邵 欣

（天津機電職業(yè)技術學院 電氣電子技術應用系，天津 300131）

本文主要針對鎳鎘電池設計出低價智能充電器，該充電器功能豐富，不會由于電池的充電時間過長而造成手機電池的實際循環(huán)使用壽命降低。因此可避免充電器設置不合理所帶來的損害，可延長電池的使用壽命，還可提高它的使用性能，增強其智能化管理，從而降低充電器在充電過程中的疲勞度和充電時間，這樣不僅可降成本，也可提高它的靈活度[1]。

1 智能充電器基本原理

電池充電的關鍵是要達到有效充電的同時既可及時終止充電，避免發(fā)生過分充電給電池造成損傷，且充電過程中顯示其電量及電壓，方便及時了解電池的充電情況；還可實現(xiàn)查錯，當在充電過程中發(fā)現(xiàn)錯誤時應立即自動斷電，保護電池和充電器都不發(fā)生損壞。

它主要包括穩(wěn)壓電源部分、恒流源部分、涓流充電部分、電壓檢測部分、顯示部分和控制部分等。穩(wěn)壓電源部分主要功能是轉換220V 家庭電壓為直流電壓，為其他電路供電。恒流源電路是由穩(wěn)壓器和電阻形成的電流源，為整個電路提供恒定的充電電流。自動斷電電路基于MOSFET 的自動關斷特性，主要實現(xiàn)在電池充滿電的情況下自動斷電的功能。最后由發(fā)光二極管將電路的充電情況及電量情況顯示出來[2]。

2 解析整個充電過程

針對快速性和智能性對智能充電器進行以下幾點解析。

2.1 電壓檢測及單片機控制部分

控制電路如圖1，AT89C2051 有20 條引腳，引腳具有很強的下拉驅(qū)動能力，如引腳P1、P3 的下拉能力均可達到20mA，當AT89C2051 在增強驅(qū)動能力下，LED 數(shù)碼管就可以由它直接驅(qū)動。并且它還具有兩個特點：一是低電壓；二是高性能，片內(nèi)置通用8 位中央處理器和Flash 單元。AT89C2051 的內(nèi)部結構就是一個簡單的模擬信號比較器，如果采用它的P1.0 和P1.1 口接其輸入端，那它們進行比較的結果將會自動存進P3.6 相對應的寄存器中。在這個電路中，Vcc 接電源；上電復位電路與RST 端口連接，當振蕩器運行時，會連續(xù)給RST 引腳兩個機器周期的高電平來完成電路復位； 振蕩電路的反向輸出輸入分別為XTAL1 和XTAL2，與晶振電路連接，然后產(chǎn)生時鐘信號；中斷通信由P3.3口來實現(xiàn)，并且與蜂鳴器連接，組成報警電路；恒、涓流轉換電路與P1.6 口連接，在電池結束充電后自動切斷電源并轉為涓流充電；發(fā)光二極管與P1.4、P1.5 口接，主要目的是顯示整個電路的工作過程；內(nèi)部的電壓比較器與P1.0 和P1.1 口連接，其中電池的正極與P1.0 口連，P1.1 口則與外部的基準電壓接。然后將TL431 所產(chǎn)生的基準電壓與電池電壓進行比較，將比較結果作為檢測信號傳給單片機；GND 口接地。

TL431 是一個有較好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分流基準源。其輸出電壓范圍寬從參考電壓（Vref）2.5V～36V 區(qū)間，在此區(qū)間可用兩電阻取任意值。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2Ω，2.5V 是它的內(nèi)部基準電壓，內(nèi)部基準電壓和運放電路的反向輸出端連接，反饋電路由REF 端引入后，該器件便可以在很寬的范圍上分流控制電壓輸出。在R1 和R2 確定阻值后，加入反饋，這時，將定為充滿后的標準電壓與電池的電壓進行比較，如若電池標準電壓低于電池電壓，那么電路就會通過單片機進行對控制電路的自行轉換，繼續(xù)工作[3]。

圖1 電路控制部分

2.2 恒流源充電電路

LM317T 集成三端可調(diào)穩(wěn)壓器作為核心器件，其電壓輸出滿足1.2V～37V 之間時夠提供1.5A 電流。此穩(wěn)壓器具有很高的穩(wěn)定性，設置輸出電壓時可以連接兩個外部電阻。此外還可以使用其內(nèi)部限流、 熱關斷和安全工作區(qū)補償?shù)裙δ軄矸乐篃龜啾ｋU絲[4]。

2.3 MOSFET 驅(qū)動電路

驅(qū)動電路采用光電耦合器與它的前置電路進行隔離，降低對控制電路的干擾。控制信號應用互補的方法依次加到橋臂驅(qū)動電路的控制端。由于許多MOS 管內(nèi)設置了穩(wěn)壓管，進行強行限制gate 電壓的幅值，這樣做可以讓MOS 管在高gate 電壓下安全工作。在這種情況下，如果穩(wěn)壓管的電壓低于所提供的驅(qū)動電壓時，便會產(chǎn)生靜態(tài)的功耗大。同理，如果我們采用簡單的方式降低gate 電壓，如選擇電阻分壓式原理，那么也會出現(xiàn)輸入電壓較高的情況，則MOS 管工作良好，而輸入電壓在降低的時候gate 電壓不足，從而引起導通不夠徹底，結果導致功耗增加。以下是電路的具體工作：首先將驅(qū)動打開，控制信號就會由高電平轉換為低電平，三極管Q1 截止，然后再驅(qū)動電源Vcc，使三極管Q2 導通，穩(wěn)壓管W1 擊穿，這時電路產(chǎn)生恒定電流Ic。Ic 流過R5，使橋臂MOSFET 管形成柵一源電壓，并且控制MOSFET 管的開通電流。[4]

3 軟件設計

針對該電路的軟件程序設計如下：可以把充電的整個過程劃分為有周期的兩個階段。把充電過程分為第一階段，此過程需要900ms，這個階段主要是實現(xiàn)電路對電池的充電過程，充電過程中，指示燈為常亮。電路的自檢過程為第二階段，時間為100ms，檢測單片機P3.6 口是否為l，如果檢測到是l，則停止對電池充電并啟動電路報警裝置，否則將繼續(xù)進行充電，然后重復該過程。為了保證電路的檢測部分可以更精確，我們把軟件設計增添了十次循環(huán)周期檢測，只有在十次檢測中結果都為1 時，電路才會停止充電并轉為涓流充電。循環(huán)充電周期在理論上為0.9s，檢測時間0.1s，是一個完整的充電周期完成的時間。整個程序的關鍵是P3.6 引腳。

4 總結

該結果可以看出，通過單片機所控制的指示燈在接通電源后，對電池進行充電，綠燈亮說明充電正常，當紅燈亮綠燈滅時，表示充電結束，然后蜂鳴器立刻發(fā)出報警提示。若充好的電池在報警提示后仍沒有取出，那么電路會自行判斷變?yōu)殇噶鞒潆?，防止電池放電的同時也可以保護電池不被損壞。采用單片機進行充電器的設計，不僅可以實現(xiàn)對普通電池充電，而且還具有相應的過壓和溫度保護，使電池可以延長使用壽命，也能充分發(fā)揮電池的性能。

[1]李建忠.單片機原理及應用（第二版）[M].西安:西安電子科技大學出版社，2008.

[2]劉美俊.基于單片機的通用智能充電器設計[J].儀表技術與傳感器，2006(9):41-43.

[3]張俊謨.單片機中級教程[M].北京:北京航空航天大學出版社，2002.

[4]柯鋒.PWM 恒流充電系統(tǒng)的設計[J]，電子技術應用，2002年，第3期:43-44.

[5]王鴻麟.智能快速充電器設計與制作[M].北京：科學出版社，1998.