基于单片机的智能充电电源设计

基于单片机的智能充电电源设计

前言

伴随着社会的发展，手机用户的数量在不断增长，相应的对高性能、小尺寸的电池

充电电源的需求也越来越大。但市场上的手机充电器质量参差不齐，有诸多弊端。很多

外观相似，但内部线路不同导致性能大有差异。虽然都能实现充满自停，但其实现的方式不同就会导致充电效果不同。由于采用高电流快速充电，充满后不能及时停止，使电池由于过充而发热严重，从而严重缩短电池的寿命。低成本的手机电池充电电源（万能

充）都是采用电压比较法，为防止过充，一般只充到电池电量的 90%就停止高电流充电，

然后用小电流涓流充电，此时充电器指示灯不再闪烁，如果用户此时拔下电源，无疑电池的电量只充到了 90%左右，再加上电压比较具有离散性，这 90%的电量也只是个理论值，不精确。

手机技术的进步，如智能手机的出现，也对手机电池提出了更高的要求，容量要求越来越大。因此要求有更复杂的充电算法以实现快速、安全充电。一部好的手机充电电源不仅能在短时间内将电量充足，而且能对电池起到一定的保护作用，可以修复由于电

池的记忆效应引起的电池活性衰退现象，同时避免由于电池发热引起的不安全因素。虽

然大部分商家极力推荐手机直充，但是这其中存在许多不方便的因素，比如体积大，不

便于携带。

本设计提出一种结合智能充电芯片 MAX1898 和单片机 AT89S51 的充电电源软硬件

设计方案。MAX1898 功能强大，内部电路包含输入电流调节器、充电电流检测器、电压

检测器、温度检测器、定时器和主控器。它与单片机强大的控制功能配合使用，使得手

机电池充电电源更加智能化，通过改良外围电路可以大大减小手机电池充电电源的体

积，使之便于携带，这样更能满足现代家庭生活的需求。

[1]

1 总体方案的设计

1.1 实现功能

要实现智能化，要从两方面着手：

（1）充电的实现。包括两部分 ：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。

（2）智能化的实现。在充电过程中引入 51 单片机的控制，从而实现电池预充、快充、满充、充电保护、自动断电和充电完成自动报警提示功能。

[2]

1.2 方案设计与论证 1.2.1 电池充电芯片的选择

目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于充电器的设计。在选择具体的充电芯片时，有以下参考标准：

电池类型：不同的电池（锂电池、镍氢电池、镍镉电池）需选择不同的充电芯片； 电池数目：可充电池的数目；

电流值：充电电流的大小决定了充电时间； 充电方式：快充、慢充或者可控充电过程。

本设计主要利用51单片机实现手机单节锂离子（Li+）电池智能充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力。通过查阅相关资料，目前市场上常见的智能充电主要包括：MAX1898、MAX1758、SMC401。不同的芯片在控制充电过程中能力各不相同，其价格也迥异，控制电路更是错踪复杂，所以进行了以下对比论证。

智能锂电池充电控制芯片SMC401

SM401主要用于手机锂电池的充电器，也可以用于其他锂离子或锂聚合物电池的充电控制场合。内嵌8位MCU，提供全程的智能检测和智能控制，根据锂电池充电曲线在不同阶段进行精确恒流或恒压充电，具有电池放置检测、智能过流保护、过放电涓流预充、温度检测及保护、三色LED 状态指示等功能。采用本芯片设计的充电器能够充分贴合锂电池的充电曲线在不同阶段进行精确恒流或恒压充电，并能对过放电的锂电池进行补偿充电和电气性能修护，从而提高锂电池的充电饱和度，延长锂电池使用寿命。此外，芯片还能通过补偿锂电池内阻的方式缩短充电时间。

SMC401的充电分为三个步骤：预充、恒流充电、恒压充电。

（1）预充阶段。先安装电池再加上电源，SMC401首先检测电池的温度是不是在设定范围，如果不正常就会进入温度故障模式。否则检测电压VBAT，当电池电压VBAT比低压门限VLOW还低时，SMC401就会以恒流10％的电流对电池进行预充电。

（2）恒流充电阶段。在完成对电池的预充或电池电压VBAT高于VLOW并低于VMAX时，SMC401进入恒流的充电状态，此时通过外部感测电阻上的压降来监控充电电流。 （3）恒压充电阶段。当电池电压VBAT达到了VMAX时进入恒压充电的状态。在整个工作电压和工作温度范围内，恒压精度高于±1%。如果充电电流达到了终止门限ILOW时就会停止充电，如果电池电压低于充电门限电压VMAX了就会自动重新开始进行恒压充电。

智能锂电池充电控制芯片MAX1758

Max1758同MAX1898一样也是Maxim公司生产的锂离子电池充电芯片，可实现智能

充电，自动检测调节电流、电压、温度等参数，为锂电池提供了一种新的安全、高效的设计方案。其性能和MAX1898如出一辙，只是MAX1758 常用于笔记本和一些高档仪器的电源管理芯片，功耗小,发热量小,性能稳定,但是外围电路比较复杂。

智能锂电池充电控制芯片MAX1898

MAX1898的内部电路包含输入电流调节器、充电电流检测器、电压检测器、温度检测器 …… 此处隐藏：7756字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……