充电器快速充电设计方案

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充电器快速充电设计方案

以前的手机锂电池待机时间短，几乎每天一充，手机充满电仍长期插在充电器上，浪费电能，降低锂电池寿命，所以对充电器设计提出了新标准。这篇文章提出一款智能充电器，利用单片机采用合适的充电控制算法，对充电的过程有更准确的监测，减少充电时间，保证充满电后可立即断开充电器，降低耗损，增加锂电池寿命。
1智能充电器硬件设计

充电器以国产的STC12C5A60S2单片机做为控制芯片，內部包含有很大的內部存储空间、2路PWM脉冲发生器、8路A/D转换器、多个16位定时器，与8051指令、管脚完全兼容，而且STC系列单片机支持串口程序烧写，对研发设备的标准很低，研发时间也大大缩短，适合做智能充电器的主控单元。

充电器快速充电设计方案

1.1控制框图
智能充电器以单片机做为主控系统，电路部分还含有电压电流检测电路、充电模块、电源和显示屏。充电过程中的对充电电压和电流进行检测和显示，利用单片机检测的电压电流与预设值进行比较，判断充电是不是成功，假如充电成功，则关闭充电电路，停止充电。
1.2电压电流检测电路
充电过程中要对电流进行检测，选择电压输出电流并联监控器INA282。利用检测采样电阻上的电流转换成电压值，送入单片机进行A/D采集，采样电阻为高精度0.01Ω，电流与电压比值是1A/0.5V。电压检测电路，采用高精度电阻分压接电压跟随器，运放选择LM358，将电压缩小9倍采样，单片机AD的检测范围0~5V，电压电流检测原理如图1所示。被测电压电流可由单片机控制显示出来。
1.3充电原理
开关管Q1的开通是利用单片机输出的PWM波形来控制的，大小利用PWM占空比决定，当开关管Q1驱动为高电平时，开关管导通，储能电感L1被充磁，流经电感的电流线性增加，同时给电容C3充电，给负载R1提供能量。当开关管Q1驱动为低电平时，开关管关闭，储能电感L1利用续流二极管放电，电感电流线性降低，输出电压靠输出滤波电容C3放电以及减小的电感电流维持。
充电原理图如图2所示。
充电器快速充电设计方案

图 2 充电原理图
2锂电池充电的原理
锂离子电池的充电过程能够分成四个阶段：涓流充电（低压预充）、恒流充电、恒压充电以及充电终止。锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而确保电池安全充电，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完成后关闭充电器、电池部分放电后自动启动充电等。
3软件设计
结合锂电池充电的原理，本文设计的算法流程如下：电池先进行涓流充电，以100mA的电流进行预充，预充结束的条件是电池电压大于3.3V，主要是防止瞬时的大电流对电池造成损坏；然后进入恒流充电，充电的过程中每10s充电电流停一次，测量电池的开路电压值，当电池的充电电压或开路电压大于4.2V时，恒流充电过程结束；之后开始恒压充电阶段。电流根据电芯的饱和程度，随着充电过程的继续充电电流由最大值慢慢降低，这个过程一直持续到当电流减小到50mA时，恒压充电过程结束，认为充电终止。之后，再以50mA的电流再充5分钟，如此一来电池充电过程结束。
这一算法比较符合锂电池充电的原理，确保在不充电过度的情况下确保电池尽可能充满电，延长锂电池寿命。
4结论
本文设计的智能充电器具备充电过程的自动控制，另外能够将测量电压、电流实时显示出来，充电结束后自动关闭，降低电能的消耗，防止锂电池充电过长，延长锂电池的寿命，对同类的充电器具备一定的借鉴意义。

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| 发布时间：2021.01.05 来源：

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