南京工程學院畢業(yè)設計說明書(論文)1前言隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。AVR已經在競爭中領先了一步，被證明是下一代充電器的完美控制芯片。AtmelAVR微處理器是當前市場上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM和10位ADC的最高效的8位RISC微處理器。由于程序存儲器為Flash，因此可以不用象MASKROM一樣，有幾個軟件版本就庫存幾種型號。Flash可以在發(fā)貨之前再進行編程，或是在PCB貼裝之后再通過ISP進行編程，從而允許在最后一分鐘進行軟件更新。EEPROM可用于保存標定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實際使用的電池容量。10位A/D轉換器可以提供足夠的測量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案為了達到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR是目前唯一的針對像“C”這樣的高級語言而設計的8位微處理器。C代碼似的設計很容易進行調整以適合當前和未來的電池，而本次智能型充電器顯示程序的編寫則就是用C語言寫的。南京工程學院畢業(yè)設計說明書(論文)2第一章概述第一節(jié)緒論1.1.1課題背景如今，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。與此同時，對充電電池的性能和工作壽命的要求也不斷地提高。從20世紀60年代的商用鎳鎘和密封鉛酸電池到近幾年的鎳氫和鋰離子技術，可充電電池容量和性能得到了飛速的發(fā)展。目前各種電器使用的充電電池主要有鎳鎘電池（NiCd）、鎳氫電池（NiMH）、鋰電池（Li-Ion）和密封鉛酸電池（SLA）四種類型。電池充電是通過逆向化學反應將能量存儲到化學系統(tǒng)里實現(xiàn)的。由于使用的化學物質的不同，電池有自己的特性。設計充電器時要仔細了解這些特性以防止過度充電而損壞電。目前，市場上賣得最多的是旅行充電器，但是嚴格從充電電路上分析，只有很少部分充電器才能真正意義上被稱為智能充電器，隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、輕重量的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全地充電，因此，需要對充電過程進行更精確地監(jiān)控(例如對充、放電電流、充電電壓、溫度等的監(jiān)控)，以縮短充電時間，達到最大的電池容量，并防止電池損壞。因此，智能型充電電路通常包括了恒流恒壓控制環(huán)路、電池電壓監(jiān)測電路、電池溫度檢測電路、外部顯示電路(LED或LCD顯示)等基本單元。其框圖如下：南京工程學院畢業(yè)設計說明書(論文)3圖1-1智能充電器基本框圖AtmelAVR微處理器是當前市場上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM和10位ADC的最高效的8位RISC微處理器。由于程序存儲器為Flash，因此可以不用象MASKROM一樣，有幾個軟件版本就庫存幾種型號。Flash可以在發(fā)貨之前再進行編程，或是在PCB貼裝之后再通過ISP進行編程，從而允許在最后一分鐘進行軟件更新。EEPROM可用于保存標定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實際使用的電池容量。10位A/D轉換器可以提供足夠的測量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案為了達到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR是目前唯一的針對象“C”這樣的高級語言而設計的8位微處理器。1.1.2常見充電電池特性及其充電方式電池充電是通過逆向化學反應將能量存儲到化學系統(tǒng)里實現(xiàn)的，由于使用的化學物質的不同，電池的特性也不同，其充電的方式也不大一樣。電池的安全充電現(xiàn)代的快速充電器(即電池可以在小于3個小時的時間里充滿電，通常是一個小時)需要能夠對單元電壓、充電電流和電池溫度進行精確地測量，在充滿電的同時避免由于過充電造成的損壞。充電方法SLA電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流；NiCd電池南京工程學院畢業(yè)設計說明書(論文)4和NiMH電池的充電方法為恒定電流法，且具有幾個不同的停止充電的判斷方法。最大充電電流最大充電電流與電池容量(C)有關。最大充電電流往往以電池容量的數(shù)值來表示。例如，電池的容量為750mAh，充電電流為750mA，則充電電流為1C(1倍的電池容量)。若涓流充電時電流為C/40，則充電電流即為電池容量除以40。過熱電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程。能量以化學反應的方式保存了下來。但不是所有的電能都轉化為了電池中的化學能。一些電能轉化成了熱能，對電池起了加熱的作用。當電池充滿后，若繼續(xù)充電，則所有的電能都將轉化為電池的熱能。在快速充電時這將使電池快速升溫，若不及時停止充電就會造成電池的損壞。因此，在設計電池充電器時，對溫度進行監(jiān)控并及時停止充電是非常重要的?，F(xiàn)代消費類電器主要使用如下四種電池：密封鉛酸電池(SLA)鎳鎘電池(NiCd)鎳氫電池(NiMH)鋰電池(Li-Ion)在正確選擇電池和充電算法時需要了解這些電池的背景知識。密封鉛酸電池(SLA)密封鉛酸電池主要用于成本比空間和重量更重要的場合，如UPS和報警系統(tǒng)的備份電池。SLA電池以恒定電壓進行充電，輔以電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。只要電池單元電壓不超過生產商的規(guī)定(典型值為2.2V)，SLA電池可以無限制地充電。鎳鎘電池(NiCd)NiCd電池目前使用得很普遍。它的優(yōu)點是相對便宜，易于使用；缺點是自放電率比較高。典型的NiCd電池可以充電1000次。失效機理主要是極性反轉。在電池包里第一個被完全放電的單元會發(fā)生反轉。為了防止損壞電池包，需要不間斷地監(jiān)控電壓。一旦單元電壓下降到1.0V就必須停機。NiCd電池以恒定電流的方式進行充電。鎳氫電池(NiMH)在輕重量的手持設備中如手機、手持攝象機，等等鎳氫電池是使用最