉，降低電能的消耗，防止鋰電池充電過長，延長鋰電池的壽命，對同類的充電器具備一定的借鑒意義。

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| 發布時間：2021.01.05    來源：
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