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1、重庆理工大学毕业设计（论文）题 目智能手机充电器（硬件设计）二级学院 应用技术学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 109217402姓 名 高娅楠 学 号 10921740260 指导教师 刘晓东 系 主 任 时 间 智能手机充电器的设计第一章 绪论 一、目的和意义随着科技的发展，人们对身边电子产品的数字化、自动化，效率要求越来越高，本项目旨在解决日常生活中人们对电池充电的烦恼，该产品是基于单片机的硬件和软件来实现的，它在很大程度上为解决电器充电有不可忽视的作用。为现代越来越快的生活节奏提供保障，而在户外情况下对太阳能的利用，也是一种环保、节能的选择，这使我们步入了新能源开发利用的行列。
2、从而充电工人只担任辅助性工作，更加人道化，也为充电技术和充电设备的智能化闯出了一条新路。目的：如今，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损坏。与此同时，对充电电池的性能和工作寿命的要求也不断地提高。从20世纪60年代的商用镍镉和密封铅酸电池到近几年的镍氢和锂离子技术，可充电电池容量和性能得到了飞速的发展。目前各种电器使用的充电电池主要有镍镉电池（NiCd）、镍氢电池（NiMH）、锂电池（Li-Ion）
3、和密封铅酸电池（SLA）四种类型。电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的。由于使用的化学物质的不同，电池有自己的特性。设计充电器时要仔细了解这些特性以防止过度充电而损坏电。目前，市场上卖得最多的是旅行充电器，但是严格从充电电路上分析，只有很少部分充电器才能真正意义上被称为智能充电器，随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控(例如对充、放电电流、充电电压、温度等的监控)，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。二、国内外现状
4、电池的化学成分和设计一起限定电池所能提供的电流。若没有限制性能的实际因素，电池可产生无穷大的电流。限制电池性能的主要因素是化学成分的反应率、电池设计和发生反应的区域。某些电池具有产生大电流的能力。一个新的可充电电池或电池组(一个电池组中有几个电池)不能保证完全充满电。事实上它们很可能几乎被放电。因此，第一件要做的事情是根据制造商提供的化学成分相关指南，对电池/电池组进行充电。近几年来，便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代。其中锂离子电池以高能量密度、高内阻、高电池电压、高循环次数、低自放电率等特性，脱颖而出，迅速成为市场的主流。据统计，在笔记本电脑和移动电话领域，锂离子电池的市场占
5、有率分别为80%和60%。根据日本矢野经济研究所的预测，锂离子电池正以53.33%的年增长率快速取代传统的镍铬和镍氢电池市场。充电器,英文名称Charger,通常指的是一种为蓄电装置提供能量的设备。充电器在各个领域用途广泛，特别是在生活领域被广泛用于手机、相机等等常见电器。充电器是采用电力电子半导体器件，将电压和频率固定不变的交流电变换为直流电的一种静止变流装置。在以蓄电池为工作电源或备用电源的用电场合，充电器具有广泛的应用前景。充电器有很多，如铅酸蓄电池充电器、阀控密封铅酸蓄电池的测试与监测、镉镍电池充电器、镍氢电池充电器、锂离子电池充电器、便携式电子设备锂离子电池充电器、锂离子电池保护电路
6、多功能充电器、电动车蓄电池充电器、车充等。充电器是一种将高压交流电转化为低压直流电的设备。充电器的用途十分广泛，许多数码产品如手机、数码相机、数码摄像机、笔记本电脑、MP3、MP4等都配有充电器，除了数码产品以外，在我国普遍使用的电动自行车也配有充电器。根据调查研究，在我国的充电器市场上手机、数码相机、笔记本电脑、电动自行车这四种产品的充电器已经占据了整个充电器市场份额的90%以上。最近几年，伴随着手机、笔记本电脑、数码相机等电子产品在我国市场的热销，我国充电器行业得到了迅速的发展。在整个充电器市场中，不同产品的充电器占据不同的份额。就中国而言，在整个充电器市场中，手机充电器所占份额居第一位，
7、占据了绝大部分的充电器市场的份额；排第二位的是笔记本电脑充电器；数码相机充电器所占份额排在第三位；电动自行车充电器排第四位。这四种产品的充电器占据了整个充电器市场的94%，剩下的为其它产品充电器所占的份额。我国手机充电技术主要分布在如下领域：第一，太阳能充电器。例如，2004200400025号文献涉及一种折叠式太阳能手机电池充电器。032026404号文献涉及一种智能型太阳能交流两用手机充电器，包括太阳能硅光电池、220V电子稳压开关电路、电池组CD、连接手机电池的输出插孔等。02115872X号文献涉及一种增光式太阳能万用充电器及电源。该充电器能增光和吸收一切光能和太阳能，转换的电能可增加
8、手机通话量2至5倍。2005200779708号文献涉及一种与手机一体的太阳能充电器。把太阳能电池板置于阳光下就能随时对手机电池进行充电，突破了使用交流电源或者汽车电瓶给手机电池充电的局限。第二，手动充电器。例如，022300503号文献涉及一种掌上型手动移动电话充电器，它用手动压杆的一端连接齿条，压杆另一端连接复位弹簧，齿条连接齿轮机构，齿轮机构连接电机。充电器通过一对棘爪换向组件使电机被连续带动而供给36V至72V电压的直流电。982496001号文献涉及一种移动电话的自充电装置，可采用外接充电器方式充电，也可通过发条式微型发电机给电池充电。2004200530368号文献涉及一种万能充电
9、器，包括手动充电装置，可在任何场所对手机充电。第三，车动充电器。例如，2005100608111号文献涉及一种依靠自行车车轮转动力发电对小型充电电池进行充电的方法。它在自行车车架的前叉上设置微型发电机，在车架把手上设置直流电池充电器。人们在骑车行驶时，车轮的转动带动微型发电机发电，提供给为充电电池使用。第四，无线充电器。例如，2004200066284号文献涉及一种无线充电装置，它设有充电感应器和接收感应器，充电感应器由充电感应线圈和电源电路构成，接收感应器由接收感应线圈和充电电路构成。它能实现手机、电脑的无线充电。2006200131460号文献涉及一种非接触式充电器，它利用电磁耦合方式实现
10、电能传输，不需要任何机械金属点的连接。012708291号文献涉及一种无接触式充电器装置。第五，折叠充电器。例如，2006200282386号文献涉及一种折叠型手机充电器，其中，电源盒由电池组、带有发光二极管的功能电路、壳体及其外层的连接膜组成，电池组与功能电路相连。972157255号文献涉及一种折叠式无线电话电池充电器，它的外壳里有变压电路、充电电路，外壳上有内藏式电源插头。外壳由主壳和副壳组成，主壳与副壳连接在一起，形成无线电话电池插座。充电器折叠后，所有电源插头和触头均为内藏。第六，干电池充电器。例如，012327654号文献涉及一种移动电话应急充电器，它可用普通干电池给移动电话充电。
11、它包括电池盒、电池盒盖、卡簧、卡簧盒、卡簧按键和充电插头，电池盒、卡簧盒和充电插头为一体结构，组成充电器的本体，电池盒内设有平行排列的三个电池舱；卡簧盒内设有两个卡簧，卡簧盒的上盖设有一个卡簧按键，卡簧按键的下端与上述两个卡簧接触。2004200478994号文献涉及一种移动电话简易充电器，它可把其他电池组装到充电器的导电侧进行充电。第七，重力充电器。例如，2005200435122号文献涉及一种人体行走重力发电手机充电器。它把人体行走的重力能转化成机械能，再由机械能转化成电能并给手机充电。它包括鞋后跟锁接机构、踩顶杆机构、储存机械能机构、超微型磁钢式交流发电机、变压整流稳压电路等。踩顶杆机构
12、中还装有卸荷压簧保险机构等。第八，照明充电器。例如，2005200738587号文献涉及一种照明式车载充电器。2005200738604号文献涉及一种照明式手机充电器，包括内装电池的充电器本体，充电器本体上设有连接器公座，连接器公座可与手机连接并对手机充电。充电器本体上还设有盖体，盖体内设有与连接器公座插接的连接器母座，连接器母座连接PCB基板，PCB基板连接LED灯。032611013号文献涉及一种具有照明功能的手机用车辆充电器以及照明装置。第九，应急充电器。例如，032196539号文献涉及一种自充便携式无线手机应急充电器。它包括接交流电源的插头、接手机的充电接口、微型电池等。插头通过整流
13、、变压电路接电池，构成充电电路，电池两端引接到充电接口构成放电电路。手机缺电时，将应急充电器的充电接口与手机插接，即可随时随地通过放电电路对手机电池充电。第十，智能充电器。例如，2003101022480号文献涉及一种智能移动电源，包括智能电池组、智能充电器、输出调节器等。智能充电器包括充电管理器、交流适配器、电量显示器；输出调节器包括控制器、液晶显示器、输出调节按钮、功率输出单元、控制信息存储单元；智能电池组包括锂电池管理器、锂电池保护器、电池信息存储单元、充电电量显示器、电池组接口。它适合笔记本电脑、DVD播放机、移动电话、数码相机、PDA以及其他便携式电子设备使用。952293838号文
14、献涉及一种智能多功能快速充电器。此外，2006201171592号文献涉及一种智能手机充电器，它在手机充电器线路板电源输入端和插头之间串连一个开关和一个时间继电器，在手机充电器线路板另一个电源输入端与另一个电源插头通过导线相连接，在手机充电器线路板的两个电源输入端和两个电源插头连接处，并联一个指示灯，手机充电器线路板电源输出端通过导线和手机充电接线插口相连接。第十一，直流充电器。例如，2006200889670号文献涉及一种包括变压电路的直流充电器。002364905号文献涉及一种移动电话直流电源连接器，包括绝缘胶心、内端子及外套管；绝缘胶心上具有侧边设有通至绝缘胶心底端的T形槽的矩形插杆；外
15、套管为呈矩形断面的金属管体；内端子插装在绝缘胶心的T形槽内，其外端显露在绝缘胶心短形插杆的前端侧边；外套管系套装在矩形插杆外。第十二，内置式充电器。例如，2005200289855号文献涉及一种自带充电功能的手机，它的内部安装了一个微型充电器，在需要时可按动按钮，将充电器弹出进行充电。032187572号文献涉及一种手机直接充电技术。其中，手机机壳外的上端设有天线，机壳外的前侧面上设有显示屏，显示屏的下面设有按键，机壳内设有机芯、电池，机壳内还设有充电器，充电器通过导线与电池相连，机壳上设有电极板，电极板通过导线与充电器相连，机壳的侧面设有一端与电极板相联、另一端与滑动开关相联的连动机构。第十
16、三，户外供电技术。例如，032734867号文献涉及一种组合移动电源的户外供电技术及其充电器。它包括能提供直流电源的移动供电器、与负载相适配的输出插头，供电器输出端与兼容稳压系统的输入端相连，兼容稳压系统能自动调节输出功率，并设有两个输出端，第一输出端的输出电压与手机的工作电压相匹配，第二输出端的输出电压与手提电脑的工作电压相匹配。常备可充电电源经选择开关的接线端与移动供电器的输出端并接，它的另一个接线端与兼容稳压系统的第二输出端相连。第十四，数据线或者存储器式充电器。例如，2005200677526号文献涉及一种集成数据传输功能的手机充电器。2004200602489号文献涉及一种与充电器合
17、为一体的手机信息备份存储器。018030866号文献涉及一种通讯装置控制设备和方法。其手机装置带有从物理数据载体读取数据的读取器。物理数据载体置入手机附件，如充电器中。2005100373811号文献涉及一种在手机充电器内备份手机内信息的方法和装置，包括电源转换模块、充电管理模块、控制模块、与手机的数据接口相适配的手机接口、半导体存储介质模块等。充电管理模块控制着电源转换模块流入正在充电手机内的电流大小；控制模块经手机接口读取手机中所存储的信息并写入半导体存储介质模块。常见充电电池特性及其充电方式电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同
18、，其充电的方式也不大一样。电池的安全充电 现代的快速充电器( 即电池可以在小于3 个小时的时间里充满电，通常是一个小时) 需要能够对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量，在充满电的同时避免由于过充电造成的损坏。充电方法 SLA 电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流； NiCd 电池和NiMH 电池的充电方法为恒定电流法，且具有几个不同的停止充电的判断方法。最大充电电流 最大充电电流与电池容量(C) 有关。最大充电电流往往以电池容量的数值来表示。例如，电池的容量为750 mAh，充电电流为750 mA，则充电电流为1C (1 倍的电池容量)。若涓流充电时电流为C/40，则充电电流即为电
19、池容量除以40。过热 电池充电是将电能传输到电池的过程。能量以化学反应的方式保存了下来。但不是所有的电能都转化为了电池中的化学能。一些电能转化成了热能，对电池起了加热的作用。当电池充满后，若继续充电，则所有的电能都将转化为电池的热能。在快速充电时这将使电池快速升温，若不及时停止充电就会造成电池的损坏。因此，在设计电池充电器时，对温度进行监控并及时停止充电是非常重要的。现代消费类电器主要使用如下四种电池： 密封铅酸电池 (SLA) 镍镉电池 (NiCd) 镍氢电池(NiMH) 锂电池(Li-Ion)在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。密封铅酸电池(SLA) 密封铅酸电池主要用于
20、成本比空间和重量更重要的场合，如UPS和报警系统的备份电池。SLA 电池以恒定电压进行充电，辅以电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。只要电池单元电压不超过生产商的规定( 典型值为2.2V)， SLA 电池可以无限制地充电。镍镉电池(NiCd) NiCd 电池目前使用得很普遍。它的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。典型的NiCd 电池可以充电1000 次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压下降到1.0V 就必须停机。NiCd 电池以恒定电流的方式进行充电。镍氢电池(NiMH) 在轻重量的手持
21、设备中如手机、手持摄象机，等等镍氢电池是使用最广的。这种电池的容量比NiCd 的大。由于过充电会造成NiMH 电池的失效，在充电过程中进行精确地测量以在合适的时间停止是非常重要的。和NiCd 电池一样，极性反转时电池也会损坏。NiMH 电池的自放电率大概为20%/ 月。和NiCd 电池一样，NiMH 电池也为恒定电流充电。锂电池 (Li-Ion) 和本文中所述的其他电池相比，锂电池具有最高的能量/ 重量比和能量/ 体积比。锂电池以恒定电压进行充电，同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。三、论文内容针对
22、锂电池的充电规律，结合现有锂电池充电器的特点，本课题欲设计一款智能手机锂电池充电器，要求以单片机为控制核心，选择适当的配套元件，设计硬件电路，并编制相应软件，使所设计的充电器具有智能化特点，能根据不同手机锂电池的电参数自动确定相应的充电控制规律，自动检测、充电、断电、报警等，达到理想的充电效果。该论文描述了智能手机充电池的一些基本情况及国内为现状和分类，简述了本设计的原理与方案，并详细说明了硬件设计及仿真结果。第二章 系统原理与方案设计充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。一些低成本
23、的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。手机电池的使用说明和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有教高的能量重量比、能量体积比，具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。为了有效利用电池容量，需将锂电池充电至作大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度。另外，对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。12一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复
24、由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。要求设计一个智能手机充电器，能够实现电池预充、快充、恒压充电；监控充电状态；太阳能供电以及充电保护。为实现对锂电池的安全充电，我们采用AT89C51 单片机结合MAX1898锂离子电池充电芯片，配合外部PNP 或PMOS 晶体管可以组成完整的单节电锂离子(Li+)电池智能充电器。MAX1898 提供精确的恒流/恒压充电。电池电压调节精度为0.75%，提高了电池性能并延长了使用寿命。总体电路包括：电源模块；AT89C51单片机模块；充电模块；充电过程监测模块；电路保护模块；外部太阳能电源模块。主要器件及其功能AT89C51引脚说明图2-
25、1 AT89C51引脚分布图图2-1是AT89C51的引脚分布图。其引脚说明如下：VCC：AT89C51电源正极输入，接+5V 电压。GND：电源接地端。XTAL1：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一反相放大器输入端，这个放大器构成了片内振荡器。它采用外部振荡器时，些引脚应接地。XTAL2：接外部晶振的一个引脚。在片内接至振荡器的反相放大器输出端和内部时钟发生器输入端。当采用外部振荡器时，则此引脚接外部振荡信号的输入。RST：AT89C51的复位信号输入引脚，高电位工作，当要对芯片又时，只要将此引脚电位提升到高电位，并持续两个机器周期以上的时间，AT89C51便能完成系统复位的各项工作
26、，使得内部特殊功能寄存器的内容均被设成已知状态。ALE/PROG：ALE 是英文ADDRESS LATCH ENABLE的缩写，表示允许地址锁存允许信号。当访问外部存储器时，ALE 信号负跳变来触发外部的 8 位锁存器 (如 74LS373)，将端口 P0 的地址总线(A0-A7)锁存进入锁存器中。在非访问外部存储器期间，ALE 引脚的输出频率是系统工作频率的 1/16，因此可以用来驱动其他外围芯片的时钟输入。当问外部存储器期间，将以 1/12 振荡频率输出。EA/VPP：该引脚为低电平时，则读取外部的程序代码 (存于外部EPROM中)来执行程序。因此在 8031 中，EA 引脚必须接低电位，
27、因为其内部无程序存储器空间。如果是使用 AT89C51或其它内部有程序空间的单片机时，此引脚接成高电平使程序运行时访问内部程序存储器，当程序指针 PC 值超过片内程序存储器地址(如 8051/8751/89C51 的 PC 超过 0FFFH)时，将自动转向外部程序存储器继续运行。此外，在将程序代码烧录至 8751 内部 EPROM、89C51 内部 FALSH 时，可以利用此引脚来输入提供编程电压（8751 为 2lV、AT89C51 为 12V、8051 是由生产厂方一次性加工好)。PSEN：此为Program Store Enable的缩写。访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外
28、部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生二次 PSEN 信号。在执行片内程序存储器指令时，不产生 PSEN 信号，在访问外部数据时，亦不产生 PSEN 信号。P0：P0 口(P0.0P0.7)是一个 8 位漏极开路双向输入输出端口，当访问外部数据时，它是地址总线（低 8 位）和数据总线复用。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向 IO 口用。P0 口每一个引脚可以推动 8 个 LSTTL 负载。P1：P1 口(P1.0P1.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口)，其输出可以推动 4 个 LSTTL 负载。仅供用户作为输入输出用的端口。P2：P2 口(P2.0P2
29、.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口)，当访问外部程序存储器时，它是高 8 位地址。外部不扩展而单片应用时，则作一般双向 I/O口用。每一个引脚可以推动 4 个 LSTL 负载。P3：P3 口(P3.0P3.7)口是具有内部提升电路的双向 I/0 端口(准双向并行 I/O 口)，它还提供特殊功能，包括串行通信、外部中断控制、计时计数控制及外部随机存储器内容的读取或写入控制等功能。其特殊功能引脚分配如下：P3.0RXD 串行通信输入P3.1TXD 串行通信输出P3.2INT0 外部中断 0 输入，低电平有效P3.3INT1 外部中断 1 输入，低电平有效P3.4
30、T0 计数器 0 外部事件计数输入端P3.5T1 计数器 1 外部事件计数输入端P3.6WR 外部随机存储器的写选通，低电平有效P3.7RD 外部随机存储器的读选通，低电平有效14MAX1898引脚说明 图2-2 MAX1898引脚分布图充电芯片MAX1898有10个引脚，其引脚分布如图2-2所示。其引脚功能如下：IN（1脚）：传感输入，检测输入的电压或电流。/CHG（2脚）：充电状态指示脚，同时驱动LED。EN/OK（3脚）：使能输入脚/输入电源“好”输出指示脚。EN为输入脚，可以通过输入禁止芯片工作；OK为输出脚，用于指示输入电源是否与充电器连接。ISET（4脚）：充电电流调节引脚。通过串
31、联议和电阻到地来设置最大充电电流。CT（5脚）：安全充电时间设计引脚。接一个时间电容来设置充电时间，电容为100nF时，几乎为3个小时，此引脚直接接地将禁用此功能。RSTRT（6脚）：自动重新启动控制引脚。当此引脚直接接地时，如果电池电压掉至基准电压阀值以下200mV，将会重新开始一轮充电周期。此引脚通过电阻接地时，可以降低他的电压阀值。此引脚悬空或者CT引脚接地（充电时间设计功能禁用）时，自动重新启动功能被禁用。BATT（7脚）：电池传感输入脚，接单个LI+电池的正极。此引脚需旁接一个大电解电容到地。GND（8脚）：接地端。DRV（9脚）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。CS（10脚）：电
32、流传感输入，接晶体管的发射极。充电芯片MAX1898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。输入电流调节器用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流。当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流。因为系统工作时电源电流的变化范围较大，如果充电器没有输入电流检测功能，则输入电源必须能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。MAX1898外接限流型充电电源和P沟道场效应管，可以对单节锂电池进行安全有效的快充，其
33、最大特点是：在不使用电感的情况下，仍能做到很低的功率耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间的限制可为锂电池提供二次保护。本设计的核心器件是MAX189。MAX1898可对所有化学类型的LI+电池进行安全充电，它具有高集成度，在小尺寸内集成了更多功能，尽可能多地覆盖了基本应用电路，只需要少数外部元件。MAX1898配合外部PNP或PMOS晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。MAX1898提供精确的恒流/恒压充电，电池电压调节精度为0.75%，提高了电池性能并延长了电池使用寿命。充电电流可由用户设定，采用内部检流，无须外部检流电阻。MAX1898提供了充电状态的输出指示、
34、输入电源是否与充电器连接的输出指示和充电电流指示。MAX1898还具有一写功能，包括输入关断控制、可选的充电周期重启（无须从新上电）、可选的充电终止安全定时器和过放电电流的低电流预充。MAX1898的关键特性如下：l 简单、安全的线形充电方式。l 使用低成本的PNP或PMOS调整元件。l 输入电压：4.512V。l 内置检流电阻。l 0.75%电压精度。l 可编程充电电流。l 输入电源自动检测。l LED充电状态指示。l 可编程安全定时器。l 检流监视输出。l 可选/可调节自动重启。l 小尺寸MAX封装。136N137引脚说明 图2-3 6N137引脚分布图光藕模块6N137的引脚分布图如图2
35、-3所示。其引脚功能如下：NC（1脚、4脚）：悬空。+（2脚）、-（3脚）：发光二极管的正负极。GND（5脚）：接地端。OUTPUT（6脚）：输出脚。EN（7脚）：使能脚。为低时，无论有无输入，输出都为高。不使用时，悬空即可。VCC（8脚）：电源输出脚。15第3章 智能手机充电器硬件设计电池充电器电路设计包括单片机电路的设计、电压转换及光耦隔离电路的设计、充电控制电路的设计和电源电路的设计。3.1 单片机电路智能充电器电路单片机部分如图3.2，U1为单片机AT89C51，工作在11.0592MHz时钟；U2为蜂鸣器，蜂鸣器由单片机的P1.2脚控制发出报警声提示；单片机的P2.0脚输出控制光藕器
36、件，在需要的时候可以及时关断充电电源；单片机的外部中断0由充电芯片MAX1898的充电状态输出信号/CHG经过反相后触发。图3.1 手机锂电池智能充电器电路单片机部分原理图3.2 电压转换及光耦隔离电路 耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦，是开关电源电路中常用的器件。耦合器以光为媒介传输电信号。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在
37、计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。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，5mA的极小输入电流。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(T
38、TL负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40C to +85C 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3.2所示。图3.2 6N137光耦合器 需要注意的是，在6N137光耦合器的电源管脚旁应有个0.1uF的去耦电容。在选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量靠近6N137光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无需再外接上拉电阻。6N137光耦合器的使用需要注意两点：第一是6N137光耦合器的第6脚Vo输出电路属于集电极开路电路，必须上拉一个电阻；第二是6N137光耦合器的第2脚和第
39、3脚之间是一个LED，必须串接一个限流电阻。图3.3是电压转换及光耦隔离部分电路的原理图。U3为输出+5V的电压转换芯片M7805，它将12V的输入电压转换为固定的5v输出；u4为光耦隔离芯片6N137，其输入为LM7805产生的5V电压，输出为经过隔离的5V电压，U4的2脚和单片机的P20相连，由单片机控制适时地关闭充电电源。待添加的隐藏文字内容2图3.3 电压转换及光耦隔离部分电路的原理图3.3 充电控制电路图3.4所示的为充电控制部分的电路原理图，其核心器件为充电芯片MAX1898，其充电状态输出引脚/CHG经过74LS04反相后与单片机INT0相连，触发外部中断。LEDR为红色发光二极
40、管，红灯表示电源接通；LEDG为绿色发光二极管，绿灯表示处于充电状态。Q1为P沟道的场效应管，由MAX1898提供驱动。图中，R4为设置充电电流的电阻，阻值为2.8k，设置最大充电电流为500mA;C11为设置充电时间的电容，容值为100nF，设置最大充电时间为3小时。图3.4 手机锂电池智能充电器电路充电控制部分原理图首先，监测MAX1898的输出信号CHG，当MAX1898将要完成充电时，该引脚会发出周期为4s的脉冲，单片机的INT0引脚接收中断后，产生中断，并使用单片机的T0计数器开始计数，当下一个脉冲到来时，在定时器程序中判断单片机的计数值是否在4s左右，如果是，则通过控制P1.2和P
41、1.3引脚关断电源，并引发蜂鸣器报警。在MAXl898和外部单片机的共同作用下，实现了如下的充电过程。1 预充在安装好电池之后，接通输入直流电源，当充电器检测到电池时将定时器复位，从而进入预充过程，在此期间充电器以快充电流的10给电池充电，使电池电压、温度恢复到正常状态。预充时间由外接电容CcT确定(100nF时为45分钟)，如果在预充时间内电池电压达到2.5V，且电池温度正常，则充电进入快充过程；如果超过预充时间后，电池电压仍低于2.5V，则认为电池不可充电，充电器显示电池故障，LED指示灯闪烁。2 快充快充过程也称为恒流充电，此时充电器以恒定电流对电池充电。恒流充电时，电池电压缓慢上升，一
42、旦电池电压达到所设定的终止电压，恒流充电终止，充电电流快速递减，充电进入满充过程。3 满充在满充过程中，充电电流逐渐衰减，直到充电速率降到设置值以下，或满充时间超时，转入顶端截止充电。顶端截止充电时，充电器以极小的充电电流为电池补充能量。由于充电器在检测电池电压是否达到终止电压时有充电电流通过电池内阻，尽管在满充和顶端截止充电过程中充电电流逐渐下降，减小了电池内阻和其他串联电阻对电池端电压的影响，但串联在充电回路中的电阻形成的压降仍然对电池终止电压的检测有影响。一般情况下，满充和顶端截止充电可以延长电池510的使用时间。4 断电当电池充满后，MAXl898芯片的2号管脚发送的脉冲电平会由低变高
43、，这将会被单片机检测到，引起单片机的中断，在中断中，如果判断出充电完毕，则单片机将通过P2.0口控制光耦6N137，切断LM7805向MAXl898的供电，从而保证芯片和电池的安全，同时也减小功耗。5 报警当电池充满后，MAXl898芯片本身会熄灭外接的LED绿灯。但是，为了安全起见，单片机在检测到充满状态的脉冲后，不仅会自动切断MAXl898芯片的供电，而且会通过蜂鸣器报警，提醒用户及时取出电池。当充电出错时，MAXl898芯片本身会控制LED绿灯以15Hz左右的频率闪烁，此时不要切断芯片的供电，要让用户一直看到此提示。3.4 电源电路设计电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的lm
44、78系列和负电压输出的lm79系列。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。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。1 LM7805 主要特点 输出电流可达 1A 输出电压有：5V 过热保护 短路保护 输出晶体管 SOA 保护如图3.5所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。它由电源变压器B，桥式整流电路D1D4，滤波电容C1、C3，防止自激电容C2、C3和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。 图3.5 LM7805构成的5V稳压电源电路输出电阻输入电压为Ube，输出电压为Uo，Auo为放大倍数 Auo=Uo/Ube=-p1p2Yfe/G （3.1） G=C1p1p1+C2+C3p3p3 （3.2）
