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基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现

导读: 本文在综合考虑电池安全充电的成本、设计散率及重要性的基础上,设计了一种基于ATtiny261单片机PWM控制的单片开关电源式锂电池充电器,有效地克服了一般充电器过充电、充电不足、效率低的缺点,实现了对锂电池组的智能充电,达到了预期效果。

  1 引言

  锂电池闲其比能量高、自放电小等优点,成为便携式电子设备的理想电源。近年来,随着笔记本电脑、PDA,无绳电话等大功耗大容量便携式电子产品的普及,其对电源系统的要求也日益提高。为此,研发性能稳定、安全可靠、高效经济的锂电池充电器显得尤为重要。

  本文在综合考虑电池安全充电的成本、设计散率及重要性的基础上,设计了一种基于ATtiny261单片机PWM控制的单片开关电源式锂电池充电器,有效地克服了一般充电器过充电、充电不足、效率低的缺点,实现了对锂电池组的智能充电,达到了预期效果。该方案设计灵活,可满足多种型号的锂电池充电需求,且ATtiny261集成化的闪存使其便于软件调试与升级。

  2 锂电池充电特性

  锂电池充电需要控制它的充电电压,限制其充电电流。锂电池通常都采用三段充电法,即预充电、恒流宽电和恒压充电。锂电池的充电电流通常应限制在1C(C为锂电池的容量)一下,单体充电电压一般为4.2V,否则可能由于电聪过高会造成键电池永久性损坏。

  预充电主要是完成对过放的锂电池进行修复,若电池电压低于3V,则必须进行预充电,否刚可省略该阶段。这也是最普遍的情况。在恒流阶段,充电器先给电池提供大的恒定电流,同时电池电压上升,当魄池电压达到饱和电压对,则转入憾压充电,充电电压波动应控制在50mV以内,同时充电电流降低,当电流逐渐减小到规定的值时,可结束充电过程。电池的大部分电能在惯流及恒压阶段从充电器流入电池。曲上可知,充电器实际上是一个精密电源,其电流电压都被限制在所要求的范围之内。

  3 硬件电路设计

  该系统在电路设计上主要由单片开关电源、控制电路及保护电路三部分组成。

  3.1单片开关电源

  单片开关电源负责将电能转化为电池充电所需要的形式,构成了充电器的主要功率转换方式。与传统线性充电器大损耗、低效率的缺点相比,由美国Power Integrations公司的TNY268P构成的单片开关电源,其输入电压范围宽(85265VAC)、体积小、重量轻、效率高,其有调压、限流、过热保护等功能,特别适合于构成充电电源。其原理图如图1所示。

基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现

图1 单片开关电源

  该电源采用配稳压管的光藕反馈电路实现15V的低压直流输出,当输出电压发生变化时,通过线性光藕PC817的发光管的电流发生相应的变化,使得TNY268P的EN脚流出电流也发生变化,从而控制其片内功率MOSFET的断、通、调节输出电压,使输压电压稳定。具体反馈原理分析详见后文脉宽调制(PWM)的控制。

  在电路结构上,线性光藕PC817,不但可以起到反馈作用还可起到隔离作用。由PNP管Q2和电阻R9、R1O及R12组成的限流电路,则从源头上防止了过电流的问题。由C6及R11构成的缓启电路,则有效抑止了电源上电瞬间的产生的电压尖峰。而二极管D9则防止了电池组的反向放电。此外,对整个充电系统而言,当因意外情况系统失控时,开关电源所提供的15V直流低压也在某种程度上起到了限制其最高电压的作用。

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责任编辑:Angela
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