數(shù)字化智能充電器的設(shè)計(jì)

摘　要：設(shè)計(jì)了基于單片機(jī)的智能充電器,介紹了其硬件和軟件實(shí)現(xiàn)。該充電器可以實(shí)時(shí)采集和計(jì)算電池的參數(shù),并進(jìn)行智能控制,還可以通過(guò)串口和上位機(jī)進(jìn)行通訊并進(jìn)行實(shí)時(shí)

　　現(xiàn)代通訊設(shè)備、便攜式電子產(chǎn)品、筆記本電腦、電動(dòng)汽車、小衛(wèi)星等普遍使用蓄電池作為電源,應(yīng)用非常廣泛。然而大多數(shù)設(shè)備中的蓄電池,只能使用專用的充電器,而且普通的充電器大多充電時(shí)間長(zhǎng),無(wú)法判斷其充電參數(shù)和剩余的充電時(shí)間。
　　本文介紹一種基于單片機(jī)的通用智能充電器的設(shè)計(jì)。充電器可以實(shí)時(shí)采集電池的電壓、電流,對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行智能控制,計(jì)算電池已充的電量和剩余的充電時(shí)間;還可以通過(guò)串口和上位機(jī)進(jìn)行通訊并給用戶顯示必要的信息,有虛擬儀表的作用;另外,它也可以改變參數(shù),適應(yīng)各種不同電池的充電。這里列舉幾種不同的電池充電試驗(yàn),來(lái)說(shuō)明智能充電器的實(shí)用價(jià)值。
1 智能充電器的硬件設(shè)計(jì)
　　智能充電器如圖1所示。主要包括電源變換電路、采樣電路、處理器、脈寬調(diào)制控制器和電池組等,形成了一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)[4]。下面對(duì)系統(tǒng)的工作原理分幾個(gè)部分進(jìn)行簡(jiǎn)述。

圖1智能充電器電路模塊圖
1．1 處理器
　　處理器采用51系列單片機(jī)89C51。單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器、兩個(gè)外部中斷和一個(gè)串口中斷、三個(gè)八路的I/O口,采用11.0592MHz的晶振。單片機(jī)的任務(wù)是通過(guò)采樣電路實(shí)時(shí)采集電池的充電狀態(tài),通過(guò)計(jì)算決定下一階段的充電電流,然后發(fā)送命令給控制器控制電流的大小。單片機(jī)通過(guò)串口RS232和上位機(jī)相連,用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和虛擬顯示。
1．2 采樣部分
　　電壓和電流采樣采用模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574。AD574為±15V雙電源供電,12位輸出,最大誤差為±4bit,合計(jì)電壓0.01V。
　　充電電流通過(guò)電流傳感器MAX471轉(zhuǎn)換為電壓值。電流采樣的電壓值和電池組的端電壓值兩者經(jīng)過(guò)模擬開關(guān)CD4051,再經(jīng)過(guò)電壓跟隨器輸入到AD574,分別進(jìn)行轉(zhuǎn)換,其結(jié)果由單片機(jī)讀取,并進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。主要的電路連接如圖2所示。

圖2 采樣電路
1．3 控制器
　　控制器采用脈寬調(diào)制(PWM)方式控制供電電流的大小。PWM發(fā)生器由另一個(gè)20MHz的單片機(jī)構(gòu)成,主控制器和它采用中斷的方式進(jìn)行通訊,控制其增大或減小脈寬。PWM信號(hào)通過(guò)光電隔離驅(qū)動(dòng)主回路上的MOSFET。開關(guān)管、二極管、LC電路構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源。用PWM方式控制的開關(guān)電源可以減小功耗,同時(shí)便于進(jìn)行數(shù)字化控制,但母線的紋波系數(shù)相對(duì)較大。PWM控制電路如圖3所示。

圖3 PWM控制電路
2 智能充電器的軟件設(shè)計(jì)
2．1 數(shù)據(jù)測(cè)量
　　在單片機(jī)的測(cè)量中,電池電壓值和電流測(cè)量值經(jīng)過(guò)多路選擇器進(jìn)行選擇,然后通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù),直接存入單片機(jī)。電池電容量C則需要間接計(jì)算,由于每個(gè)循環(huán) 周期檢測(cè)電流一次,故可以利用電流值的積分求出電容量C。考慮電池內(nèi)阻r的影響,可以得到計(jì)算電容量的計(jì)算公式為:
　　Cn+1=Cn+I·t-I²·r·t
　　充電時(shí)間和剩余充電時(shí)間由上位機(jī)進(jìn)行計(jì)算,剩余充電時(shí)間等于預(yù)設(shè)的充電時(shí)間與已充電時(shí)間的差值。其中,預(yù)設(shè)時(shí)間可根據(jù)電池的型號(hào)預(yù)先得到。
2．2 單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)
　　對(duì)于不同的電池和不同的參數(shù),單片機(jī)需要設(shè)定不同的充電參數(shù),選擇不同的充電策略。另外,程序需要在電池過(guò)電流、過(guò)電壓等異常情況下強(qiáng)制終止充電。以鋰離子電池為例,一般采用恒流-恒壓充電方式,其充電過(guò)程包括小電流預(yù)充電、大電流充電、恒壓充電等幾部分。其充電控制程序流程圖如圖4所示。

圖4 充電控制策略程序
　　在控制恒定電流和恒定電壓的過(guò)程中,采用比例控制,即如果充電電流I大于設(shè)定電流Is,就按照比例減小脈寬;反之按照比例增大脈寬。單片機(jī)還需要接收和處理上位機(jī)的命令,并根據(jù)上位機(jī)的要求將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回送給上位機(jī)。兩者的通訊協(xié)議要在程序中預(yù)先設(shè)定。
2．3 上位機(jī)處理程序設(shè)計(jì)
　　上位機(jī)程序由VisualC++編寫。其任務(wù)是每隔1秒鐘向串口發(fā)送一個(gè)查詢命令,并讀取單片機(jī)回送的信息,提取充電電流、充電電壓、工作狀態(tài)等參數(shù)。參數(shù)經(jīng)過(guò)數(shù)制轉(zhuǎn)換和計(jì)算后進(jìn)行顯示。軟件有著良好的用戶界面,可以方便地觀測(cè)電池目前的工作狀態(tài)以及剩余充電時(shí)間等信息。上位機(jī)程序會(huì)同時(shí)把讀到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文件中,這些數(shù)據(jù)可以利用其它數(shù)學(xué)軟件(如Matlab)進(jìn)行處理。
　　另外,程序在初始化時(shí)要把充電電池的型號(hào)參數(shù)發(fā)送給智能充電器,參數(shù)一般包括充電電池的種類(鋰離子電池、鎳鎘電池)、充電電池的容量(單位為mAh)等。根據(jù)不同的電池型號(hào),單片機(jī)可以設(shè)定不同的充電參數(shù),程序可以直接控制單片機(jī)的運(yùn)行與停止。
3智能充電器的應(yīng)用試驗(yàn)
3．1充電性能試驗(yàn)
　　這里選用型號(hào)為US18650的SONY鋰離子電池,其額定容量為1800mAh;經(jīng)過(guò)測(cè)量,電池在4.2V左右時(shí)的內(nèi)阻約為0.3Ω。取恒流充電電流為1/3C=0.6A,截止電壓為4.2V,充電結(jié)束標(biāo)志電流為0.06A,進(jìn)行充電試驗(yàn)。圖5為充電過(guò)程的電壓、電流和電容量的曲線。

圖5 鋰離子電池充電性能試驗(yàn)

圖6 NOKIA商用電池充電試驗(yàn)
　　充電時(shí)間約為240分鐘,如果需要進(jìn)一步縮短充電時(shí)間,只需在初始化時(shí)設(shè)定更大的充電電流即可。因?yàn)椴捎肞WM控制器,所以電源供電的效率高,從供電電源到充電電池的工作效率,最低時(shí)在85%左右。充電電流波動(dòng)較大,波動(dòng)系數(shù)約為5%。
3．2 智能充電器通用性試驗(yàn)
　　選用NOKIA6100鋰離子電池(額定容量為550mAh),用恒流-恒壓充電方式進(jìn)行充電,取恒流充電電流為0.15A,截止電壓為4.2V,充電曲線如圖6所示。
　　從充電曲線來(lái)看,電池電壓達(dá)到3.96V時(shí)就不再上升了,充電電流也不再下降了。可以判斷商用電池內(nèi)部有保護(hù)電路,將多余的電流旁路了,這樣的保護(hù)電路使充電過(guò)程中能量損耗很大。試驗(yàn)曲線顯示在四小時(shí)時(shí)電池電量已經(jīng)達(dá)到550mAh,但實(shí)際上并沒(méi)有達(dá)到滿充。此實(shí)驗(yàn)證明,此充電器可以作為一般的商用電池的通用充電器,充電速度快,效果良好。不足的是它與實(shí)際的充電電池在機(jī)械接口上還不能匹配,需要進(jìn)一步改進(jìn)。

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2017-07-20 16:25:57

如何構(gòu)建車載充電器

是 TPS54240 和 TPS40170。這兩種 IC 提供寬泛的輸入和各種特性，可為工程師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程。DC/DC 轉(zhuǎn)換。USB 充電與保護(hù)。保護(hù)功能尤為重要。有誰(shuí)想讓自己數(shù)百美元的設(shè)備毀于故障充電器呢？智能手機(jī)或

2018-09-14 15:05:41

如何用簡(jiǎn)易充電器為智能家庭供電

電池，以在交流電源故障的情況下提供備用電源或報(bào)警。若您正在開發(fā)智能家居系統(tǒng)，您可能希望將您的工作集中在系統(tǒng)功能上，而非集中于供電和再充電的基本任務(wù)。由于鋰離子電池近年來(lái)變得如此普遍，因此專用充電IC解決方案有許多選擇。對(duì)于小電池和低充電電流，您可使用經(jīng)濟(jì)高效（且相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)）的線性充電器…

2022-11-14 06:34:49

家具無(wú)線充電器，巖板家具與桌下無(wú)線充電器的邂逅，智能家具1.5時(shí)代的來(lái)臨

高達(dá)20mm（小米無(wú)線充電器充電距離的4倍）的工業(yè)版“巖板隔空無(wú)線充電器”。如果說(shuō)巖板是未來(lái)家具的浪潮，那么“桌下無(wú)線充電器”必然會(huì)為未來(lái)智能家具“推波助瀾”。`

2020-06-16 10:57:44

常見的車載充電器方案有哪些？

常見的車載充電器方案有哪些？

2021-05-19 07:05:45

怎么實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車鎳氫充電器的設(shè)計(jì)？

本文提出一種使用3段式充電控制方案的智能充電器的設(shè)計(jì)方案，能有效的提高充電效率，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

2021-05-17 07:00:39

怎么構(gòu)建車載充電器

2018-09-18 11:31:41

手機(jī)充電器

實(shí)習(xí)要做一個(gè)手機(jī)充電器，請(qǐng)大神告知一下，手機(jī)充電器的原理或者簡(jiǎn)易的電路設(shè)計(jì)??！

2013-01-10 16:58:22

手機(jī)充電器屬于哪類電源驅(qū)動(dòng)

手機(jī)充電器方便，實(shí)用，便宜，我想用來(lái)作為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)電源，但是請(qǐng)問(wèn)手機(jī)充電器屬于什么類型的電源驅(qū)動(dòng)

2017-05-01 15:42:05

手機(jī)充電器工作原理是什么

手機(jī)充電器工作原理是什么

2021-03-11 06:48:11

氮化鎵充電器為什么充電效率高？

是什么因素導(dǎo)致充電器充電效率高，功率大的

2023-09-27 06:25:41

求電動(dòng)汽車充電器 WT6016C 智能高效充電器電路圖

求電動(dòng)汽車充電器 WT6016C 智能高效充電器 電路圖，謝謝

2012-12-21 12:08:24

求助畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的智能手機(jī)充電器

求助：基于單片機(jī)的智能手機(jī)充電器設(shè)計(jì)誰(shuí)能給我點(diǎn)幫助啊

2012-12-22 23:14:29

求助電車充電器的問(wèn)題

求助我的電車充電器輸入端（220V）正插充電器正常，輸出電壓55.3V可以充電、高壓整理部分測(cè)得的電壓是292V。問(wèn)題來(lái)了，奇怪的是輸入端（220V）一反過(guò)來(lái)接電，充電器燈不亮。輸出端也無(wú)電壓。測(cè)高壓整流那也沒(méi)有電壓......哪位大神知道是哪里出問(wèn)題了？整流管和電容測(cè)試都是好的。

2014-06-01 03:58:30

求大神分享關(guān)于單片機(jī)智能型充電器的電源顯示和設(shè)計(jì)資料

求大神分享關(guān)于單片機(jī)智能型充電器的電源顯示和設(shè)計(jì)資料

2021-09-18 07:43:36

求手機(jī)智能充電器

手機(jī)智能充電器要求有實(shí)物!!!要能實(shí)時(shí)顯示電壓,使用單片機(jī)控制充放電最好是C51的!要有電路圖,代碼有的請(qǐng)聯(lián)系QQ:83127753  &nbsp

2009-05-07 08:51:16

汽車充電器設(shè)計(jì)的組成部分

愿意讓數(shù)百美元的設(shè)備被故障充電器毀壞??？智能手機(jī)或平板電腦的電池及充電器實(shí)際上都在設(shè)備內(nèi)部。為了讓充電能夠提供最大充電電流，充電器需要能夠進(jìn)行自我識(shí)別。TPS2511 和 TPS254x 器件可幫助

2018-09-20 15:40:41

用了8年的充電器

有些小玩藝需要可移動(dòng)的直流電源，我們這沒(méi)見有賣為12V電瓶充電的智能充電器，我自制了一個(gè)可監(jiān)控電壓的“智能”充電器，使用8年了效果蠻好，大大延長(zhǎng)了電瓶壽命，因?yàn)榉?b class="flag-6" style="color: red">智能的充電器很容易造成欠壓或過(guò)壓，一個(gè)電瓶不到半年就報(bào)廢了，有了電壓監(jiān)控就好了，一個(gè)電瓶用3~4年都沒(méi)問(wèn)題。

2012-10-17 19:53:28

電動(dòng)汽車電池智能快速充電器的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車電池智能快速充電器的設(shè)計(jì)本文介紹了一種電動(dòng)汽車智能快速充電器的設(shè)計(jì)過(guò)程。該充電器基于Cygnal 公司的C8051F040單片機(jī)為控制核心，將C8051F040 特有的模擬電路模塊、高精度A

2009-05-17 11:39:32

電動(dòng)自行車充電器的原理是什么？

電動(dòng)自行車充電器的原理與檢修

2019-10-15 09:02:06

電池充電器

`買相機(jī)自帶的電池充電器 電池充滿電指示燈不變化而且沒(méi)有防過(guò)充保護(hù) 怎么改才能有萬(wàn)能充的功能呢？求教`

2013-01-16 10:35:08

電池充電器怎么設(shè)計(jì)？

設(shè)計(jì)電池充電器的第一步是從眾多可用解決方案中選擇電池充電器IC。為了做出明智的決定，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)首先必須明確定義電池參數(shù)（化學(xué)組成、電池單元數(shù)量等）和輸入?yún)?shù)（太陽(yáng)能、USB等）。然后，團(tuán)隊(duì)必須搜索符合

2019-08-06 06:42:35

電瓶充電器

我想制作一個(gè)12V電瓶充電器，不知該怎么做，求大俠幫忙

2013-08-20 15:08:34

電車充電器

電車充電器接通電源吱吱響是怎么回事？請(qǐng)各位高幫幫忙……

2014-04-05 15:59:13

線性充電器與開關(guān)充電器設(shè)計(jì)

線性充電器和開關(guān)充電器廣泛應(yīng)用于多種應(yīng)用：助聽器、智能手表、傳感器節(jié)點(diǎn)、手機(jī)、筆記本電腦...數(shù)不勝數(shù)！每當(dāng)使用可充電電池時(shí)，都需要一個(gè)充電器。然而，考慮到可用的不同充電拓?fù)湎嚓P(guān)的利弊，您在選擇

2018-06-29 09:41:59

線性充電器和開關(guān)充電器的特征比較

2019-03-21 06:45:06

線性充電器的不同功能

隨著內(nèi)置功能越來(lái)越多，越來(lái)越智能的電子設(shè)備在更具吸引力的同時(shí)也更加耗電，可充電電池因此成為了一個(gè)經(jīng)濟(jì)的選擇。近年來(lái)，隨著創(chuàng)新應(yīng)用、新興技術(shù)和新電池化學(xué)成分的出現(xiàn)，充電器的需求不斷發(fā)展。例如

2022-11-11 07:20:53

線性充電器的不同功能如何幫助解決不同的問(wèn)題？

，充電器的需求不斷發(fā)展。例如，可穿戴設(shè)備領(lǐng)域的新應(yīng)用（如智能銀行卡、智能服裝和醫(yī)療貼片）引領(lǐng)著解決方案變得更小巧便宜，同時(shí)也推動(dòng)著電池朝更小更高功率密度的方向發(fā)展。設(shè)計(jì)師的典型問(wèn)題或疑慮包括：“我如何最大

2019-08-05 06:49:22

設(shè)計(jì)充電器自動(dòng)檢測(cè)正負(fù)極

我想設(shè)計(jì)一款電瓶車充電器在充電時(shí) 可以自動(dòng)檢測(cè)正負(fù)極，簡(jiǎn)單的來(lái)講就是這一款充電器對(duì)電池充電不考慮電池正負(fù)極性充電器隨時(shí)都可以對(duì)電池充電。請(qǐng)老師們賜教謝謝小弟不勝感激

2014-02-01 14:16:14

詳解線性充電器和開關(guān)充電器的區(qū)別

2019-04-01 06:30:00

請(qǐng)問(wèn)有智能手機(jī)充電器模塊電路圖嗎？

智能手機(jī)充電器模塊電路圖

2019-10-24 08:49:22

車載充電器

車載充電器這部分電路詳細(xì)分析！各個(gè)元件怎樣工作！謝謝?。。?/div>

2016-04-19 20:05:10

這樣的手機(jī)無(wú)線充電器你見過(guò)不？

`無(wú)線充電器 深圳，這樣的手機(jī)無(wú)線充電器你見過(guò)不？`

2018-08-16 11:39:20

鉛酸電池充電器五段式智能機(jī)種國(guó)內(nèi)很少見

調(diào)節(jié)充電電流，做到快速充電又不損傷電池。電池診斷/保護(hù) 智能充電模式,充電飽和后,會(huì)自動(dòng)切斷充電線路對(duì)電池充電造成的損傷降到最低程度廣鼎源科技有限公司 - 充電器制造商官方網(wǎng)址百度一下智能型充電器

2014-04-26 10:01:34

鋰電池充電器

大家好希望大家?guī)臀以O(shè)計(jì)一款鋰電池充電器7.4伏的如果用手機(jī)充電器通過(guò)調(diào)431哪里把電壓調(diào)起來(lái)。那么變壓器受的了嗎以及還有沒(méi)有跟好的辦法小弟在此謝謝大家了

2012-08-14 20:14:55

雅馬哈充電器

這款充電器最近罷工了。充了一個(gè)晚上電瓶車還是沒(méi)電，換了一個(gè)充電器就可以正常沖電。充電器上的指示燈不停閃爍，想請(qǐng)教高人是什么故障，還有修理的價(jià)值嗎？？？

2011-06-17 10:09:06

低成本智能充電器

低成本智能充電器

2009-05-13 17:00:07

智能快速充電器設(shè)計(jì)與制作

智能快速充電器設(shè)計(jì)與制作

2009-08-08 15:20:24

255

智能充電器畢業(yè)設(shè)計(jì)

實(shí)例所實(shí)現(xiàn)的充電器是一種智能充電器，它在單片機(jī)的控制下，具有預(yù)充、充電保護(hù)、自動(dòng)斷電和充電完成報(bào)警提示功能。

2016-03-21 09:57:21

167

基于單片機(jī)的智能充電器硬件設(shè)計(jì)_閆艷霞

基于單片機(jī)的智能充電器硬件設(shè)計(jì)_閆艷霞

2017-03-17 09:50:55

電動(dòng)車脈沖充電器與智能充電器的區(qū)別

脈沖充電是充電電流用的是脈動(dòng)電流。脈沖充電同樣可以做成智能型的。智能充電，不僅可以控制充電電流，優(yōu)良的智能充電器還具有溫度監(jiān)控，所以找不到智能型的脈沖充電器，可以直接選用智能充電器。

2018-03-05 11:25:44

114963

充電器發(fā)燙會(huì)爆炸嗎_充電器發(fā)燙是什么原因

本文開始介紹了充電器的定義以及充電器的正常工作條件，其次分析了充電器發(fā)燙的原因以及分析了充電器發(fā)燙是否會(huì)爆炸，最后闡述了防止充電器過(guò)熱的解決方法。

2018-03-13 16:08:30

95213

無(wú)線充電器有何特點(diǎn)無(wú)線充電器有哪些類型

充電器的使用異常廣泛，各類電子產(chǎn)品均需使用充電器。為增進(jìn)大家對(duì)充電器的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)無(wú)線充電器、無(wú)線充電器的種類、無(wú)線充電器的特點(diǎn)和無(wú)線充電器原理予以介紹。

2021-03-17 22:52:34

用簡(jiǎn)易充電器為智能家庭供電

用簡(jiǎn)易充電器為智能家庭供電

2022-11-01 08:27:26

氮化鎵充電器的優(yōu)點(diǎn)？氮化鎵充電器和普通充電器的區(qū)別？

氮化鎵充電器什么意思？氮化鎵充電器的優(yōu)點(diǎn)？氮化鎵充電器和普通充電器的區(qū)別是什么？氮化鎵充電器是一種使用氮化鎵（GaN）材料制造的充電器。GaN是一種新型的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有高電子遷移率、高熱

2023-11-21 16:15:24

980

氮化鎵充電器傷電池嗎？氮化鎵充電器怎么選？

氮化鎵充電器傷電池嗎？氮化鎵充電器怎么選？氮化鎵（GaN）充電器被廣泛認(rèn)為是下一代充電器技術(shù)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)充電器相比，氮化鎵充電器具有很多優(yōu)勢(shì)，比如高效率、高功率密度和小尺寸等。然而，有些人擔(dān)心

2023-11-21 16:15:27

1667

蘋果氮化鎵充電器和普通充電器區(qū)別

蘋果氮化鎵充電器是一種新型的充電器，它采用了氮化鎵材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的充電功能。與普通充電器相比，蘋果氮化鎵充電器在多個(gè)方面表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。本文將詳細(xì)介紹蘋果氮化鎵充電器和普通充電器的區(qū)別

2024-01-10 10:30:18

792

vivo氮化鎵充電器和普通充電器區(qū)別

Vivo是一家知名的中國(guó)智能手機(jī)制造商，其氮化鎵充電器和普通充電器之間存在許多區(qū)別。本文章將介紹這些區(qū)別，內(nèi)容將包括充電器的工作原理、快速充電能力、安全性、兼容性和設(shè)計(jì)等方面。首先，讓我們來(lái)了

2024-01-10 10:32:15

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數(shù)字化智能充電器的設(shè)計(jì)

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