一款手機智能充電器的設計

張紅月 陜西國防工業職業技術學院電子信息學院

目前手機鋰電池待機時間短，基本一天一充，手機充滿電仍長時間插在充電器上，浪費電能，減少鋰電池壽命，因此對充電器設計提出了新要求。本文提出一款智能充電器，通過單片機采用合適的充電控制算法，對充電的過程有更準確的監測，縮短充電時間，確保充滿電后可及時斷開充電器，減少損耗，延長鋰電池壽命。

1 智能充電器硬件設計

充電器以國產的STC12C5A60S2單片機作為控制芯片，內部包含有較大的內部存儲空間、2路PWM脈沖發生器、8路A/D轉換器、多個16位定時器，與8051指令、管腳完全兼容，而且STC系列單片機支持串口程序燒寫，對開發設備的要求很低，開發時間也大大縮短，適合做智能充電器的主控單元。

圖1 電壓電流檢測電路

1.1 控制框圖

智能充電器以單片機作為主控系統，電路部分還包括電壓電流檢測電路、充電模塊、電源和顯示屏。充電過程中的對充電電壓和電流進行檢測和顯示，通過單片機測量的電壓電流與預設值進行比較，判斷充電是否完成，如果充電完成，則關斷充電電路，停止充電。

1.2 電壓電流檢測電路

充電過程中要對電流進行檢測，選擇電壓輸出電流并聯監控器INA282。通過檢測采樣電阻上的電流轉換成電壓值，送入單片機進行A/D采集，采樣電阻為高精度0.01Ω，電流與電壓比值是1A/0.5V。電壓檢測電路，采用高精度電阻分壓接電壓跟隨器，運放選擇LM358，將電壓縮小9倍采樣，單片機AD的測量范圍0～5V，電壓電流測量原理如圖1所示。所測電壓電流可由單片機控制顯示出來。

1.3 充電原理

開關管Q1的開通是通過單片機輸出的PWM波形來控制的，大小通過PWM占空比決定，當開關管Q1驅動為高電平時，開關管導通，儲能電感L1被充磁，流經電感的電流線性增加，同時給電容C3充電，給負載R1提供能量。當開關管Q1驅動為低電平時，開關管關斷，儲能電感L1通過續流二極管放電，電感電流線性減少，輸出電壓靠輸出濾波電容C3放電以及減小的電感電流維持。充電原理圖如圖2所示。

圖2 充電原理圖

2 鋰電池充電的原理

鋰離子電池的充電過程可以分為四個階段:涓流充電（低壓預充）、恒流充電、恒壓充電以及充電終止。鋰電池充電器的基本要求是特定的充電電流和充電電壓，從而保證電池安全充電，其中包括給過放電的電池使用涓流充電、電池電壓檢測、輸入電流限制、充電完成后關斷充電器、電池部分放電后自動啟動充電等。

3 軟件設計

結合鋰電池充電的原理，本文設計的算法流程如下:電池先進行涓流充電，以100mA的電流進行預充，預充結束的條件是電池電壓大于3.3V，主要是防止瞬時的大電流對電池造成損壞；然后進入恒流充電，充電的過程中每10s充電電流停一次，測量電池的開路電壓值，當電池的充電電壓或開路電壓大于4.2V時，恒流充電過程結束；此后開始恒壓充電階段。電流根據電芯的飽和程度，隨著充電過程的繼續充電電流由最大值慢慢減少，這個過程一直持續到當電流減小到50mA時，恒壓充電過程結束，認為充電終止。此后，再以50mA的電流再充5分鐘，這樣電池充電過程結束。這一算法比較符合鋰電池充電的原理，保證在不充電過度的情況下保證電池盡可能充滿電，延長鋰電池壽命。

4 結論

本文設計的智能充電器具有充電過程的自動控制，同時可以將測量電壓、電流實時顯示出來，充電結束后自動關斷，減少電能的浪費，避免鋰電池充電過長，延長鋰電池的壽命，對同類的充電器具有一定的借鑒意義。

[1]盧敏，伍玉杰.智能省電型手機充電器的研究與實現[J].機械工程與自動化，2012（1）:143-145.

[2] STC12C5A60S2系列單片機器件手冊.