低成本智能充电器

　　经验交流bookmark0低成本曾能充《器目前市场上有许多通用快速充电控制芯片，如Micrel公司的MIC79050，德州仪器公司（TI）的BQ2400X系列，MAXIM等等。这些芯片给设计充电器的厂家带来了方便，节省了设计时间；但其缺点是产品功能已限定，无法对其进行功能扩展，满足不了特定用户的需要。为此，我公司利用PIC16C711芯片设计了低成本智能充电器。选用该芯片是因为它是低功耗、高性能的CMOS芯片，含8级堆栈、多个内部及外部中断源，具有13个I/O口、1个定时器、4通道高速8位A/D、IKX14bitROM、68X8bitRAM、看门狗定时器。PIC16C711与PIC16C72、73、74相比，主要是少了1个PWM输出脚。而该功能可通过软件实现；1芯片的价位却只是其它几种的一半（50%）。

　　1工作原理一般来说。智能充电器对镍镉、镍氢电池以-AV或0AV判别电池是否充满。锂电池对充电器要求比较苛刻，要求的充电方式是以恒流-恒压方式充电，以最终充电电流达到最大电流（恒流）的10%作为充满判别基准。为有效利用电池容量，须将锂离子电池充电至最大电压；但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度和相应的保护电路。另外。智能充电器还必须有电池最高温度检测及最长时间终止充电控制，为电池提供附加保护、放电及终止放电电压检测控制、充电过流保护、电池电量状态显示等功能。以下主要介绍对镍福、镍氢电池以恒流方式充电的基本工作原理。

　　凤凰光学股份公司关P敏原理图如所示。

　　中AN0正比于电池电压。AN0通道将监测BAT引脚与VSS引脚之间的电压差值，该电压可以通过一个分压器得到。为了最大限度地降低分压器对电池的影响。分压器的电阻值应足够大，但阻值过高又会使噪声抑制能力下降。因此分压器的电阻值应在150kQ~1MQ之间选取。其计算公式为：数，KeElx是电池最高电压，FRE.是CPU进行A/D转换的电压。AN1正比于充电电流，根据阻值可将电流转换成电压参数提供给CPU进行A/D采样。RB7端控制充电电流大小，10V为外接电源。RB6端控制放电电路。另外，电池对充电过程中的环境温度比较敏感，为此可以加入温度测量电路。温度测量有不同的方法，根据精度要求的不同可以采用不同的热敏电阻，或者采用现有的温度传感器、温度检测模块。另外，还有充电状态显示等功能。因实现比较简单，原理图上就不一一标明了。电路中CPU通过采集电池电压、充电电流信号、控制RB7口输出频率的占空比进行充电电流控制。该电路中电池组为5节镍镉或镍氢电池串联组成（通过控制外接电源大小及调整及5、及6电阻值可调整充电电池组数）。

　　频为20MHz（即单指令周期为0.2us）。当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程。在程序的初始阶段应首先对单片机进行初始化，然后判断电池是否正确连接，根据电池容量状况判断是否对电池进行了强制放电，以避免镍镉、镍氢电池容量记忆特性。

　　在开始充电的2~5min内，以小电流充电进行电池预充电。防止深度放电的电池在快充时被损坏甚至发生危险。具体实现为调整PB7口输出频率占空比，使电池得到小充电电流进行充电。充电过程中不断读入电池的电压及充电电流，根据所读入的数据与精密基准源进行比较，判断充电电路是否工作正常；而后，以恒定大电流进行快速充电。快速充电结束的条件是电池电压达到阈值或充电时间达到预定的快充时间。快速充电结束以后，再以涓流充电一段时间后结束整个充电过程。

　　在快速充电过程中若1h（小时）内电池电压仍小于8V，则停止充电并报警，此时应检外接充电的电源、充电电路和电池组是否损坏；应监控电池温度以防止电池组过热爆炸，若电池组温度接近电池最高温度，则进行涓流充电，等温度降下来后再进行快速充电；另外，为了安全起见可设一最长充电时间。一旦到达最长充电时间，则无论电池电压是否达到阈值立刻停止充电。整个充电过程可根据需要控制在1.5~3h（小时）内。

　　2PWM实现方式时器控制PB7口输出固定频率脉冲。一般来说，在快速充电过程中，其PWM频率（即RB7口输出频率）应根据外围设计电路决定，总的来说频率越高电源利用效率越高。在本电路中，因采用软件方式实现PWM而且对电源效率要求不高，故将其控制在20kHz左右。在程序中，首先在初始化寄存器中（CPU工作主频选择为20MHz，即单指令周期为0.2lxs）设置OPTION寄存器的预分频器给TMR0用，其分频数为1：2，设置TMR0初值为F4，即定时器中断时间为：（FF-F4+1）X2X.2=5us.当TMR0内部计数器发生计数溢出（从FFH到00H）时，溢出位送入INTCON寄存器中T0IF位，同时产生中断请求，若INTCON寄存器中T0IE位=1，则执行定时中断程序。输出频率周期固定为50ws，其计算公式为循环周期数X定时器中断时间=1X5=50ys.改变的值可以改变PB7口输出频率占空比（7V的取值范围从1~9）。充电程序中循环判断电池各种充电参数，当定时器发生溢出中断后，根据NUM的值判断PB7口输出的是高电平还是低电平PWM引脚输出￥联1个电阻后接到1个NPN晶体管N2上，以控制上面的PNP晶体管N1是否导通。

　　当PWM输出高电平时，N1及N2皆在导通的状态，10V电压对电感充电；当PWM输出低电平时，N1及N2皆在不导通的状态，10V电压不对电感充电。

　　电感经由肖特基二极管放电。控制PWM输出的占空比，可以让电感储存的电流能量维持在一定值。

　　由此来实现恒定电流控制。充电程序中根据AN1口A/D转换的数据判断充电电流是否合适，如过大或过小则相应减小或增大AM直。这样，通过软件方式便实现了PWM功能。M（上接第68页）（一般小于500ms）被切除掉，这样逻辑变量A0可在定时器2计时尚未到时翻转为0，继电器1可以提前返回，跳闸脉冲宽度小于2s.各个逻辑变量值及逻辑方程的结果可由直观地表达出来。

　　我们开发的新型电力监控仪充分考虑了现场应用的特点，测量、控制及通信功能比较完善，软硬件设计具有一定的独到性，尤其是增加了现场输出逻辑可编程功能，很大程度上满足了现场的不同控制需求。

　　由于局限于芯片的运行速度，一些电力监测的高级应用在仪表中无法实现。如电能质量的分析、高次谐波的分析、高速波形记录等，同时逻辑方程的复杂程度也受到了限制。这使得在一些控制过程比较复杂的场合，仪表的现场编程能力无法得到充分展现，这也是产品开发过程中的一个缺陷。