CN104092271A - 一种智能化锂电池充电器 - Google Patents

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Abstract

一种智能化锂电池充电器，由电源电路、单片机电路和充电控制电路组成，连接关系如附图所示。有涓流、恒流和恒压三种充电模式，能根据电池电压自动选择适当的充电模式。涓流充电电流73mA，恒流充电电流730mA，恒流精度±1%，恒压充电电压4.2V，恒压精度±0.1%，充电周期3小时，电池热保护范围是低于0°C或高于50°C。采用单片机电路与充电控制电路相互配合，共同完成对充电器的输入电压检测、电池电压检测、充电控制、故障指示、充电周期设定和充电结束蜂鸣提示的充电智能化控制，具有热保护和时间保护功能，其积极效果在于：电路简单、成本低、体积小、重量轻、恒流恒压精度高、保护功能完善、充电控制智能化。

Description

一种智能化锂电池充电器
技术领域
本发明涉及电池充电器技术领域，具体涉及一种智能化锂电池充电器。
背景技术
锂电池是一种高能充电电池，具有体积小、重量轻、能量密度高、循环充电次数多、工作温度范围宽、自放电率低、无记忆效应等突出优点，在手机、数码相机、PDA及笔记本电脑等高端便携式设备电源上被广泛采用。但锂电池对充电器的要求较高，其要求的充电方式是恒流和恒压方式，对于电压过低的电池需要先进行涓流充电。为有效利用电池容量，要将锂电池充电至最大电压，但过压充电会造成电池损坏，这就要求充电器有较高的控制精度。另外，充电器最好带有热保护和时间保护。目前，市场上充电器的质量参差不齐，很多采用大电流的快速充电法，过度的充电会严重缩短电池的寿命。还有一些低成本的充电器采用恒压法充电，为了防止过充，不能把电池充满。
发明内容
为解决现有锂电池充电器的不足，本发明公开一种智能化锂电池充电器，该充电器采用单片机电路与充电控制电路相互配合共同完成对锂电池充电的智能化控制，有涓流、恒流和恒压三种充电模式，能根据电池的电压自动选择适当的充电模式，恒流恒压精度高，充电及充电故障指示灯提示，充电结束蜂鸣提示，具有热保护和时间保护功能，可广泛应用于单节锂电池充电器领域。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：本发明由电源电路、单片机电路和充电控制电路组成。电源电路的输入端接交流市电电源，输出端分别接单片机电路和充电控制电路的电源输入端，单片机电路的控制信号输出、输入端与充电控制电路的控制信号的输入、输出端相互连接，充电控制电路的充电电流输出端接锂离子电池。电源电路由集成电路芯片TOP222Y、PC871，桥式整流器BR1，电阻R1～R4，电容C1～C8，二极管D1～D3，稳压二极管D4，电感L1、L2和开关变压器T1组成。单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R5～R9，热敏电阻RNTC，电容C9～C11，石英晶振X1，蜂鸣器Y1和发光二极管LED1、LED2组成。充电控制电路由集成电路芯片MAX1507，电阻R10，电容C12、C13和发光二极管LED3组成。
本发明的积极效果在于：电路简单、成本低、体积小、重量轻、恒流恒压精度高、保护功能完善、充电控制智能化。
附图说明
图1为本发明的方框图。
图2为本发明的电源电路原理图。
图3为本发明的单片机电路原理图。
图4为本发明的充电控制电路原理图。
具体实施方式
如附图1所示，本发明由电源电路、单片机电路和充电控制电路组成。电源电路的输入端接交流市电电源，输出端分别接单片机电路和充电控制电路的电源输入端，单片机电路的控制信号输出、输入端与充电控制电路的控制信号输入、输出端相互连接，充电控制电路的充电电流输出端接锂离子电池。
如附图2所示，电源电路由集成电路芯片TOP222Y、PC871，桥式整流器BR1，电阻R1～R4，电容C1～C8，二极管D1～D3，稳压二极管D4，电感L1、L2和开关变压器T1组成。TOP222Y内置高压启动偏置电路、100KHz高频振荡器、高压功率MOSFET、电压型PWM控制器、并联偏置调整器、基准电压电路、误差放大器和故障保护电路。正常工作时，开关变压器T1的输出绕组N3的感应电压，经D3整流，C6、C7和L2滤波，输出5V的稳定直流电压。电源电路具有过流、过热保护功能。
开关变压器T1的辅助绕组N2，二极管D2，电容C4、C5，电阻R3、R4，稳压二极管D4和光电耦合器PC871组成输出电压反馈电路。D2、C5组成的整流滤波电路对N2绕组的感应电压整流滤波，将得到的直流电压为PC871中的光电三极管供电。5V输出电压经R4加到D4的负极，使D4工作在稳压状态，可提供3.9V的基准电压。当5V输出电压升高时，流过PC871中的发光二极管的电流增大，发光增强，光敏三极管的电流增大，使TOP222Y的C端电压升高，受这个升高的反馈电压控制，输出占空比减小，输出电压随之降低。上述的工作过程在极短的时间内就能达到平衡，平衡时输出电压为5V，本发明中D4的稳压值设计为3.9V，电源电路输出为稳定的5V直流电压。
如附图3所示，单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R5～R9，热敏电阻RNTC，电容C9～C11，石英晶振X1，蜂鸣器Y1和发光二极管LED1、LED2组成。
如附图4所示，充电控制电路由集成电路芯片MAX1507，电阻R10，电容C12、C13和发光二极管LED3组成。
MAX1507是MAXIM公司推出的一种线性锂电池充电器控制集成电路芯片，外围元器件少，不用外接场效应管、阻断二极管及电流检测电阻。用恒流、恒压方式对锂电池充电，若充电电池已过放电，电池电压低于2.5V，会在恒流充电前按10%的恒流电流进行涓流充电，有充电状态信号输出。
单片机电路与充电控制电路相互配合共同完成对锂电池充电的智能化控制。单片机的P1.5、P1.6、P1.7端分别连接MAX1507的1、7、5脚，实现对充电器的输入电压检测、电池电压检测、充电控制、故障指示、充电周期时间设定和充电结束蜂鸣提示。
充电控制电路MAX1507的2脚接5V输入电压，待充电锂电池的正极接7脚、负极接地，4脚接恒流充电电流设定电阻R10。本发明将电阻R10的阻值设计为2KΩ，恒流充电电流是730mA。6脚悬空，设定管芯最高温度不超过+100°C。8脚与5V电源之间接一个绿色LED3做充电状态指示，正常充电时，8脚为低电平，绿色LED1点亮，指示在充电。
装上待充电锂电池、接通电源，MAX1507的2脚有5V电压输入，则1脚有3.3V的电压输出，单片机的P1.5端为高电平，P1.7端输出低电平，MAX1507的5脚为低电平，充电器进入充电工作状态，绿色LED3点亮，同时单片机的定时器开始计时。若MAX1507检测到7脚的电池电压低于2.5V，则以73mA的小电流进行涓流充电，当7脚的电池电压升至2.5V时，用730mA的恒流电流进行充电，当电池接近最终浮动电压4.2V时，充电电流减小，进入恒压充电模式。MAX1507有电流检测功能，当检测到充电电流小于73mA时，则电池充满，电池电压为4.2V±0.042V，充电结束，8脚为高阻抗，LED3熄灭，同时单片机的P1.7端输出高电平，MAX1507的5脚为高电平，充电器进入关断状态，而且还会通过蜂鸣器蜂鸣提示用户及时取出电池，切断电源，以节约能源。
若接通电源时，MAX1507的2脚没有5V电压输入，则1脚的输出电压为0，单片机的P1.5端为低电平，红色LED1点亮，指示充电控制电路MAX1507无电压输入。
单片机的P1.4端外接的热敏电阻RNTC用于感测电池温度，当因温度升高使P1.4端电压降至1V以下，或因温度太低使P1.4端电压升至3.5V以上时，P1.7端输出高电平，使MAX1507充电停止，单片机的定时器停止计时，实现热保护，同时黄色LED2点亮，指示被充电电池有故障。本发明将电阻R9和RNTC的阻值都设计为10KΩ，电池温度的热保护范围是低于0°C或高于50°C。当温度回复到0°C～ 50°C的范围之内时，P1.7端输出低电平，使MAX1507恢复充电。
在涓流充电过程中，若经过1/4周期，电池电压未升到2.5V，单片机的P1.7端输出高电平，MAX1507停止对电池充电，同时黄色LED2点亮，指示被充电电池有故障。
在充电过程中，当充电周期时间3小时定时期满时，单片机的P1.7端输出高电平，MAX1507停止对电池充电，在充电停止后，如果电池电压降至4.05V以下，新的充电周期开始。
本发明设计的锂电池充电器，在市电85～264V的全电压输入范围内效率＞81%，恒流精度为±1%，恒压精度为±0.1%，电路简单、成本低，智能化程度高，拥有广阔的应用前景。

Claims (5)

1. 一种智能化锂电池充电器，其特征是：它由电源电路、单片机电路和充电控制电路组成；电源电路的输入端接交流市电电源，输出端分别接单片机电路和充电控制电路的电源输入端，单片机电路的控制信号输出、输入端与充电控制电路的控制信号的输入、输出端相互连接，充电控制电路的充电电流输出端接锂离子电池；电源电路由集成电路芯片TOP222Y、PC871，桥式整流器BR1，电阻R1～R4，电容C1～C8，二极管D1～D3，稳压二极管D4，电感L1、L2和开关变压器T1组成；单片机电路由AT89C2051单片机，电阻R5～R9，热敏电阻RNTC，电容C9～C11，石英晶振X1，蜂鸣器Y1和发光二极管LED1、LED2组成；充电控制电路由集成电路芯片MAX1507，电阻R10，电容C12、C13和发光二极管LED3组成。
2. 根据权利要求1所述的一种智能化锂电池充电器，其特征是：单片机的P1.5、P1.6、P1.7端分别连接MAX1507的1、7、5脚，实现对充电器的输入电压检测、电池电压检测、充电控制、故障指示、充电周期时间设定和充电结束蜂鸣提示。
3. 根据权利要求1所述的一种智能化锂电池充电器，其特征是：D4的稳压值设计为3.9V，电源电路输出为稳定的5V直流电压。
4. 根据权利要求1所述的一种智能化锂电池充电器，其特征是：电阻R10的阻值设计为2KΩ，恒流充电电流是730mA。
5. 根据权利要求1所述的一种智能化锂电池充电器，其特征是：电阻R9和RNTC的阻值都设计为10KΩ，电池温度的热保护范围是低于0°C或高于50°C。
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