基于单片机的锂电池充放电电路设计

2016年第5期，第174期，科学技术广播领域0引言随着3G移动互联网和智能终端的日益普及，电子产品可以随身携带. 大屏幕智能手机，平板电脑，笔记本电脑，数码相机和其他电子产品通常使用内置的锂离子电池供电，但是当电池没电时就无法使用. 当前，数字产品的功能越来越多样化，使用频率也越来越高. 如何延长移动电子产品的电池寿命尤为重要. 为了确保电子产品在外出时随时有足够的电量，许多用户使用移动电源为电子产品充电. 大多数移动电源都有内置的锂离子电池，可以为手机，平板电脑和相机等数字产品充电. 移动电源技术可以看作是固定电源技术的延伸和发展，对其核心单元锂电池的研究也越来越多. 结合单芯片技术，提出了锂电池充放电的设计方案. 1充放电电路系统结构移动电源包（MPP）也称为充电宝. 它主要使用可充电锂电池作为存储单元，基于尤国平的基于单片机的锂电池充放电电路设计（江西科技师范学院通信电子学院，江西南昌330000） : 随着技术的不断发展，移动智能产品已变得越来越多样化和越来越频繁地使用. 但是，各种数字产品（尤其是手机）的使用寿命通常无法满足日常需求. 最好的解决方案.

大多数移动电源的电力存储单元使用锂电池. 根据锂离子电池的工作原理和锂离子电池的充放电特性，提出一种基于Songhan MCU SN8P2711B的锂电池充放电设计方案. 详细给出了硬件电路设计方案，具有很强的实用价值. 关键字: SN8P2711B;锂电池充放电CLC编号: TM912文档标识码: 物品编号: 1671-4792（2016）5-0058-04基于微控制器的锂电池充放电电路设计尤国平（江西科技通信电子部）师范大学，江西南昌330000）摘要: 随着技术的不断发展，各种智能移动设备变得多样化，并得到越来越多的使用. 所有数字设备，尤其是移动电话，都难以满足耐用电池的需求. 使用锂电池的电池是解决该问题的一种方法. 根据锂电池的工作原理和充放电特性，提出了基于单片机SN8P2711B的充放电方案，并详细说明了硬件电路设计，具有重要的实用价值. 或者以降压的形式输出能量，这是电源和充电功能的结合. 充电器可以随时随地为数字设备（例如手机和平板电脑）充电.

充放电电路系统由单片机控制电路，升压电路，充电管理电路，充放电保护电路和输出电压检测电路组成，如图1所示. 可充电电池的容量，容量和容量直接影响充电和放电系统的质量. 与其他电池相比，锂电池具有更高的重量/能量比，体积/能量比，更少的自放电，快速充电以及对环境没有污染. 它们是目前最常用的智能设备供电电池. 与使用液体电解质的锂离子电池相比，使用固体聚合物电解质的锂聚合物电池具有超薄，任意形状和任意面积的特性，并且具有更高的能量密度（在相同体积的前提下，锂聚合物电池具有重量更轻，容量更大）. 因此，目前，用于电子产品的移动电源的电池主要是锂聚合物电池. 移动电源中使用的锂电池电压通常不超过4.5V. 如此低的电压无法直接为其他数字产品充电或供电. 因此，移动电源必须具有升压控制电路才能输出外部电源. 聚合物电池用作移动电源的初始能量存储. 当储能器用完时，需要对其进行补充，因此锂电池电路必须具有充电控制电路. 移动电源的核心技术是手机充电时的放电电流和电压曲线是否平滑. 这是有关是否会损坏充电装置的重要技术指标. 因此，充放电及其保护电路是避免不稳定的设计重点. 设备的输出会对智能设备造成损害，并对移动电源的性能和安全性产生重大影响.

2硬件电路设计SN8P2711B是一种高性能，低功耗的单芯片系统，具有RISC样，价格便宜，引脚相对较少，广泛用于小型家用电器，温度测量，高端智能充电器，开关电力等领域. 本设计电路选用SN8P2711B松汉单片机，具有充电器，稳压器等电路芯片，以实现充放电和保护功能. 2.1单片机控制电路SN8P2711是采用高速和低功耗CMOS技术设计和开发的8位高性能，减少指令的单片机. 有1K×16位一次性编程ROM（OTP-ROM）和64K×8位数据寄存器（RAM）锂电池充放电电路图，三个双向I / O端口，两个8位定时器/计数器，两个PWM /蜂鸣器模块，多个系统时钟，四种系统操作模式和一个五通道12位模数转换器以及五个中断源. 本设计选择SN8P2711B单片机作为移动电源控制系统. 微控制器控制电路如图2所示. 控制电路主要完成收集电压，控制充放电工作状态以及功率指示等功能. 端口P0.4是微控制器的重置端口，重置开关S1控制整个系统是否工作. 四个发光二极管LED1，LED2，LED3，LED4用于指示充电和放电功率. P0.3提供充电器芯片ME4057的CHRG信号，该信号是判断锂电池充电的端口. 高电平表示充电状态，低电平表示未充电状态.

P4.4接口是电池电量检测端口. 由于锂电池本身的电压范围为3.2V至4.2V，因此将锂电池电压的100/570用作模拟输入，并使用串联电阻分压器电路. 因此，输入模拟值的变化范围约为2.64V至3.46V. P4.3是充电检测端口. P4.2和P4.1端口分别是2A和1A放电检测端口. P0.0端口是放电图. 1.锂电池充放电电路系统的. 图. 2.单片机的控制电路. ME6206是CMOS降压稳压器，特别适合希望延长电池使用寿命的电池供电产品. 为了防止在充电和放电过程中电压不稳定并确保稳定的电源，可以在微控制器控制电路中添加低压ME6206差分大电流调节器，以进行电压调节. 2.2系统电源管理电路本设计使用芯片ME4750构成系统电源管理电路. ME4057是线性充电器. 它可以以恒定电流和恒定电压对单节锂离子电池进行线性充电. 另外，为提高其散热能力，SOP8 / MSOP8封装的ME4057的底部有一个散热器. 作为应用的理想芯片，ME4057适用于USB电源和适配器电源. 此外，ME4057采用内部PMOSFET架构和防反向充电电路，因此不需要外部隔离二极管.

连接移动电源充电器后，ME4057的CE引脚为高电平，芯片进入启用状态. PROG引脚是充电电流大小控制引脚. 连接1.2K 1％的固定值电阻器后，恒流充电期间PROG电压为1V，流过此引脚的电流为1V / 1.2K = 0.83mA. 也就是说，BAT引脚提供给锂电池的充电电流为0.83mA. 此外，BAT引脚内部有一个精密的内部电阻分压器，其浮动电压已设置为4.2V. 智能IC监视整个充电过程，并执行锂电池预充电，恒定电流和恒定电压的三阶段充电功能. 系统电源管理电路图如图3所示. 2.3充放电保护电路DW01是锂电池保护电路的专用芯片，可以避免电池寿命缩短或因过充，过放电和过大电流而损坏电池. 具有高精度电压检测和延时功能. 共漏N沟道增强型场效应晶体管8205A具有开关速度快，导通电阻超低，性价比高的特点，适用于电池保护或低压开关电路的设计. DW01和8205可以构成锂电池的过电流保护，过充电保护和过放电保护电路. 其中，8205A的OD引脚为放电控制引脚. 当检测到的电压低于2.3V时，禁止放电，直到电压升至3V以上才能恢复放电. OC是充电控制引脚，当检测到的电压上升到4.3V时，判断为发生了过充电，并且只有当电压降至4.05V以下时才可以继续充电.

这种设计可以有效避免锂电池的过充和过度放电，防止锂电池受到损坏，并延长其使用寿命. 锂电池充放电保护电路图如图4所示. 2.4升压输出电路CMOS升压开关稳压器ME2109由参考电压源，振荡电路，误差放大器锂电池充放电电路图，相位补偿电路，PWM / PFM开关控制电路和外部低导通电路组成. 电阻N沟道功率MOS晶体管该结构适用于需要高效率和高输出电流的电路. 具有飞兆半导体先进Pow-erTrench工艺的FDW9926A是PowerTrench系列双N沟道2.5V特殊场效应晶体管. 它可用于处理宽栅极电压的电源管理. 主要用于电池保护，负载开关和电源管理. 升压输出电路主要使用电压调节器芯片ME2109和MOS晶体管9926A. 当锂电池因外部负载放电时，ME2109的CE端子为高电平，芯片进入使能状态. ME2109作为专用的锂电池升压芯片，会将锂电池的4.2V电压升至5V，然后从VOUT引脚输出. 锂电池图III系统电源管理电路图图4锂电池充放电保护电路图60 —电池升压输出电路图如图5所示. 3测试对锂电池进行充电效率测试和升压效率测试本文设计的电池充电电路. 测试数据如表1和表2所示.

测试数据表明，该设计电路可以为移动设备快速充电，充电效率很高. 表1.充电效率测试. 表2.提升效率测试. 4.结论本文分析了用于移动电源的锂电池充电和放电电路的结构和关键技术，并设计了一个基于DC的低功耗单片机作为核心控制系统. 在直流升压移动电源中，每个组成单元电路均采用技术较为成熟的集成芯片，简化了电路的设计，并在系统的基础上增加了温度保护，漏电保护和过载保护等功能. . 该设计具有成本效益，易于携带，易于操作，具有一定的兼容性，并且可以为各种数字产品提供电路设计简单的优点. 参考文献[1]吴学军，胡涵，李文联. 基于低功耗单片机的移动电源设计[J]. 电力技术，2014，9（03）: 495-497. [2]刘伟达. 锂电池充电技术研究[D]. 杭州: 杭州电子科技大学，2014. [3]丁成功，王胜宏. 移动电源的研究与设计[J]. 伺服控制，2013，（04）: 67-69. 4]孙超. 锂电池组均衡充电管理系统设计[D]. 重庆: 重庆大学，2013. [5]曹金亮，陈秀强，张春光，等. 锂电池的最新研究进展[J]. 电力技术，2013，37（08）: 1460-1463. 关于作者尤国平（1981-），女，汉族，南昌市，硕士，讲师，主要研究方向: 单片机. 图5锂电池升压输出电路图61 — —

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