基于單片機(jī)的鋰電池快速充電電路

　　常見的可充電電池包括鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池和聚合物電池等。其中，鋰電池以其高的能量密度、穩(wěn)定的放電特性、無記憶效應(yīng)和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。目前絕大多數(shù)的手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等均使用鋰電池。電池的使用壽命和單次循環(huán)使用時(shí)間與充電器維護(hù)過程和使用情況密切相關(guān)。一部好的充電器不但能在短時(shí)間內(nèi)將電量充足，而且還可以對電池起到一定的維護(hù)作用，修復(fù)由于使用不當(dāng)而造成的記憶效應(yīng)，即電池活性衰退現(xiàn)象。

　　單片機(jī)電路

　　單片機(jī)芯片為Atmel公司的AT89C52單片機(jī)，B1為蜂鳴器，單片機(jī)的P2.0口輸出控制光耦器件，可以在需要時(shí)及時(shí)關(guān)斷充電電源。

　　圖2 52單片機(jī)電路原理圖

　　充電電路控制模塊

　　充電狀態(tài)輸出引腳/CHG經(jīng)反相器74LS04后與單片機(jī)的P3.2口連接，觸發(fā)外部中斷。PNP為P溝道的場效應(yīng)管或三極管。D1為綠色發(fā)光二極管，處于通電狀態(tài)時(shí)亮；D2為紅色放光二極管，電源接通時(shí)亮。R1設(shè)置充電電流的電阻，阻值為2.8千歐，設(shè)置最大充電電流為500mA;C2為設(shè)置充電時(shí)間的電容，容值為100μF，設(shè)置最大充電時(shí)間為3小時(shí)。

　　圖3 充電電路控制部分

　　鋰電池智能充電器的功能

　　需要完成預(yù)充、快充、滿充、斷電和報(bào)警等功能。這些功能主要依靠智能充電管理芯片MAX1898內(nèi)置的充電狀態(tài)控制和外圍的單片機(jī)AT89C52控制下共同實(shí)現(xiàn)。

　　預(yù)充：在安裝好電池后接通輸入直流電源，當(dāng)充電器檢測到電池時(shí)則將定時(shí)器復(fù)位，從而進(jìn)入預(yù)充過程，在此期間，充電器以快充電流的10%給電池充電，使電池電壓、溫度恢復(fù)到正常狀態(tài)。預(yù)充時(shí)間由外接電容控制，這里選擇100nF，即預(yù)充時(shí)間為45分鐘。若在規(guī)定的充電時(shí)間內(nèi)電池電壓達(dá)到2.5V以上，且鋰電池溫度正常，則進(jìn)入快充過程；若在預(yù)充時(shí)間內(nèi)鋰電池電壓仍低于2.5V，則認(rèn)為該鋰電池不可充電，/CHG引腳連接的發(fā)光二極管閃爍，表示充電故障。

　　快充：當(dāng)預(yù)充結(jié)束后，鋰電池電壓上升到2.5V以上，MAX1898便以恒定電路對鋰電池進(jìn)行快充?？斐湟卜Q橫流充電。在快充過程中，鋰電池電壓逐漸上升，直至鋰電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓。

　　滿充：當(dāng)在快充過程中，鋰電池電壓達(dá)到所設(shè)定的終止電壓，快充結(jié)束，充電電流快速遞減，充電進(jìn)入滿充過程。此時(shí)，當(dāng)充電速率降到設(shè)置值以下或滿充時(shí)間超時(shí)，進(jìn)入頂端截止充電過程。在頂端截止充電時(shí)，MAX1898以極小的充電電流為電池補(bǔ)充能量。一般情況下，滿充和頂端截止充電過程可以延長鋰電池5%-10%的使用時(shí)間。

　　斷電：當(dāng)電池充滿后，MAX1898的第2引腳/CHG發(fā)送的脈沖電平會(huì)由低到高，會(huì)被單片機(jī)檢測到，引起單片機(jī)的中斷，在中斷中判斷出充電完畢的狀態(tài)。此時(shí)，單片機(jī)將通過P2.0口控制6N137，切斷LM7805向MAX1898的供電，從而保證芯片和鋰電池的安全，同時(shí)也減小損耗。

　　報(bào)警：當(dāng)電池充滿后，MAX1898芯片本身會(huì)熄滅外接的LED綠燈。但是，為了安全起見，單片機(jī)在檢測到充滿狀態(tài)的脈沖后，不僅會(huì)自動(dòng)切斷 MAX1898的供電，而且會(huì)通過蜂鳴器報(bào)警，提醒用戶及時(shí)取出電池。當(dāng)充電出錯(cuò)時(shí)，MAX1898本身會(huì)控制LED綠燈以1.5Hz左右的頻率閃爍，此時(shí)不要切斷MAX1898的供電，要讓用戶看到此提示。

　　本設(shè)計(jì)中所采用的AT89C52單片機(jī)和充電集成電路進(jìn)行充電器的設(shè)計(jì)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對鋰電池進(jìn)行充電，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的過壓和溫度保護(hù)，從而可以充分發(fā)揮鋰電池的性能，并避免了充電器在充電時(shí)可能對電池造成損害的情況發(fā)生，具有一定的智能功能。該方案有效地保護(hù)了電池、縮短了充電時(shí)間并盡量延長鋰電池的使用壽命，符合目前的環(huán)境保護(hù)潮流。