智能快速充电器设计

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1、智能快速充电器摘要：本文介绍了一种智能快速充电器的设计过程。该充电器基于Motorola公司的MC68HC908SR12单片机为控制核心，将SR12特有的模拟电路模块、高精度A/D转换、I2C总线接口以及高速PWM等功能运用到充电控制中，详细讲述了其硬件和软件的设计过程，并从元器件筛选、PCB板绘制和软件设计等方面介绍了该充电器抑制和防电磁干扰的措施。关键词：单片机A/D转换I2C总线传感器电磁干扰1、引言随着便携式设备不断小型化、轻量化和高性能化，作为其电源的二次电池的使用率日益提高。我单位于1998年在对充电器市场调研后，设计开发了“Z

2、XG－99型智能快速充电器”，1999年设计定型，同年投入生产，截止到2001年底，已经累计生产了5000多部，取得了一定的社会效益和经济效益。今年又签定了几千部的生产合同，但是随着产量的逐年增加，以及二次电池市场的不断变化，该产品在设计中的不足越来越明显。主要有以下几点：a．“ZXG－99型智能快速充电器”的中央微处理器选择的是OTP型单片机，不具有片上FLASH存储器，程序固化后不能更改，这在产品批量生产时十分不便，而且随着市场上二次电池的充电特性不断变化，设计人员要及时更改充电控制参数或开发新的充电算法，这样对已出厂的产品只能更换新的

3、MCU，增加了生产成本；b．“ZXG－99型智能快速充电器”只能对镍镉电池（Nicd）和镍氢电池（NiMH）充电，没有涉及锂离子电池，主要原因是当时锂离子电池的普及率低，价格高。但是锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比、无记忆效应、可多次重复充电、使用寿命长等优点，促进了便携式产品向更小更轻的方向发展，使得选用单节锂离子电池供电的产品越来越多，同时其价格也越来越低。今后二次电池的主流将是锂离子电池，作为一个完整的产品应该将其纳入到设计中；c．该OTP型单片机的A/D采样值只有8位，在对电池进行-△V检测中精度不够，不能对充电过程实行更

4、精确的控制。在开发新型智能充电器中，首要环节就是中央微处理器65MCU的选型。考虑到既要增加产品的智能化和实用性，又要降低生产成本，最终决定选用Motorola公司新近推出的MC68HC908SR12作为新型智能快速充电器的MCU，这是因为SR12具有模拟电路模块、高精度A/D（10位）、I2C总线接口以及高速PWM等功能，特别适合开发电池充电器和SMBus智能电池，可极大的减少片外其它元器件的开销，达到降低生产成本的目的，同时也提高了产品的一致性和可靠性。2、概述2.1、功能特性a.以MC68HC908SR12单片机为控制核心；b.根据二

5、次电池的充电特性，软件智能识别镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）和锂离子电池（Li+），选择相应的控制模块和算法对其快速充电；c.采用最高端电压Vmax、最高温度Tmax、最长充电时间tmax、电压负增长-△V、温度变化率△T/△t等快速充电终止法；d.能对1～4节镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）单独或同时充电；e.能对1～2节锂离子电池（Li+）单独或同时充电；f.充电速率，每0.1Ah的充电时间≤10min；g.对镍镉电池（Nicd）、镍氢电池（NiMH）采用脉冲充电模式，消除记忆效应；h.对锂离子电池（Li+）采用恒

6、流转恒压充电模式；i.使用具有I2C接口的高精度数字温度传感器LM92，检测电池温度；j.设有过充电保护、过放电保护和过电流保护；k.设有电池开路、短路、反接保护；l.快速充电结束后自动转入涓流充电模式。2.2、系统框图该智能充电器以MC68HC908SR12单片机为控制核心，主要包括电源电路、恒流恒压电路、温度检测电路、键盘响应电路以及状态显示电路。图1是其系统框图。65图1智能快速充电器系统框图恒流恒压电路PWM开关电源外接电源直流12V键盘电路显示电路I/O接口MC68HC908SR12温度传感器模拟部分I2C部分A/D部分电池Rse

7、nse0.01ΩSDASCL充电电流10bitA/D电流检测3、硬件设计3.1、电源电路使用开关电源作为充电器的供电设备。开关电源采用脉冲调制方式PWM（PulseWidthModulation）和MOSFET、BTS、IGBT等电子器件进行设计。开关电源集成化程度较高，具有调压、限流、过热保护等功能。同线性电源相比其输入电压范围宽（通常可达交流85～265V）、体积小、重量轻、效率高。其缺点是有脉冲扰动干扰，设计电路板时采用同主控板隔离和添加屏蔽罩等措施，来抑制干扰。3.2、恒流恒压电路65恒流恒压电路是智能充电器的关键部分。图2是其电路

8、原理图。恒流恒压电路由SR12单片机片内模拟电路模块和片外的MOSFET开关管、肖特基二极管、滤波电感、滤波电容等器件组成。模拟电路模块是SR12的特有部件，图3为它的结构框图。