文档介绍：智能快速充电器
摘要: 本文介绍了一种智能快速充电器的设计过程。该充电器基于 Motorola 公司的 MC68HC908SR12 单片机为控制核心,将 SR12 特有的模拟电路模块、高精度 A/D 转换、 I 2 C 总线接口以及高速 PWM 等功能运用到充电控制中,详细讲述了其硬件和软件的设计过程, 并从元器件筛选、 PCB 板绘制和软件设计等方面介绍了该充电器抑制和防电磁干扰的措施。
关键词: 单片机 A/D 转换 I 2 C 总线传感器电磁干扰
1 、引言
  随着便携式设备不断小型化、轻量化和高性能化,作为其电源的二次电池的使用率日益提高。我单位于 1998 年在对充电器市场调研后,设计开发了“ ZXG - 99 型智能快速充电器”, 1999 年设计定型,同年投入生产,截止到 2001 年底,已经累计生产了 5000 多部,取得了一定的社会效益和经济效益。今年又签定了几千部的生产合同,但是随着产量的逐年增加,以及二次电池市场的不断变化,该产品在设计中的不足越来越明显。主要有以下几点:
a . “ ZXG - 99 型智能快速充电器”的中央微处理器选择的是 OTP 型单片机,不具有片上 FLASH 存储器,程序固化后不能更改,这在产品批量生产时十分不便,而且随着市场上二次电池的充电特性不断变化,设计人员要及时更改充电控制参数或开发新的充电算法,这样对已出厂的产品只能更换新的 MCU ,增加了生产成本;
b . “ ZXG - 99 型智能快速充电器”只能对镍镉电池( Nicd ) 和镍氢电池( NiMH )充电,没有涉及锂离子电池,主要原因是当时锂离子电池的普及率低,价格高。但是锂离子电池具有较高的能量重量比和能量体积比、无记忆效应、可多次重复充电、使用寿命长等优点,促进了便携式产品向更小更轻的方向发展,使得选用单节锂离子电池供电的产品越来越多,同时其价格也越来越低。今后二次电池的主流将是锂离子电池,作为一个完整的产品应该将其纳入到设计中;
c . 该 OTP 型单片机的 A/D 采样值只有 8 位,在对电池进行- △ V 检测中精度不够,不能对充电过程实行更精确的控制。
在开发新型智能充电器中,首要环节就是中央微处理器 MCU 的选型。考虑到既要增加产品的智能化和实用性,又要降低生产成本, 最终决定选用 Motorola 公司新近推出的 MC68HC908SR12 作为新型智能快速充电器的 MCU ,这是因为 SR12 具有模拟电路模块、高精度 A/D ( 10 位)、 I 2 C 总线接口以及高速 PWM 等功能,特别适合开发电池充电器和 SMBus 智能电池, 可极大的减少片外其它元器件的开销,达到降低生产成本的目的,同时也提高了产品的一致性和可靠性。
2 、概述
、功能特性
•  以 MC68HC908SR12 单片机为控制核心;
•  根据二次电池的充电特性,软件智能识别镍镉电池( Nicd ) 、镍氢电池( NiMH ) 和锂离子电池( Li+ ),选择相应的控制模块和算法对其快速充电;
•  采用最高端电压 V max 、最高温度 T max 、最长充电时间 t max 、电压负增长- △ V 、温度变化率△ T/ △ t 等快速充电终止法;
•  能对 1 ~ 4 节镍镉电池( Nicd ) 、镍氢电池( NiMH )单独或同时充电;
•  能对 1 ~ 2 节锂离子电池( Li+ )单独或同时充电;
•  充电速率,每的充电时间≤ 10min ;
•  对镍镉电池( Nicd ) 、镍氢电池( NiMH )采用脉冲充电模式,消除记忆效应;
•  对锂离子电池( Li+ )采用恒流转恒压充电模式;
•  使用具有 I 2 C 接口的高精度数字温度传感器 LM92 ,检测电池温度;
•  设有过充电保护、过放电保护和过电流保护;
•  设有电池开路、短路、反接保护;
•  快速充电结束后自动转入涓流充电模式。
、系统框图
该智能充电器以 MC68HC908SR12 单片机为控制核心,主要包括电源电路、恒流恒压电路、温度检测电路、键盘响应电路以及状态显示电路。图 1 是其系统框图。
3 、硬件设计
、电源电路
使用开关电源作为充电器的供电设备。
开关电源采用脉冲调制方式 PWM ( Pulse Width Modulation )和 MOSFET 、 BTS 、 IGBT 等电子器件进行设计。开关电源集成化程度较高,具有调压、限流、过热保护等功能。同线性电源相比其输入电压范围宽(通常可达交流 85 ~ 265V )、体积小、重量轻、效率高。其缺点是有脉冲扰动干扰,设计电路板时采用同主控