單片機智能充電器

隨著信息技術的發(fā)展，電池作為一個傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，正經(jīng)歷著前所未有的變革。各種電子產(chǎn)品的電池得到廣泛應用，充電器不可或缺。從電動刮胡刀到mp3，從手機到筆記本電腦，幾乎只要用到電池的設備都會用到充電器。51系列單片機是當前使用最廣泛的8位單片機系列，其豐富的開發(fā)資源和較低的開發(fā)成本，使單片機實現(xiàn)充電器的智能化成為可能。比較科學的充電器常采用專用的充電控制芯片配合單片機控制的方式。通過單片機對充電控制芯片的控制，可以檢測出電池充電飽和時發(fā)出電壓變化信號，比較精確地結(jié)束充電工作，實現(xiàn)充電過程的智能化，縮短充電時間，維護電池工作狀態(tài)，延長電池使用壽命。

本文設計的單片機智能充電器是利用單片機來控制充電電源的通斷。當電池放入后，單片機發(fā)出信號控制充電芯片對電池進行充電。當充電完成后充電芯片發(fā)出信號讓單片機停止充電電源的輸入，同時顯示充電所持續(xù)的時間。

系統(tǒng)組成框圖，如下圖所示。

單片機智能充電器系統(tǒng)組成框圖

一、電源電路

變壓器輸出端的9V電壓，經(jīng)橋式整流電容濾波后在電容C4兩端大約會有11V左右的電壓。如果從電容兩端直接接負載，當負載變化或交流電源有波動時，C4兩端電壓會有大幅度變化。為了得到一個穩(wěn)定的直流電壓，在C4后接一個三端穩(wěn)壓器LM7805。在LM7805后再接一個濾波電容C5，容量為105μF，這樣就能得到一個比較穩(wěn)定的5V直流電壓。

二、STC89C52單片機

STC89C52是智能充電器的控制中心，工作頻率為11.0592MHz，可通過外部中斷0響應充電芯片BQ2057輸出的充電狀態(tài)，并通過P2.0口輸出控制信號，控制光耦隔離芯片6N137，隨時啟動或關斷充電電源。

三、光耦隔離電路

為了降低電壓干擾，保持電路穩(wěn)定，在LM7805三端穩(wěn)壓器完成穩(wěn)壓后，將5V電壓先經(jīng)過光耦隔離芯片6N137處理，再傳給鋰電池充電管理芯片BQ2057。這樣通過單片機對光耦芯片的控制，可以及時關斷充電電源。

四、充電控制電路

充電控制電路的核心器件是BQ2057。它是由美國TI公司生產(chǎn)的先進鋰電池充電管理芯片。適合于單節(jié)(4.1V或4.2V)或雙節(jié)(8.2V或8.4V)鋰離子電池充電需要，具有自動重新充電、最小電流終止充電、低功耗睡眠等特性。BQ2057可以動態(tài)補償鋰電池組的內(nèi)阻以減少充電時間，帶有可選的電池溫度監(jiān)測。內(nèi)部集成的恒壓恒流器帶有高／低邊電流感測和可編程充電電流，充電狀態(tài)可由LED指示燈輸出。

BQ2057的充電分為三個階段：預充狀態(tài)、恒流充電和恒壓充電階段。

1.預充階段

在安裝好電池并加上電源后，BQ2057首先檢查電壓VCC，當工作電壓過低時充電器進入睡眠狀態(tài)，若工作電壓正常，則檢查電池溫度是否在設定范圍，若不正常則進入溫度故障模式，若正常檢測電池電壓，當電池電壓低于低壓門限時，BQ2057以恒定電流對電池預充電。

2.恒流充電階段

在完成對電池預充后，BQ2057進入恒流充電模式，此時由外部的感測電阻上的壓降監(jiān)控充電電流。該電阻可采取高／低的連接方式，在高邊電流檢測中接在VCC和SNS引腳間，在低邊電流檢測中接在VSS和SNS引腳間，通過SNS引腳獲得充電電流反饋。

3.恒壓充電階段

當充電電壓到達設定值時，充電電壓不再發(fā)生變化，亦即慢充階段，此后電流會以較大斜率下降。當?shù)竭_設定值以下時，停止充電，當電池電壓低于重新充電門限電壓時，自動開始重新充電。

本文設計的單片機智能充電器將BQ2057充電狀態(tài)引出腳STAT與單片機／INT0相連，觸發(fā)外部中斷。電池組正端接BAT引腳，TS引腳檢測電池組的熱敏電阻NTC通過分壓電阻后的分壓值，以此判斷溫度是否正常。

五、時、分、秒計時器電路

時、分、秒計時器主要由STC89C52單片機的定時器來實現(xiàn)。時、分、秒時間由6個共陰極7段數(shù)碼管顯示。74LS138譯碼器負責數(shù)碼管顯示掃描時依次通過譯碼選中6個數(shù)碼管中的一個。74LS47芯片是美國FRIRCHILD公司生產(chǎn)的BCD碼7段數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動芯片。它負責將4位BCD碼十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成對應的7段數(shù)碼管信號，送到數(shù)碼管7位段選輸入端。按鍵S2、S3、S4分別是時、分、秒的調(diào)整輸入鍵，每按鍵一次，對應的時、分、秒計數(shù)值加1。單片機采用12MHz晶振，則定時器每一個機器周期為1μs。

本文設計的單片機智能充電器性能可靠，節(jié)能環(huán)保，價格低廉，適合在普通家庭中使用。

（作者單位：江蘇省常州技師學院）