3.6 V/7.2 V鋰離子電池智能充電器設計

宋金華 吳林 謝啟少

摘 要：部分手持式電子產品中帶有3.6 V/7.2 V鋰離子電池，文中針對3.6 V/7.2 V鋰離子電池的充電器進行設計。該充電器的主要特點：充電器在單片機8051F330的控制下具有自動識別充電端口電池規(guī)格、自動完成充電、實時監(jiān)測充電狀態(tài)并以充電指示燈指示充電狀態(tài)功能;具有充電器故障告警和故障保護功能，當電池失效時指示燈閃爍告警;充電器具有操作簡單、工作穩(wěn)定、智能可靠等優(yōu)點。

關鍵詞：鋰離子電池;單片機;自動識別;指示燈;充電器;AC/DC

中圖分類號：TP39;TM464文獻標識碼：A文章編號：2095-1302（2019）09-0-02

0 引 言

充電器是為電池充電的設備[1-2]，多選用3.6 V和7.2 V規(guī)格的鋰離子電池[3]。電子產品一般匹配兩套充電設備，且充電器本身不具有充電狀態(tài)識別、顯示、控制功能，電池充滿與否依賴電子產品內部自帶的電源管理程序控制。該類普通充電器通用性弱、可靠性低，因電池極易過充而引起的電池損耗較大。

針對市場上充電器存在的缺陷，本文設計了一款智能充電器，能夠自動識別插入槽內的電池規(guī)格，自動完成充電并指示充電狀態(tài)。既能給3.6 V鋰離子電池充電又能給7.2 V鋰離子電池充電，當電池失效或者電路故障時，會有紅燈閃爍告警。充滿后自動關閉且指示燈變綠。

1 智能充電器結構

圖1所示為智能充電器的結構，在智能充電器內，除了具有普通充電器具備的AC/DC模塊外，還具有微機單元（8051F330）控制充電狀態(tài)功能，8051F330通過采樣得到充電端口電壓和充電電流，再與程序設置的電壓電流比較、判斷、控制電子開關2SC945通斷來控制充電與指示燈顯示狀態(tài)。充電端口根據(jù)識別電池規(guī)格自動切換3.6 V或7.2 V電池充電，并由對應的指示燈顯示。

2 單片機8051F330控制程序設計

智能充電器程序流程如圖2所示。

2.1 設計條件

（1）輸入電壓范圍：交流176～264 V;

（2）輸入頻率：（50±3）Hz;

（3）設計充電電壓：直流4.2 V/8.4 V;

（4）設計充電電流：（1±10%）A;

（5）充電方式：選用先恒流后恒壓充電方式，充滿后自動關斷結束。

2.2 設計過程

2.2.1 AC/DC電源模塊設計

AC/DC電源模塊采用由TOP224芯片控制的反激變化電路，輸出電壓由輸出可調的分壓電阻切換兩種規(guī)格，即4.2 V或8.4 V，電路如圖3所示。

2.2.2 單片機8051F330端口地址分配

單片機8051F330的1腳與數(shù)字電位器CAT5113的1腳連接，2腳接GND，3腳與3.3 V電源連接，4腳和5腳與JTAG口連接，6腳與數(shù)字電位器CAT5113的7腳連接，7腳與充電電流信號連接，8腳與AC/DC輸出電壓采樣連接，9腳懸空，10腳與充電器的輸出端口電壓采樣連接，11腳～15腳與充電器指示燈連接，16腳與3.6 V/7.2 V三極管2SC945連接，17腳～18腳懸空，19腳與充電器電壓反饋連接，19腳與數(shù)字電位器CAT5113的2腳連接，分配電路如圖4所示。

2.2.3 充電電流電壓采樣

3.6 V/7.2 V智能充電器電流采樣時，通過LT6107芯片連接并將輸出信號發(fā)送到單片機7腳，該充電器充電電壓由輸出端口發(fā)送至單片機10腳。充電電流電壓采樣電路如圖5所示。

2.2.4 單片機8051F330

3.6 V/7.2 V智能充電器單片機8051F330通過在充電初始時檢測電池端口電壓來判別電池規(guī)格，并由18腳發(fā)送K_8.4 V/4.2到三極管，切換為與電池匹配的分壓電阻，并由單片機8051F330的9腳發(fā)送信號K到三極管以控制充電輸出。單片機控制電路如圖6所示。

2.2.5 充電狀態(tài)顯示

3.6 V/7.2 V智能充電器設計兩個共陰發(fā)光二極管，以此觀察充電狀態(tài)的顯示，其中一個發(fā)光二極管對應3.6 V充電狀態(tài)，另一個發(fā)光二極管對應7.2 V充電狀態(tài)。當插入3.6 V未充滿的鋰離子電池時，對應3.6 V指示燈為紅燈，表示在充電狀態(tài)，充滿后變?yōu)榫G燈，當出現(xiàn)故障或者電池性能下降嚴重時，則紅燈閃爍作為故障告警。當插入7.2 V未充滿的鋰離子電池時，對應7.2 V指示燈為紅燈，表示在充電狀態(tài)，充滿后變?yōu)榫G燈，當出現(xiàn)故障或者電池性能下降嚴重時，紅燈閃爍作為故障告警。

3 智能充電器充電測試驗證

為了驗證以上理論設計，利用Altium Designer Release 10軟件制作PCB板，在PCB板上焊接元器件，單片機8051F330控制電路如圖7所示。在智能充電器槽口插入待充的鋰離子電池，對應3.6 V或7.2 V指示燈變紅，充滿后變綠;當插入已失效的電池時，對應指示燈閃爍;當電路故障時，對應指示燈閃爍。模塊實物如圖8所示。

4 結 語

本文圍繞智能充電器的工作原理，首先設計出AC/DC電源模塊電路圖，使充電器實現(xiàn)4.2 V/8.4 V輸出，然后在單片機（8051F330）芯片引腳采樣得到充電電流和電壓，進行相應控制，充電器自動識別端口并充電，充滿后自動關閉，實時監(jiān)測指示。最后通過待充的鋰離子電池進行充電測試。測試結果表明，3.6 V/7.2 V智能充電器能夠自動識別

3.6 V/7.2 V鋰離子電池并充電，充滿后自動關閉，可實時監(jiān)測和指示充電狀態(tài)。產品操作簡單，可靠耐用，具有較好的推廣價值。

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