锂电池充电控制器的设计与实现一本课题研究的目的和意义随着社会的发展，各种便携式设备已经逐步走进了我们的生活：手机,MP3,笔记本电脑，数码相机，便携式dvd等已经成为了我们日常生活的一部分。
伴随着便携式电子产品的发展，其用电问题也越来越受到大家的关注。
目前，市场上有一次电池和二次电池，一次电池是一次性应用的电池，二次电池是可以反复使用的电池。
随着便携式设备的发展，无论从节约成本来说，还是从环境保护的角度来说，二次电池都比一次电池更有优势，因此二次电池的市场需求量也越来越大。
锂离子电池自20世纪90年代上市以来，它以能量密度高，使用寿命长的特点倍受重视。
基于市场的要求，世界各大电池生产商为了在市场领域里取得优势，无不致力于开发具有能量密度高，小型化，薄型化，轻量化，安全性高，循环寿命长，低成本的新型电池。
对此，聚合物锂离子电池具有上述各项优点，是各厂商致力研究的目标。
聚合物锂离子电池基于安全、轻薄等特性，广泛应用于便携式设备，所以聚合物锂离子电池是21世纪移动设备最佳的电源解决方案。
然而，锂离子电池已易受到过充电、深放电以及短路的损害。
单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。
充电速率通常不超过1C，最低放电电压为2.7～3.0V，如再继续放电，则会损害电池。
锂离子电池以恒流转恒压方式进行充电。
采用1C充电速率充电至4.1V时，充电器应立即转入恒压充电，充电电流逐渐减小；当电池充足电后，进入涓流充电过程。
为避免过充电或过放电，充电器必须采取安全保护措施，以监测锂离子电池的充放电状态。
二本课题的主要工作内容和预期达到的目标主要工作内容：（1）了解并掌握锂离子电池的各种充电方式1.恒流充电充电器的交流电源电压通常会波动，充电时需采用一个直流恒流电源(充电器)。
当采用恒流充电时，可使电池具有较高的充电效率，可方便地根据充电时间来决定充电是否终止，也可改变电池的数目。
恒流电源充电电路如图2-1所示。
图2-1 恒流电源充电电路2.恒压充电恒压充电电路如图2-3所示。
恒压充电是指每只单体电池均以某一恒定电压进行充电。
当对电池进行这一充电时，电池两端的电压决定了充电电流。
这种充电方式的充电初期电流较大，末期电流较小。
充电电流会随着电压的波动而变化，因此充电电流的最大值应设置在充电电压最高时，以免时电池过充电。
另外，这种充电方式的充电末期电压在达到峰值后会下降。
电池的充电电流将变大，会导致电池温度升高。
随着电池温度升高，电压下降，将造成电池的热失控，损害电池的性能。
图2-3 恒压充电电路3.分阶段充电方式在分阶段充电方式中，在电池充电的初始阶段充电电流较大。
当电池电压达到控制点时，电池转为以涓流方式充电。
分阶段充电方式是电池最理想的充电方式，但缺点是充电电路复杂和成本较高。
另外，需增设控制点的电池电压的监测电路。
分阶段充电方式的简单示意图如图2-6所示。
图2-6 分阶段充电的简单示意图(2) 设计充电器的结构框图充电器结构框图（3）设计充电控制器的各个硬件模块1.电源产生部分电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm78××系列和负电压输出的lm79××系列。
顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。
它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有lm9013样子的TO-92封装。
用lm7 8/lm79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，且有一定的电压、电流输出，能够获得不同的电压和电流，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。
该系列集成稳压IC型号中的lm78或lm79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如lm7806表示输出电压为正6V，lm7909表示输出电压为负9V。
典型的LM7805应用电路2.电压转换及光耦隔离电路部分本次设计选择了6N137光耦合器：6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。
具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。
特性：①转换速率高达10MBit/s;②摆率高达10kV/us; ③扇出系数为8; ④逻辑电平输出; ⑤集电极开路输出; 工作参数：最大输入电流，低电平：250uA 最大输入电流，高电平：15mA 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v 最大允许高电平电压：Vcc 最大电源电压、输出：5.5V 扇出(TTL 负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40°C to +85°C 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和A/D 转换等6N137光耦合器的内部结构、管脚如图所示。
图3-1 6N137光耦合器 6N137光耦合器的真值表3.充电电路的设计MAX1898外接限流型充电电源和P 沟道场效应管，可以对单节锂离子电池进行安全有效的快充，其最大特点是在不使用电感的情况下仍能做到很低的功效耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间限制为锂离子电池提供二次保护。
MAX1898的典型充电电路如图3-6所示。
6N137光耦合器的真值表 输入 使能 输出 H H L L H H H L H L L H H NC L L NC HIN 1CHG 2EN/OK 3ISET 4CT5RSTRT6BATT 7GND 8DRV 9CS 10M A X 1898设置充电电流on/off+BATTERY4.5V/12VGNDMAX1898的典型充电电路（4） 给出最终设计电路板，进行调试 （5） 总结，撰写论文实验测试方法（1） 用软件对电路进行模拟。
在制作电路板前，用protel 对电路进行模拟仿真。
（2） 软件调试。
编写单片机程序并对单片机进行调试，使单片机控制可以达到预定目标。
（3） 综合调试。
将电源模块，光隔模块，充电模块组合到一起，检测各个模块之间的配合，使电路能满足既定要求。
预期目标及应用（1） 提交一块可用的电路板；（2） 提交一篇总结研究过程的毕业论文；三．前期准备工作情况1．调研：深入了解了锂电池充电器的设计资料和技术指标。
2．查找资料：查找了有关锂电池充电方法的论文，国内外先进充电产品的技术资料，有关锂离子电池的资料，光隔离和充电芯片的资料。
3．阅读文献：[1]K.Hirakawa，A.Measuring and Analyzing Method for Battery Conditions Using a New Field Data Collection system，evsl17，2000[2]MAXIM :Cost-Saving Multichemistry Batter-Charger System，2002[3]刘美俊，基于AT89C2051单片机的智能充电器设计[J].集成电路与元器件卷，2004，7：78-79.[4]钟伟雄，基于AT89C51 的智能充电器的设计[J].信息技术，2009，5：31-33. 4．复习相关课程：模拟电子技术基础单片机技术及应用电磁兼容电力电子5. 设计原理框图和各硬件模块四.核心器件及其经费预算核心器件器件型号价格主要性能指标单片机AT89C2051光耦6N137三端稳压器LM7805充电芯片MAX1898五、要求的实验条件及落实情况1．实验室：2．计算机：一台3．测试设备：示波器，稳压电源六、课题的难点及解决方法锂离子电池易受到过充电、深放电以及短路的损害。
单体锂离子电池的充电电压必须严格限制。
为提高充电控制电路对锂离子电池充电电压的精确度，采用了内部光耦电路，减小了电路内部干扰。
另外，采用MAX1898配合外部PNP或PMOS晶体管，提高了电压调节精度。
七、可能的创新点目前，市场上的充电设备已经具备了体积小、重量轻；自动、快速充电、限流保护、电流短路与反充保护线路设计，但是无法识别充电时的状态。
本设计可以直接显示出充电状态为恒压充电还是恒流充电。
另外，当电池充满以后的自动断电保护功能，可以有效防止电池的过充，提高了电池的安全性。
八、时间安排2010.12-2011.1收集资料，熟悉锂电池充电方法的原理和特点，熟悉原有电池充电电路；3.7 －3.21 (1-2周)设计模拟调理电路的整体框图，查阅各部分设计的不同方案；3.22－4.4（3-4周）分析，仿真计算，确定最终实现方案；4.5 －4.25（5－7周）绘制原理图及制作PCB板；4.26－5.23（8－11周）电路焊接调试，改进及测试；5.24－6.18（12－15周）撰写论文,准备答辩。
九、主要参考资料[1] 康华光. 电子技术基础模拟部分, 高等教育出版社, 2005, 第五版[2] 刘树棠数字信号处理，西安交通大学出版社，2002，第一版[3] 何桥单片机原理及应用，中国铁道出版社，2006。