课程设计---智能快速充电器电路设计.docVIP

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 、 I 2 C 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 I 2 C 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 “ ZXG － 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 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 MCU 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）、 I 2 C 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 ? 以 MC68HC908SR12 单片机为控制核心； ? 根据二次电池的充电特性，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； ? 采用最高端电压 V max 、最高温度 T max 、最长充电时间 t max 、电压负增长 - △ V 、温度变化率△ T/ △ t 等快速充电终止法； ? 能对 1 ～ 4 节 镍镉电池（ Nicd ） 、镍氢电池（ NiMH ）单独或同时充电； ? 能对 1 ～ 2 节 锂离子电池（ Li+ ）单独或同时充电； ? 充电速率，每 0.1Ah 的充电时间 ≤ 10min ； ? 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； ? 对 锂离子电池（ Li+ ）采用恒流转恒压充电模式； ? 使用具有 I 2 C 接口的高精度数字温度传感器 LM92 ，检测电池温度； ? 设有过充电保护、过放电保护和过电流保护； ? 设有电池开路、短路、反接保护； ? 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。 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 （ Pulse Width Modulation ）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