基于单片机的智能充电器设计

0简介

电子技术的飞速发展使得各种电子产品都朝着轻便，轻巧的方向发展，也使更多的电气化产品采用基于电池的电源系统. 目前，最常用的电池是镍镉，镍氢，铅蓄电池和锂电池. 它们各自的特征决定了它们将长期共存和发展. 由于不同类型的电池具有不同的充电特性，因此即使电压和容量水平不同，不同类型的电池通常也会使用不同的充电器，但这在实际使用中存在许多不便之处.

本文介绍了一种基于单片机的智能充电器的设计方法. 充电器可以实时收集电池电压和电流，并智能控制充电过程. 它可以自动计算电池的充电容量和剩余充电时间，还可以更改参数以适应各种电池的充电. 系统中的管理电路还具有保护功能，可防止电池过度充电和过度放电.

1智能充电器的硬件设计

智能充电器使用分布式控制方法，该方法由充电电路，充放电控制电路，显示器和接口电路组成. 图1显示了其电路组成的框图.

1.1充电电路的设计

电池充电有两种充电方法: 恒定电压和恒定电流. 实际上，恒压和恒流源电路也是充电电路的主要组成部分. 由于各种电池对充电电压和充电电流的要求不同，因此必须根据各种电池的要求调整充电电压和充电电流的大小. 在这里，选择bq2054集成电路作为恒压，恒流源模块为电池充电. 为了确保电池的安全性，当电池电压和温度超过设定的极限值时，bq2054将禁止对电池充电. 当电池电压低于低电压阈值时，bq2054将以恒定电流模式充电.

图2显示了智能充电器的恒定电压和恒定电流电路的. 图2中的GB +和GB-分别连接到可充电电池的正极和负极，以为可充电电池提供充电电流通道. 数字电位器MAX5434通过串行数据总线与控制电路通信，以确定电位器的电阻并改变电池电压分配网络的比例，从而改变bq2054中BAT引脚的输入电压基于51单片机的智能充电器设计，从而使bq2054根据BAT引脚的电压改变电池的充电电压，最终达到电池恒流恒压充电的目的.

1.2自动控制电路设计

图3显示了充电器的充电和放电控制电路. 在图中，PWMCTL连接到bq2054的MOD输出引脚，并且MOD输出的脉冲信号可用于控制晶体管的导通和关断，从而改变充电电流的大小. 24 V电源是充电电路的外部输入电源，可用于提供充电电流. 连接到GB +充电电路的电池的正电压是可充电电池的电压. 当电池电压未达到设定电压时，充电电路将以恒定电流模式对其进行充电. 当电池电压达到设定的充电电压时，充电电压保持恒定，而充电电流逐渐减小并进入相应的恒定电压充电阶段. [页面]

图4显示了充电器的主控制电路. 图4中的CCS，DCS和VS-BAT是用于收集电池充电电流，放电电流和充电电压的端口. 经过滤波和放大后，它们连接到P87LPC767的AD转换引脚，转换后，判断电池的充电和放电. 在该状态之后，可以控制电池的相应充电和放电. 这些判断和控制均由软件完成. 它主要收集充电电路中LED1〜LED3等三个输出端口的电平，并根据其高低状态的组合来控制电池的充电状态. SMBC和SMBD是P87LPC767和智能电池之间虚拟异步串行通信总线的时钟和数据线. P87LPC767的内部定时器2可以提供一个控制时钟，以模拟异步串行通信总线. E-CHG是充电控制使能端口，可以在满足充电条件并设置充电模式以启动充电电路为电池充电之后将其设置为高电平. 反之，当温度过高，电流过大，电压过高时，当充电故障或充电充满状态时基于51单片机的智能充电器设计，该端子为低电平可关闭充电电路. E-DSG是放电使能控制端口. 当检测到镍铬电池尚未放电时，P87LPC767将E-DSG设置为高电平，并启动放电电路以使镍铬电池放电，直到放电完成. 设置为低电平，关闭放电电路并为镍铬电池充电. SDA和SCL是P87LPC767的异步串行通信总线的数据线和时钟线. 它们连接到显示电路中的P87LPC764的SDA和SCL，以便P87LPC767可以作为从设备与P87LPC764进行通信，以便将电池的各种信息（结构参数和实时参数）传输到P87LPC764，然后由液晶显示器显示. 从机与P87LPC764通信时，两个跳线是P87LPC767作为地址选择信号. 他们可以连接或断开端口的信号输入. 它们的组合状态00、01、10、11分别表示从站的地址00. 01、10、11，以便主机和从机在通信时发出地址信号，然后从机通过查询并向主机发送信息来进行响应.

1.3智能充电器的信息显示

以P87LPC764为核心的信息显示模块可以通过I2C总线与4路充电管理部件的P87LPC767进行通信（每个P87LPC764与四个P87LPC767接口相连，每个电路负责充电管理）. 一组电池）. 系统采集电池的实时参数和结构参数后，可以通过液晶显示屏显示中文模式信息（要显示的汉字和汉字库存储在24C16中，P87LPC764通过I2C总线调用） 同时使用P87LPC764. RS232接口提供TXD和RXD线，以完成与PC管理计算机的连接，最后完成电池的分布式管理.

2智能充电器的软件设计

图5是智能管理系统的程序流程图. 该系统除了完成充放电控制外，还提供过流保护，过压保护，过热保护，蜂鸣器报警等功能.

程序开始执行后，请先初始化并检查电池电压，电流，温度等信息是否正常. 如果正常，则进行下一步，否则，请报警并关闭电路. 如果电池电压在充电终止电压和放电终止电压之间，则表示电池可以充电或放电. 此时，电路将判断它是连接到充电器还是负载以进行相应的充电和放电. 如果两者均未连接，则循环检测过程. 如果电池电压已达到充电终止电压，则等待负载放电. 另外，如果电池电压已达到放电终止电压，则等待连接充电器进行充电.

在整个过程中，电路将始终实时检测电池信息. 如果发生异常情况，它将立即使用中断信号终止正在进行的充电或放电过程，关闭充电和放电电路，并同时发出警报并提示警报原因.

3结论

智能电池充电器可以有效解决电池与充电器之间的兼容性问题，从而避免了因电池化学特性不同而对电池充电造成的种种麻烦. 此外，除了检测电池电压外，为了更好地保护电池，充电器还可以监视电池温度和充电时间，作为充电时的辅助或备用保护方案.

参考:

[1] .bq2054数据表

[2] .MAX5434数据表

[3] .P87LPC767数据表

[4] .24C16数据表

[5] .RS232数据表

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