锂离子电池具有较高的能量分量和能量体积比，无回忆效应，可重复充电次数多，运用寿数长，价格也越来越低。一个杰出的充电器可使电池具有较长的寿数。运用C8051F310单片机规划的智能充电器，具有较高的丈量精度，可很好的操控充电电流的巨细，当令的调整，并可依据充电的状况判别充电的时刻，及时中止充电，以防止电池的过充。
本文评论运用C8051F310器材规划锂离子电池充电器的。运用PWM脉宽调制发作可用软件操控的充电电源，以习惯不同阶段的充电电流的要求。温度传感器对电池温度进行监测，并经过AD转化和相关核算检测电池充电电压和电流，以判别电池抵达哪个阶段。使电池具有更长的运用寿数，更有用的充电办法。
规划进程
1 充电原理
电池的特性仅有地决议其安全功用和充电的功率。电池的最佳充电办法是由电池的化学成分决议的（锂离子、镍氢、镍镉仍是SLA电池等）。尽管如此，大多数充电计划都包括下面的三个阶段：
低电流调理阶段
恒流阶段
恒压阶段/充电中止
一切电池都是经过向自身传输电能的办法进行充电的，一节电池的最大充电电流取决于电池的额外容量（C）例如，一节容量为1000mAh的电池在充电电流为1000mA时，能够充电1C(电池容量的1倍)也能够用1/50C(20mA)或更低的电流给电池充电。尽管如此，这仅仅一个一般的低电流充电办法，不适用于要求短充电时刻的快速充电计划。
现在运用的大多数充电器在给电池充电时都是既运用低电流充电办法又运用额外充电电流的办法，即容积充电，低充电电流一般运用在充电的初始阶段。在这一阶段，需求将会导致充电进程中止的芯片初期的自热效应减小到最低程度，容积充电一般用在充电的中级阶段，电池的大部分能量都是在这一阶段存储的。在电池充电的最终阶段，一般充电时刻的绝大部分都是耗费在这一阶段，能够经过监测电流、电压或两者的值来决议何时完毕充电。相同，完毕计划依赖于电池的化学特性，例如：大多数锂离子电池充电器都是将电池电压坚持在安稳值，一起检测最低电流。镍镉、NiCd电池用电压或温度的改变率来决议充电的完毕时刻。
充电时部分电能被转化成热能，直至电池充溢。而充溢后，一切的电能将悉数被转化成热能。假如此刻不中止充电，电池就会被损坏或焚毁。快速充电器电池（彻底充溢的时刻小于两小时的充电器）则能够处理这个问题，由于这些充电器是运用高充电电流来缩短充电时刻的。因而，关于锂离子电池来说,监测它的温度是至关重要的，由于电池在过充电时会发作爆裂，在一切的充电阶段都应该随时监测温度的改变，而且在温度超越最大设定值时当即中止充电。
2 总体规划
充电电路由三部分：操控部分，检测部分及充电部分组成。如图1所示，选用F310单片机进行充电操控，单片机自身具有脉宽调制PWM型开关稳压电源所需的悉数功用，具有10位A/D转化器。运用单片机A/D端口，构成电池电压，电流，温度检测电路。
图1 锂离子电池充电模块图
单片机经过电压反应和电流反应信号，直接运用PWM输出将数字电压信号并转化成模仿电压信号，能够保证操控精度。
3 操控部分电路规划
C8051F310单片机
①模仿外设
a.10位ADC：转化速度可达200ks/s,可多达21或17个外部单端或差分输入，VREF可在外部引脚或VDD中挑选，内置温度传感器（±3℃），外部转化发动输入；
b.两个模仿比较器：可编程回差电压和呼应时刻，可装备为中止或复位源，小电流（〈0.5μA）。
②供电电压
a.典型作业电流：5mA、25MHz；
b.典型停机电流：0.1μA；
c.温度规模：-40～+85℃。
③高速8051微操控器内核
a.流水线指令结构：70%的指令的执行时刻为一个或两个体系时钟周期；
b.速度可达25MI/s（时钟频率为25MHz时）；
c.扩展的中止体系。
④数字外设
a.29/25个端口I/O：一切的口线均耐5V电压；
b.4个通用16位计数器/定时器；
c.16位可编程计数器/定时器阵列（PCA），有5个捕捉/比较模块；
d.运用PCA或定时器和外部时钟源的实时时钟办法。
操控电路中如图2所示，P0.3口供给充电电源，P0.6口检测充电电压的巨细，P0.5口检测充电电流的巨细，P0.4口检测电池的温度。
图2 操控电路接线图
充电电流由单片机脉宽调制PWM发作，充电电流由AD转化再经过核算得出。
4 充电部分及检测部分电路规划
图3为充电电路与检测电路图。
图3 充电电路与检测电路图
①充电进程曲线
如图4所示，充电进程由预充状况，恒流充电状况和恒压充电状况组成。
图4 锂电池充电曲线
②快速转化器
完成渐弱中止充电器的最经济的办法便是用一个快速转化器。快速转化器是用一个电感和/或一个变压器（需求阻隔的时分用变压器）作为能量存储单元以离散的能量包的方式将能量从输入传输至输出的开关调理器反应电路，经过晶体管来调理能量的传输，一起也作为过滤开关，以保证电压或电流在负载时坚持安稳。
快速调理器的操作是经过操控一个晶体管开关的占空比来完成的。占空比会主动添加以使电池流入更多的电流。当VBATT<VREF时，一个比较器会将开关闭合(参见图5a),电流流入电池和电容C,这个电流一起也存储在电感L中。VBATT持续升高，直到超越VREF，调理此刻比较器将开关断开(参见图5b),存储在电感中的电流敏捷下降直到二极管偏置，使得电感电流以减速度流入电池，电容C在电感电流衰减后开端放电。而且最终VBATT开端下降，当VBATT低于VREF时,比较器再次将开关闭兼并开端另一次循环。在较大的规模内假如减小占空缩短闭合的时刻，均匀电压就会下降，反之亦然。因而能够经过操控占空比的办法调理电压或电流至所需求的值。
a 开关闭合
b 开关翻开
图5 快速转化器操作
③电感的确认
电感对交流电是有阻挠作用的。在交流电频率必定的情况下，电感量越大，对交流电的阻挠才能越强，电感量越小，其阻挠才能越小。别的，在电感量必定的情况下，交流电的频率越高，电感对交流电的阻挠才能越大，频率越低，电感对交流电的阻挠才能越小。也便是说，电感有阻挠交流电经过的特性。
其作业原理是这样的：当负载两头的电压要下降时，经过MOSFET场效应管的开关作用，外部电源对电感进行充电并到达所需的额外电压。当负载两头地电压升高时，经过MOSFET场效应管的开关作用，外部电源供电断开，电感释放出方才充入的能量，这时电感就变成了电源持续对负载供电。跟着电感上存储的能量地耗费。负载两头的电压开端逐步下降，外部电源经过MOSFET场效应管的开关作用又要充电。顺次类推在不断的充电和放电的进程中形成了一种安稳的电压，永久使负载两头地电压不会升高也不会下降，这便是开关电源的最大优势。
要确认快速转化器中电感的巨细首先应假定晶体管的占空比为50%，由于此刻的转化器操作操作功率最高。占空比由方程式1给出：
（其间T是PWM的周期在程序示例中T=10.5s）
占空比=ton/T （1）
至此就能够挑选一个PWM的转化频率（如方程式2所示）PWM的转化频率越大，则电感的值越小，也越节省本钱。
我的示例代码装备F310的8位硬件PWM是运用内部24.5MHz主时钟的256分频来发作一个95.7kHz的转化速率。
L=（Vi-Vsat-Voton）/2Iomax （2）
现在咱们能够核算电感的巨细了，假定充电电压Vi的值为15V，饱满电压Vsat的值为0.5V，需求取得的输出电压值为4.2V,而且最大输出电流IＯMAX为1500mA，那么，电感的值至少应选为18H。
需求留意的是：在本电路中的电容仅仅是一个纹波衰减器，由于纹波与电容的巨细成反比例联系，所以电容的值越大，衰减作用越好。 |
