应教毕明迪锂离子电池充电器设计方案

1、河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：锂离子电池的充电器设计学生姓名：毕明迪所在院系：机电学院所学专业：应用电子技术教育导师姓名：张伟完成时间：2009年5月20日摘要本设计以单片机为控制核心，系统由指示灯电路、电源电压与环境温度采样电路、精确基准电压产生电路和开关控制电路组成。实现了电池充电、LED指示、保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。本文对锂离子电池的参数 特性、充电原理与充电方法进行了详尽的描述， 并提出了充电器的设计思想和系 统结构。该电路具有安全快速充电功能，可以广泛应用于室内外单节锂离子电池 的充电，如手机、数码产品电池等。关键词：锂离子电池，充电器，硬件

2、电路，软件设计The design of charger about lithium-batteryAbstractThis desig n uses SCM system for the con trol of core, it in eludes the pilot lamp circuit on system, sampling circuit about voltage and temperature, the causesabout standard voltage and switch controls. The circuit achieves charging battery,

3、 LED in structi ons, the protectio n mecha nism and excepti on han dli ng, and other fun cti ons. This paper introduces the following things: parameters of lithium-battery, principles and methods on charge, desig n thinkings and system structure about charger, and it describes the functional mode of

4、 the charger in detail,moreover it proposes the thi nki ng of pla n and structure of a system.The circuit which be pla ned have fun cti ons of safety,rapid and so on. It can use in the charge of Lithium-i on battery that is only far-ra ngin g,such as the battery of cellph on e,digital product and so

5、 on.Key words: Lithium-i on battery, Charger, Hardware circuit, Software desig n1引言1.1.1课题研究背景1.1.2充电器功能描述 2.2系统设计框架与技术参数 32.1系统设计框架3.2.2锂离子电池特性4.锂离子电池参数特性 4锂离子电池的放电特性4锂离子电池的充电特性 52.3锂电池充电方法 6.恒流充电（CC） 6.恒压充电（CV）6.恒流恒压充电（CC/CV）7脉冲充电Z.2.4系统技术参数8.3充电器硬件设计 9.3.1系统指示灯电路 9.3.2电源电压与环境温度采样电路 103.3精确基准电源产生电

6、路 113.4开关控制电路 .1.14充电器软件设计124.1系统软件总体设计思路124.2系统主流程124.3充电流程设计 144.4程序设计1.55总结1.6致谢1.6参考文献16附录一系统整体电路图 18附录二程序清单1.91引言1.1课题研究背景近年来，各种携带式的电子产品成为市场上的热门，如手机、数位相机、个 人数字助理(PDA)、笔记型电脑等 3C (Computer, Communication,Consumer Electro nics)等等产品均朝向无线化、可携带化方向发展，对于产品的各项高性能 元件也往轻、薄、短、小的目标迈进，因此对于体积小、重量轻、能量密度 高的二次电池

7、需求相当迫切。因此，电池厂商也研发出各种不同用途的电池，来 适应电子装备的需求。使电子产品具有携带更方便，使用时间长等特点。小型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池及锂电池，在防止镉污染的环保需求 下，镍镉电池慢慢被取代已成趋势。镍氢电池虽无环保问题，但是能量密度低， 高温特性差及少许记忆效应等缺点，在 3C产品应用上，已经逐渐被锂离子电池 所取代。锂离子电池具有工作电压高(3.7V)、能量密度大(150Wh/kg)、重量轻、 寿命长及环保性佳等优点，皆以锂离子电池做为其能量来源，因为电子产品的使 用量迅速成长，各种可携带式电子产品的研发不得不更轻薄短小以使产品能更具 有竞争力，电池”的角色显得更加

8、重要，其品质的良莠甚至决定了产品的成功与 否，特別是可充电二次电池，在市场中成长快速、利润高，目前已成为许多先进 国家竞相发展的研究项目，其未来需求及发展前景是相当看好的。总的来说，锂离子电池具有以下优点：(1) 能量密度高，其体积能量密度和质量能量密度分别可达360W- h/dm3 和150W- h/kg，而且还在不断提高。(2) 工作电压高，通常单节锂离子电池的电压为 3.7 V，单体电池即可为3V的逻辑电路供电。对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需串联电池数也可大大减少。(3) 自放电小，每月10%以下，不到镍镉电池的一半。(4) 可快速充放电，1次充电时容量可达标称容量的 80%

9、以上。锂离子电 池负极用特殊的碳电极代替金属锂电极， 因此允许快速充电。在特定情况下可在 短时间内充足电，而且安全性能大大提高。(5) 寿命长，锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。目前，锂离子电池的寿命可达1000次以上，远远高于各类电池。(6) 允许温度范围宽，锂离子电池具有优良的咼低温放电性能，可在 -20+60C之间工作。高温放电性能优于其它各类电池。此外，锂离子电池还具有体积小、输出功率大、无记忆效应和无环境污染等 优点。综合性能优于铅酸、镍镉、镍氢和金属锂电池，被称为性能最好的电池， 尽管锂离子电池具有上述诸多优点，但还

10、是存在有如下的缺点。（1）与干电池无互换性：锂离子电池虽然有电压高的好处，但也有很难和干电池互换的缺点，当蓄电池放完电时，一般的想法是用干电池暂时取代但由于这两者电压不同，不能直接代换。（2） 无法急速充电：锂离子电池不能像镍镉电池那样，用 15分钟急速充 足电。锂离子电池的充电方法是， 最初以恒定电池充电，最后则以恒定电压完成 充电，较快速度充电时间约需 2小时。（3）内部阻抗高：因为锂离子电池的电解液为有机溶液，其电导率比镍镉 电池、镍氢电池的水溶液电解液小得多。 所以，锂离子电池的内部阻抗比镍镉电 池或镍氢电池约大10倍左右。（4）工作电压变化较大：电池放电到额定容量的 80%时，镍镉电

11、池的电压 变化很小（约20%）,锂离子电池的电压变化很大（约 40%）。对电池供电的设备 来说，这是严重的缺点，但可以由锂离子电池放电电压变化比较大， 很容易据此 检测电池的剩余电量。（5）放电速率较大时，容量下降较大。（6）必须有特殊的保护电路，以防止过充或过放。但同其优点相比，这些缺点不应成为主要问题，特别是用于一些高科技，高 附加值的产品中。因此锂离子电池具有广泛的应用价值，其经济价值相当可观。1.2充电器功能描述充电器是特为化学电池设计的理想产品，它们使电池的三项关键指标达到最 优化，即容量、寿命和安全性。正是锂离子电池在各个领域越来越广泛的应用， 推动了对锂离子电池充电器的研究。目前

12、一些大的厂家生产的充电器都具有以下特点：具备限流保护，电流短路与反充保护线路设计：自动、快速充电、充满电后自动关断等等。有的还具有LED 充电状态显示、低噪声、模拟微电脑控制系统等特点。由于锂离子的特点使得其 对充电器的要求比较苛刻。其要求的充电方式是恒流恒压方式， 为有效利用电池 容量，需将锂离子电池充电至最大电压， 但是过压充电会造成电池损坏， 这就要 求较高的控制精度（精度高于1%）。另外，对于电压过低的电池除了需要进行预充、 充电终止检测、电压检测外， 还需采用其他的辅助方法，作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限制充电时间，为电池提供附加保护，由此可见实现安全高效的充电控制已成为

13、锂离子 电池推广应用的目标。按照锂离子电池的特性参数和充、 放电曲线完成充电器设计，可以完成如下 的功能。（1）电池充电功能完成基本的充电功能，能按电池的充电曲线，完成恒流 /恒压充电。（2）LED指示电池正在充电，充电器的LED指示灯显示为红色；充电后，LED指示灯显 示为绿色。（3）保护机制当电池和充电器的工作温度超过设定范围，或者充电电压出现异常时，系统的红色LED指示灯闪烁，期间隔为0.5s。此外，对于过压和过流状况采取相应 的保护措施，保证充电的正常运行。（4）异常处理系统能在排除异常后，重新恢复充电。2系统设计框架与技术参数2.1系统设计框架锂离子电池在充、放电使用中必须注意保护。

14、用一个形象的肥皂泡沫做比喻， 锂离子电池如同一堆肥皂泡沫，泡内存储的就是电能。充电时，气泡会随着充电时间的加长而不断增大，当超过其极限值时气泡就会破裂，此时即损坏了锂电晶 型，造成永久性损坏；若过度放电，则会造成气泡塌陷、消失，这样下次充电时 气泡就充不起来，导致锂电池失效。设计系统框架时，除了技术参数外，系统的可靠性和安全性也是至关重要的。 为了保证充电不对电池造成永久性损坏， 在设计中必须考虑保护措施（包括过流 保护、过压保护和温度保护）。另外，充电器充电过程包括了恒流工作阶段和恒 压工作阶段，且系统必须保证恒流、恒压的稳定性。图1所示时系统的设计框架， 包括电压/温度采样模块、开关控制模

15、块、保护机制模块和充电模块。图1系统框架设计保护机制：该模块将系统的工作状态实时显示出来， 并根据事先编写的软件响应监控信号。在实现时，该模块电路被分散在其他3个模块的实现电路中。开关控制：该模块利用 A/D采样检测充电恒流，在非法工作时关断系统电 源。充电功能模块：该模块的主要功能是产生精确的基准电压，完成电池充电， 并实时采样系统状态。温度/电压采样：该模块完成充电器电源电压和环境温度的采样，并根据采 样值决定系统的工作状态。2.2锂离子电池特性锂离子电池在现实生活中使用的非常频繁， 而锂离子电池充电器的设计与采 用以往充电技术的充电器不一样。锂离子电池可以分成两大类：不可充电型和可充电型

16、，其最大特点是比能量 高。比能量指的是单位重量或单位体积的能量，用Wh/kg或Wh/L表示。锂离子电池参数特性充电温度：一般情况下，锂离子电池的充电温度为0C45C。放电温度：一般情况下锂离子电池的放电温度为 -20 C65 C。循环寿命的数据：10%放电深度时，大于1000次，100%放电深度时，大于 200 次。存储特性：在充满电状态的锂离子电池在 20C下保存28天的容量保存率平 均为96%，恢复率是99%以上。延长锂离子电池使用寿命的方法：锂离子电池在经历了300 500个充放电周期之后便会因容量退化而失效。而且，由于锂离子电池的自然老化现象， 其平均使用寿命仅为23年。锂离子电池的老

17、化速度受到诸多因素的影响，例如环 境温度及其充电状态。为了减缓其老化过程，需要将锂离子电池存放在低温处并 对其进行部分充电。锂离子电池的放电特性锂离子电池在使用中不可过充、过放，否则将损坏电池，使之报废。因此， 电池上一般有保护元器件或保护电路以防止昂贵的电池损坏。正确使用锂离子电池对延长电池寿命是十分重要的。 锂离子电池是目前应用最为广泛的锂电池，它根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形及扣式，而且有由几个电池串联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压为3.6V （个别产品为3.7V ）。锂离子电池对充电要求很高，必须保证充电终止精度在1 %之内。充电完成时的终止充电电压与电池

18、阳极材料有关；阳极材料为石磨材料的电池为4.2V;阳极材料为焦炭的电池为 4.1V，不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻 略大，其放电曲线也略有差别，如图 2所示。_T乙 000mA1. 35UniA6T5mA2T0mA2.52.00123456放电时间（h）O O 5 O54 43工电池电压(图2常规锂离子电池的放电曲线223锂离子电池的充电特性锂离子电池易受到过充电、深放电以及短路所造成的损害，其充电电压必须 严格限制。充电速度通常不超过1C，最低放电电压为2.73.0V，如再继续放电则会损 坏电池。锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。采用1C恒流充电至4.1V （或4.2V ）时，充

19、电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减少，当电池充足电后， 进入涓流充电过程，如图3所示。O4 2 0 8 6 4 2 04.4-4.33.3_a3. 充电电压(伏特充电电流合m七充电时间（小时）图3锂离子电池的充电曲线为避免过充电或过放电，锂离子电池不仅在内部设有安全部分， 充电器也必 须采取安全保护措施，以检测锂离子电池的充放电状态。2.3锂电池充电方法充电管理是锂离子电池管理系统的重要组成部分，它对电池的特性及寿命有着至关重要的影响。随着电源技术的不断发展，充电的手段越来越丰富，充电方式对电池及应用环境的针对性也越来越强。 目前锂离子电池充电主要有四种方 法：恒流充电、恒压充电、恒流恒压

20、充电和脉冲充电。恒流充电（CC）采用恒流充电式，可使电池具有较高的充电效率，该方法在整个充电过程中 采用恒定电流对电池进行充电，如图 4所示。这种方法操作简单，易于做到，特 别适合对由多个电池串联的电池组进行充电。 但由于锂电池的可接受电流能力是 随着充电过程的进行而逐渐下降的，在充电后期，若充电电流仍然不变，充电电流多用于电解质，产生大量气泡，这不仅消耗电能，而且容易造成极板上活性物 质脱落，影响锂电池的寿命。u,i充电电压充电电流图4恒流充电法曲线恒压充电（CV）在恒压充电法中，电池两端电压决定了充电电流，充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着锂电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减

21、少。充电电流随着电压波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免使电池过充电，充电曲线如图5所示。从图中可以看到，充电初期充电电流过 大，这样对锂电池的寿命会造成很大影响。另外，在此种充电方式中，充电末期 电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。随着电池温度升高，将造成电池的热失控，损害电池的性能，因此不推荐采用恒压充电方式。图5恒压充电法曲线恒流恒压充电（CC/CV）在CC/CV充电器中，充电通过恒定电流开始。在恒流充电CC周期中，为了防止过度充电而不断监视电池端电压。当电压达到设定的端电压时，电路切换为恒定电压充电，直到把电池充满为止。在 CC充电期间，电池可以以较高电流

22、 强度进行充电，这期间电池被充电到大约 85%的容量，电压以较高的斜率增长， 在充电过程中斜率逐步降低。在CV周期中，电池电压恒定，充电电流逐渐下降， 在电流下降到低于电池的1/10容量时，充电周期完成，又称为二阶段式充电法。 恒流恒压充电曲线如图6所示。图6恒流恒压充电曲线脉冲充电脉冲充电方式是比较新的一种充电方式。 脉冲充电法是从对电池的恒流充电 开始的，大部分的能量在恒流充电过程中被转移到电池内部。当电池电压上升到充电终止电压 Vcv后，脉冲充电法由恒流转入真正的脉冲充电阶段。 在这一阶段， 脉冲充电方式以与恒流充电阶段相同的电流值间歇性的对电池进行充电。每次充电时间为Tc后，然后关闭充

23、电回路。充电时由于充电电流的存在，电池电压将继 续上并升超过充电终止电压Vcv ；当充电回路被切断后，电池电压又会慢慢下降。 电池电压恢复到Vcv时，重新打开充电回路，开始下一个脉冲充电周期。在脉冲 充电电流的作用下，电池会渐渐充满， 电池端压下降的速度也渐渐减慢， 这一过 程一直持续到电池电压恢复到 Vcv的时间达到某个预设的值To为止，可以认为电 池已接近充满，如图7所示。图7脉冲充电法曲线在以上四种充电方法中，恒流充电不容易充满，恒压充电容易造成热失控， 损害电池性能，而脉冲充电成本较高需要嵌入智能控制芯片，因此锂离子电池充电仍应该以恒流恒压的方法为主。虽然恒流恒压充电需要复杂得多的电路

24、来实 现，但由于其充电时间短，充电效率高，并且对于电池寿命有所改善，因此在锂 离子电池充电中占主导地位，本文所设计的充电器也将主要采用这种充电方法。2.4系统技术参数本系统技术参数：充电电压/电流参数和系统充电曲线。(1) 充电曲线分析由系统的充电曲线可以看出，本系统分3个阶段进行，如图8所示分别用A、 B、C标明。此外，充电曲线A阶段部分与图3所示的曲线有所不同。A阶段的 充电过程是根据应用的需要自定义的一个充电阶段， 它是准备阶段。从充电曲线 中可以看出，A阶段的充电电流较小，充电电压从 3.5V以线形方式增加，增幅 稳定且快速。这以阶段称为 预充电”过程，它用来检测电池是否正常。(2)

25、系统参数设定充电过程分为3个阶段：A为预充电阶段；B为快速充电阶段；C为涓流充 电阶段，各个充电阶段的技术参数可通过充电曲线得到。A阶段：预充电阶段指示快速充电之前的阶段，检测电池是否正常工作。充电至电压3.80.05V 时，充电器转道快速充电阶段，在此期间充电电流维持在80 30mA。B阶段：快速充电阶段本阶段充电电流维持在15030mA ；电池电压大于3.90.1V而充电时间大于4个小时C阶段：涓流充电阶段本阶段电池电压维持在 ,充电电流小于50_15mA。在上述3个阶段中，A、B阶段是恒流充电，C阶段为恒压充电图8分段充电曲线3充电器硬件设计系统整体电路按照实际电路功能可划分为系统指示灯

26、电路、电源电压与环境温度采用电路、精确基准电压产生电路和开关控制电路。3.1系统指示灯电路系统指示灯有两个：红色LED和绿色LED。当电池处于充电状态时，充电器的红色指示灯亮，绿色指示灯熄灭；当电池 充电基本完成，进入涓流阶段时，充电器的绿色指示灯亮，红色指示熄灭；若出 现异常状况，则红色指示灯闪烁，绿色指示灯熄灭。如图9所示，LED直接连接至单片机I/O 口，RES2电阻利用分压原理得到 LED的工作电位差，并利用与LED串联的特点限制其工作电流，起过载保护的 作用。E10All图9系统指示电路3.2电源电压与环境温度采样电路电池在充电末期，负极发生氧复合反应产生热量，是电池温度升高。由于电

27、 池温度升高将导致充电电流增大， 为控制充电电流，可在电路中设置热敏电阻等 温度检测元件，当电池温度达到设定值时，电池充电电路被切断。如图10所示，该电路完成充电器电源电压和环境温度的采样。当电源适配 器电压或环境温度超出设定范围时，系统应该报警提示并立即停止充电。5 2VR7C4_ lOOOpVref鹉10kTJWC5-T- ioaop图10电源电压与环境温度采用电路电路原理和器件功能描述如下：(1) Vref连接精确基准电源产成电路，为温度采样提供可靠的标准值。(2) 连接Vref的10k Q电阻为分压电阻。(3) 系统利用热敏电阻的压降计算得到温度值，利用T_AD连接至单片 机的管脚，再

28、利用该管脚的 A/D转换器向单片机输入温度采样值。(4) 电压值利用电路作半部分的分压电路得到，利用P_AD连接至单片机的管脚，再利用该管脚的 A/D转换器向单片机输入电压采样值。（5）利用分压电路取数据可使采样值处在 A/D转换器的允许范围内。（6）电容C4起滤波的作用，防止采样点电压的波动。3.3精确基准电源产生电路如图11所示，该电路为电源提供基准电源。系统使用由德州仪器公司生产 的TL431三端可调分流基准源，TL431是一是一个有良好的热稳定性能的三端 可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置到从Vref （2.5V）到36V范围内的任何值。该器件的典型动态阻抗为0.2

29、莒在很多应用中可以用330它代替齐纳二极管，例如，数字电压表，运放电路、可调压电源，开关电源等。Vre4. 7SvHA31R1310K/0. 1%图11精确基准电源产生电路3.4开关控制电路图12右边电路使两个A/D采样子模块。一个用于采样电池的电压（U_AD 标号）;另一个用于采样充电电流（I_AD标号）。A/D采样的工作原理：充电电流的采样是利用一个 0.25 0阻值的电阻，通过 电流产生的压降进行的。这个形成压降的电阻不能很大，否则会形成过大的压降。 在U_AD的电压入口处连接了阻值为1M0的电阻，它主要起放电的作用：在实 际的测试中，发现电池拿走后其残留的电压比较大，不能检测到电池已被

30、移出， 因此利用这个电阻放电。如图12,系统利用两个三极管（Q1和Q2）做开关控制，对电池进行充电。Q2T72/B55O100r-L|R1505VRSIMC51000FK3FfiVIQI 6050图12开关控制电路系统的整体电路图如附录一所示，在单片机的控制中，在采样电路的前提下 基准电源对电池的电压进行控制，并运用开关电路对电池进行充放电的控制。4充电器软件设计4.1系统软件总体设计思路充电器机上电源后，系统首先要检查是否有电池放入，准备充电， 同时还必 须检测电池是否可用。然后系统须连续数次检测各个A/D通道，进行电源电压、环境温度等数据的初始化，设定系统初始值。如果电池电压采样通道连续3

31、次检 测到电压值大于1.0V，则认为充电器内已放入电池，且电池可用，开始充电。整个充电过程可分3个阶段进行，每个充电阶段的数据独立，但他们的处理 机制基本一致。对于这3个充电阶段，A、B两阶段必须做到恒流控制，C阶段 必须做到恒压控制，这是充电阶段的主要功能部分。恒流、恒压控制电路已知， 单片机必须对I/O 口的数据做出判断，并根据判断向外部电路发出正确的动作指 示。4.2系统主流程图13所示为系统主流程，它包括初始化函数、电池检测函数、预充电子程 序、快速充电子程序和涓流充电子程序，该流程图给出了软件的执行时序。按照 系统主流程的时序设计，各函数的调用机制为：（1）单片机上电后，初始化寄存器

32、。单片机上电后，完成系统主流程的主函数将使用 CALL指令调用初始化函数， 初始化工作包括3个方面：定义全部寄存器和单片机端口、初始化片内寄存器和 端口状态、系统监控系统复位并启动，中断复位等待。图13系统主流程初始化过程将清除上次充电的所用记录， 同时启动系统的监控函数，并复位 中断系统，通常这已过程十分迅速，一般会在放置电池前完成。（2）调用检测电池的子程序，完成检测。检测电池的子程序将用当前的状态值覆盖先前无电池时采样的无效值，然后对取得的状态值判断此刻充电器放置的电池是否可用。一般来说，系统将连续做4次电源电压、电池电压、电池温度和充电电流的采样，将采用的状态值与系统 预设的正常参数进

33、行比较：若4次比较的结果全部无误，则进入电池检测子程序； 若4次比较的结果存在错误，则系统一直检测下去，直到连续4次比较的结果全 部无误。（3） 确认充电器中存在电池后，再根据电池电压是否大于3V的条件，决 定采用预充电还是快速充电。确认充电器内的电池可以进行充电， 系统将进入电池检测子程序：如果程序 检测到电池的电压大于1V，则认为充电器内有可用的充电电池；否则系统认为 无电池或电池不可用，并退出函数， 再重新开始执行检测电池的子程序。 这一过 程依然利用CALL指令完成。如果电池检测子程序确认充电器内放置了有效的电池，那么系统将做进一步 的检测。检测当前电池的电压是否大于 3V，如果电池电

34、压大于3V，考虑电路采 样和单片机端口的损耗，电池的实际电压很可能已达到快速充电的电压要求， 因 此，可以跳过预充阶段，直接进行快速充电。（4）再相应的充电阶段，子程序内部保持循环，不断检测，直至相应阶 段充电完毕，退出相应的子程序。充电子程序包括预充充电子程序、 快速充电子程序和涓流充电子程序。 可根 据电池电压的值跳过预充充电子程序， 直接进入快速充点子程序。当系统进入到 充电子程序后，如果不跳过预充充电子程序， 则其正常执行时序时：预充充电子 程序f快速充电子程序f涓流充电子程序。各充电子程序模块均表明电池充好后退出。 是否退出当前充电子程序，重新 调用检测电池的子程序，有各充电子程序的

35、内部CALL指令决定：如果充电正常， 只退出子程序，顺利进入下已充电子程序； 如果充电异常，将不进入下一充电子 程序，重新调用检测电池的子程序。4.3充电流程设计充电分A阶段（预充阶段）、B阶段（快速充电阶段）和C阶段（涓流充电 阶段）3个阶段完成。各充电阶段的子程序流程描述如下：（1）进入充电流程，子程序开始检测充电器中有无电池，置标志信号， 如果没有电池则退出子程序。（2）随后系统I/O 口的高电平使开关控制电路的三极管导通， 5V电源 电压直接为电池充电3ms。在此期间，程序轮循采样电源电压、充电电流以及电 池、环境温度，读取A/D采样的数值后，取平均值处理这些 A/D采样数据。3个阶段

36、的3ms充电流程完全一致，但功能不同：左边的流程定义为阶段0， 它对电池充电3ms，并采样电池充电电流；中间的流程定义为阶段 1，它对电池 充电3ms，并采样电池和环境温度；右边的流程定义为阶段2,它对电池充电3ms， 采样电池充电电压。这3个充电阶段的执行顺序是固定的：阶段 Of阶段1f阶段2一阶段0采样阶段的流程完全相同，可分解为6步：根据系统预先设定的参数选择电 池的充电电压、充电电流，对电池进行充电；延时 1ms,即步骤（1）持续1ms； 采样电池状态值；延时2ms，即整个充电时间持续3ms；读取采样结果并保存， 完成4次采样后计算平均值；修改采样阶段号，进入下一个采样阶段。（3）系统

37、充电3ms后，暂停，并关断充电。（4）进行查表，根据查表结果进行相应的延时。（5）如果总的采样时间超过 3s，系统将步查表延时，选择电压通道并进 行处理。完成处理后将时间标志清零，进入采样数据分析阶段。如果系统充电3s超时，将采用如下处理步骤：令充电电压为低电平，停止 充电；延时15ms，稳定电池状态；选择电池电压的采样通道，开启充电；延时 1ms，即充电持续1ms；采样电池电压值；延时2ms，即整个充电时间持续3ms。 然后保存最后读取的电压值，将其作为后续处理的电池采样状态值；清除 3s超 时标志，进行采样数据处理。（6）判断电池电压是否小于1V :如果小于1V，则表明电池被移走，置 相应

38、标志位，程序结束；否则继续处理采样数据。（7） 判断电池电压是否大于4.4:如果大于4.4V，则表明电池出现故障， 置相应的标志位，开启 LED指示，程序将回到BACK1处；否则继续处理采样 数据。（8） 判断电池温度是否处于043C之间：如果处于该数值范围，电池正 常，继续处理采样数据；否则表明电池温度过高，置相应的标志位，开启LED 指示，程序将回到BACK1处。（9）判断电池电压是否等于4.2V:如果等于4.2V，则表明电池完成充电， 程序结束；否则继续处理采样数据。（10）判断充电时间是否超时：如果超时，贝U表明电池完成充电，程序结 束；否则回到BACK2处。4.4程序设计先定义变量，

39、主程序模块本应由 MAIN开始，但是系统再上电时由 START 开始，因此将START作为系统的主程序模块起始点。再系统上电后，首先调用 INIT完成系统初始化；然后完成电源电压、温度的4次连续采样，确认是否进入充电模式。系统完成了预期的检测后， 进入相应的充电阶段进行充电，程序如 附录二所示。5总结本文围绕锂离子电池智能充电器设计为中心，重点介绍了锂离子电池的充电原理与充电方法、充电器系统的设计思想和系统结构、分析并进行了相应充电器 的具体参数设定。本文所设计智能充电器系统以单片机为控制核心，电路按照实 际电路功能可划分为系统指示灯电路、电源电压与环境温度采样电路、 精确基准电压产生电路和开

40、关控制电路，并进行了单元电路的具体设计，通过具体的硬件 电路设计，实现了电池充电、LED指示、保护机制及异常处理等充电器所需要 的基本功能。本文所设计控制系统虽然完成了主要的任务，基本达到设计的要求和目标， 但是要应用于实际工业产品生产研发， 还有很大的距离，还需要进一步的研究和 完善。本系统在设计中同时存在有许多的不足之处，并没有完成实际功能的仿真的设计。未来的锂离子电池将会具有更高的能量密度，更小的体积和更轻的重量。随着对锂离子电池的深入研究，对电池各种参数的了解将越来越多也越来越精确。 与其相应的新的充电方法和充电控制也会诞生，今后也必将会出现更新更好的锂 离子电池充电器芯片。致谢在论文

41、完成之际，我心中洋溢着成功的喜悦，但更多的是对老师和同学的感 激，正是在他们的帮助和鼓励下，我的毕业设计才得以顺利完成。本毕业设计是在老师的悉心指导下完成的，老师不仅对我的本科生学业给予 了无微不至的关怀和培养，更重要的是，他对本设计的研究和顺利完成倾注了大 量的心血。在此，我向老师表示深深的敬意和衷心的感谢！同时也要感谢图书馆这个知识的海洋，它给我提供了丰富的参考资料，以保证我在遇到疑难问题时得 以及时查阅书籍，从而顺利地解决问题。在论文的写作期间，我积极与同组同学进行讨论和交流， 正是他们给了我自 始至终的支持和鼓励，为我提供了不可或缺的帮助。在这里，我向他们道一声诚挚的感谢！最后，还要感

42、谢在学习上、生活上，关心我、帮助我的老师、同学以 及广大的亲朋好友们。参考文献1 余发山.单片机原理及应用技术M.中国矿业大学出版社，20032 刘宝泉.智能充电器设计与实现M.西北工业大学,20043 张占松.开关电源的原理与设计M.电子工业出版社,20034 杨帮文.实用电池充电器与保护器电路集锦M.电子工业出版社，20045 吴宇平，万春荣，姜长印.锂离子二次电池M.化学工业出版社,20056 彭颖.一种锂离子电池充电器芯片的设计D.华中科技大学,20057 周玲.基于单片机控制的智能充电器设计D.广西大学,20068 D.L in de n .Ha ndbook of Batterie

43、s J.McGraw-Hill ,2003 (1): 34 359 Zhang W , Skelton D , Martinez R .Modeling and analysis of an off-line battery charger for singlecell lithium batteries J.IEEE Circuits and Systems , 2004, 2 (4) : 1796180210 栾城强.单节锂离子电池充电器J.电子技术应用，2006 ( 5): 323411 洪敏.二次锂离子电池性能介绍 .工业材料，2002 (4) : 232512 左平.灵活的电池充电器

44、解决方案.电子设计应用，2008 (4): 12812913 盛丽.锂离子电池智能充电器的硬件设计D.辽宁广播电视大学，200814 文丰.锂离子电池智能充电器的设计与实现J.微计算机信息(嵌入式)，2008, 2 (13):31031515 刘超勇.锂离子电池充电器J.电子世界，2003 ( 7) : 313416 黄英，余勇全.智能手机锂离子电池充电器J.电子世界，2002 (9) : 313217 陈华龙.锂离子电池充电器 MAX846A J.今日电子，2003 (6): 282918 魏智.锂离子电池充电器J.国外电子元器件，2004 (2) : 687119 董文博.数字化智能充电器

45、的设计.电子技术应用，2006 (1) : 626420 刘超.基于单片机的智能手机电池充电系统J.长春理工大学学报，2007 (2): 2325附录一系统整体电路图蛙O公10-寸211 JlEroiiIF 一 A一 SJ6OCqO三一S8LKP02 P0 &乏一sgHh-附录二程序清单RED=4;红色LED指示灯GREEN=2;绿色LED指示灯CTRL=1;控制信号I_AD=0X10；充电电流U_AD=0X11；电池电压T_AD=0X12;环境温度P_AD=0X13;充电电压FLAG=0X14;标志信号_60MFLAG=1;延时标志_180MFALAG=3;无电池标志FTIME=4;时间超出

46、异常FABNORMALT =5;温度异常FABNORMALP =6;电源异常FABNORMALB =7;电池异常A_R=0X15;电阻变量R3_R=0X16;开关电阻R3B=0X17；寄存器S=0X18U_AD1=0X19;电池电压米样寄存器U_AD2=0X1AU_AD3=0X1BU_AD4=0X1CT_AD1=0X1D;环境温度采用寄存器T_AD2=0X1ET_AD3=0X1FT_AD4=0X20P_AD1=0X21;充电电压米样寄存器P_AD2=0X22P_AD3 =0X23P_AD4=0X24R_ADL=0X25;A/D采样的电阻寄存器R_ADH=0X26C250=0X27C240=0X

47、28PRE_TC =0X29RAP_TC =0X2ACNT=0X2B;系统计数/计数器C1=0X2CD_CNT=0X2DI_AD1=0X2E;充电电流采样I_AD2=0X2FI_AD3=0X30I_AD4=0X31S_NOBATT=0;无电池状态S_PRE=1;与充电阶段S_RAP=2;快速充电阶段寄存器S_FULL=3;涓流充电阶段U_AD;读入电池电压S_ERRORE=4;充电阶段出错SUBA，INIT :_3V0；同3V电压比较MOVA, 217JBSR3，CMOVTTC , AJMPCLRAM_RAP,大于3V则快充MOVR3, AM_PRE :CALLBCR4, 6PRE_CHARG

48、E;小于3V则慢充MOVR9, AM_RAP :CALLBSR9, 5PAP_CHARGE;快速充电阶段CLCLRR4P5；标志位M_FULL :CALLCLRFLAGFULL_CHARGE;涓流充电阶段初始化JMPMAIN;回到充电MOVA, 50主模块过程MOVC250,AAD_PT :MOVA, 240MOVA，4MOVC240,AMOVR7，ARETAP :MOVA，0BSTART:CALLINITCALLAD_PTMOVA，3MAIN :CALLMOVADCON，A;选择AD_B；连续4次采样电池A/D转换通道，采集电源电压电压CLRACALLDELAY1MS； 延MOVA,时1ms

49、BSADCON , ADPD；取样充电电压CALLDELAY1MS；延时1msBSADCON , ADRUN;继续采样JBCADCON , ADRUNBCRF, ADIFBCADCON , ADPD；停止采样MOVA, P_AD3MOVP_AD4, AMOVA, P_AD2MOVP_AD3 , AMOVA, P_AD1MOVP_AD2, AMOVA, ADDA TAMOVP_AD1, ADJZR7JMPAP;进行下一次采样MOVA, P_AD1MOVR4, ACALLAVERAGEMOVA，R_ADLMOVP_AD，AMOVA，4MOVR7，AMOVA，2MOVADCON ， ACLRAIOW

50、IOC90；不增益CALLDELAY1MS；延时1msBSADCON，ADPD；取样充电CALLDELAY1MS；延时1msBSADCON ， ADRUNJBCADCON ， ADRUNJMP$；检测不成功，重新开始BCRF，ADIFBCADCON ， ADPD；停止采样MOVA , T_AD3MOVT_AD4 , AMOVA , T_AD2MOVT_AD3 , AMOVA , T_AD1MOVT_AD2 , AMOVA, ADDATAMOVT_AD1 , AJMPATMOVA , T_AD1MOVR4, ACALLAVERAGEMOVA , R_ADLMOVT_AD , ARETFRE_CHARGE:JBCFLAG , FNOBATT；若没有电池，退出系统RETREPEDA_PRE :BSP5, CTRL；控制高电平，电池恒流调整PE_PC:MOVA, CNT；3个通道轮流采样JBSR3，ZJMPPC_1MOVADCON ， A；选择A/D转换通道，采集电源电压CLRACALLDELAY1MS；延时1m