一款手机智能充电器的设计

2018-03-21张红月陕西国防工业职业技术学院电子信息学院

数码世界 2018年2期

张红月陕西国防工业职业技术学院电子信息学院

目前手机锂电池待机时间短，基本一天一充，手机充满电仍长时间插在充电器上，浪费电能，减少锂电池寿命，因此对充电器设计提出了新要求。本文提出一款智能充电器，通过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，缩短充电时间，确保充满电后可及时断开充电器，减少损耗，延长锂电池寿命。

1 智能充电器硬件设计

充电器以国产的STC12C5A60S2单片机作为控制芯片，内部包含有较大的内部存储空间、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，对开发设备的要求很低，开发时间也大大缩短，适合做智能充电器的主控单元。

图1 电压电流检测电路

1.1 控制框图

智能充电器以单片机作为主控系统，电路部分还包括电压电流检测电路、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，通过单片机测量的电压电流与预设值进行比较，判断充电是否完成，如果充电完成，则关断充电电路，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。通过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的测量范围0～5V，电压电流测量原理如图1所示。所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的开通是通过单片机输出的PWM波形来控制的，大小通过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，开关管关断，储能电感L1通过续流二极管放电，电感电流线性减少，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。

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可以分为四个阶段: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，从而保证电池安全充电，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、充电完成后关断充电器、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；此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减少，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。此后，再以50mA的电流再充5分钟，这样电池充电过程结束。这一算法比较符合锂电池充电的原理，保证在不充电过度的情况下保证电池尽可能充满电，延长锂电池寿命。