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1、 本科生毕业论文（设计）系（院）物理与电子工程学院 专 业 电子信息工程论文题目 基于MAX1898智能充电器的设计 学生姓名 指导教师 （副教授）班 级 2007级电信2班 学 号 完成日期：2011 年 4月 乐山师范学院2007级毕业论文（设计）基于MAX1898智能充电器的设计XXX物理与电子工程学院 电子信息工程 摘要 本设计是AT89S51单片机在实现手机电池充电器方面的应用，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
2、长了使用寿命。AT89S51单片机控制实现电池预充、快充、满充、充电保护、自动断电和充电完成自动报警提示功能。关键词 单片机AT89S51 MAX1898芯片 智能充电器Abstract The design is to achieve AT89S51 in the application of mobile phone battery charger, rechargeable lithium-ion battery combined with MAX1898 chip, with external PNP or PMOS transistors may form a complete si
3、ngle-power-saving lithium-ion (Li+) battery smart charger. MAX1898 provides accurate constant current/constant voltage charging. Battery voltage regulation accuracy of 0.75%, improved performance and extended battery life. AT89S51 MCU to achieve battery pre-charge, fast charge, over charge, charging
4、 protection, auto power off, and charge completion automatic alarm function.Key words MCU AT89S51 MAX1898 chip Intelligent Charger1 前 言 随着越来越多的手持式手机充电器的出现，对高性能、小尺寸、轻重量的电池充电器的需求也越来越大。市场上的手机充电器存在诸多弊端，大多数外观相似，但内部线路却大不一样，其性能也大不同。虽然都能实现充满自停，但其实现的方式却大不相同，直接导致充电效果不同，由于采用大电流快速充电，所以电池充满后也不能及时停止，使电池过充发热严重，过度过
5、充会严重损害电池的寿命。低成本的手机电池充电器（万能充）采用电压比较法，为防止过充一般只充到电池电量的90%就停止大电流充电，采用小电流涓流补充充电，此时充电器指示灯不再闪烁，用户此时拔下电池，无疑只充电90%左右，再加上电压比较具有离散性，所谓的90%也只是个理论值，很难精确。手机技术的持续进步也产生了更大容量的手机电池，因此要求更复杂的充电算法以实现快速、安全地充电。一部好的手机充电器不仅能在短时间内将电量充足，而且能对电池起到一定的维护作用，可以修复由于电池的记忆效应引起的电池活性衰退现象，同时避免由于电池发热引起的不安全因素。因此大部分商家极力推荐手机直充，但是这其中存在许多不方便的因
6、素，比如手机直充的携带，以及手机直充体积较大。本文提出一种结合智能充电芯片MAX1898和单片机AT89C51的充电器软硬件设计方案。MAX1898功能十分强大，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、温度检测器和主控器。它与单片机强大的控制功能配合使用，使得手机电池充电器更加智能化，通过改良外围电路可以大大减小手机电池充电器的体积，使之携带更加方便。因此该设计方法将在高端手机充电器技术领域占领一席之地，并且引导现有手机充电器的发展趋势。2 方案设计和论证2.1 设计思路 概述要实现智能化充电器，需要从以下两方面着手：1. 智能化的实现。在充电过程中引入51单片机的控制
7、。2. 充电的实现。包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充 电电压。2.2 方案设计与论证2.2.1 充电控制芯片的选择随着科学技术的飞速发展，市场上出现了大量的微控制芯片。单片机作为微型计算机的一个重要分支，应用面很广，发展很快。自单片机诞生至今，已发展为上百种系列的近千个机种。目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展趋势将是进一步向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展。随着集成度的不断提高，有可能把众多的各种处围功能器件集成在片内。除了一般必须具有的CPU、ROM、RAM、定时器/计数器等以外，片内集成的部件还有模/数转换器、DM
8、A控制器、声音发生器、监视定时器、液晶显示驱动器、彩色电视机和录像机用的锁相电路等。这些实现了数字逻辑集成电路组成的控制电路单片化，可广泛用于家电产品。由于单片机的这种结构形式及它所采取的半导体工艺，使其具有很多显著的特点，因而在各个领域都得到了迅猛的发展。单片机主要有如下特点： 有优异的性能价格比； 集成度高、体积小、有很高的可靠性； 控制功能强； 低功耗、低电压，便于生产便携式产品； 外部总线增加了IC（Inter-Integrated Circuit）及SPI（Serial Peripheral Interface）等串行总线方式，进一步缩小了体积，简化了结构； 单片机的系统扩展和系统配
9、置较典型、规范，容易构成各种规模的应用系统。所以本设计选用美国Intel公司推出的MCS-51系列单片微控制处理器（简称51单片机）作为控制芯片。其中AT89S51具有很强的代表性。2.2.2 电池充电芯片的选择方案目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于充电器的设计。在选择具体的充电芯片时，有以下参考标准： 电池类型：不同的电池（锂电池、镍氢电池、镍镉电池）需选择不同的充电芯片； 电池数目：可充电池的数目； 电流值：充电电流的大小决定了充电时间； 充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。本设计主要利用51单片机实现手机单节锂离子（Li+）电池智能充电器，要求充电快速且具有优良的电池保
10、护能力。通过查阅相关资料，目前市场上常见的智能充电主要包括：MAX1898、MAX1758、SMC401。不同的芯片在控制充电过程中能力各不相同，其价格也迥异，控制电路更是错踪复杂，所以进行了以下对比论证。1. 智能锂电池充电控制芯片 SMC401SM401主要用于手机锂电池的充电器，也可以用于其他锂离子或锂聚合物电池的充电控制场合。内嵌8位MCU，提供全程的智能检测和智能控制，根据锂电池充电曲线在不同阶段进行精确恒流或恒压充电，具有电池放置检测、智能过流保护、过放电涓流预充、温度检测及保护、三色LED 状态指示等功能。采用本芯片设计的充电器能够充分贴合锂电池的充电曲线在不同阶段进行精确恒流或
11、恒压充电，并能对过放电的锂电池进行补偿充电和电气性能修护，从而提高锂电池的充电饱和度，延长锂电池使用寿命。此外，芯片还能通过补偿锂电池内阻的方式缩短充电时间。SMC401 的充电分为三个阶段：预充、恒流充电及恒压充电。（1）预充阶段。在安装好电池并加上电源后，SMC401 首先检查电池温度是否在设定范围，若不正常则进入温度故障模式，否则检测电池电压VBAT，当电池电压VBAT 低于低压门限VLOW 时，SMC401 以恒流10的电流对电池预充电。（2）恒流充电阶段。在完成对电池预充或电池电压VBAT 高于VLOW 并低于VMAX 时，SMC401 进入恒流充电状态，此时通过外部的感测电阻上的压
12、降监控充电电流。（3）恒压充电阶段。当电池电压VBAT 达到VMAX 时进入恒压充电状态。在整个工作温度和工作电压范围内，恒压精度高于1%。当充电电流达到终止门限ILOW 时停止充电，当电池电压低于重新充电门限电压VMAX 时自动开始重新恒压充电。2. 智能锂电池充电控制芯片 MAX1898Max1898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、温度检测器和主控器，输入电流调节器用于限制总输入电流，包括系统负载电流与充电电流，但检测到输入电路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，Max1898外接限流型充电电源和PNP功率三级管，可对单节锂电进行有效的
13、快充，它通过外接电容设定充电时间，通过外接电阻设置最大充电电流。MAX1898 uMAX封装和典型应用电路：图 2.2.1 MAX1898 uMAX封装图 2.2.2 MAX1898典型应用电路定时电容C和充电时间Tchg的关系式满足：C=34.33Tchg 最大充电电流Imax和限流电阻Rset的关系式满足：Imax1400/Rset 输入电压范围为4.5V-12V。锂电池要求充电方式是恒流恒 压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般采用直流电源 外加变压器。(1) 通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。(2) 通过外接电容CT设置快充时最大的充电时间Tchg,它和定时电容CT的关系：C
14、T=34.33*Tchg式中：Tchg 单位为小时，CT单位为nF，一般情况下快充时间不超过3小时，因此CT一般为100nF。(3) 在限制电流的模式下，通过外接电阻RSET来设置最大充电电流IFST,关系如下所示：IFST =1400 / RSET式中：RSET 单位为欧姆，IFST单位为安培。2. 智能锂电池充电控制芯片 MAX1758Max1758同MAX1898一样也是Maxim公司生产的锂离子电池充电芯片，可实现智能充电，自动检测调节电流、电压、温度等参数，为锂电池提供了一种新的安全、高效的设计方案。其性能和MAX1898如出一则，只是MAX1758常用于笔记本和一些高档仪器的电源管
15、理芯片，外围电路比较复杂。MAX1758封装图：图 2.2.3 MAX1578封装SMC401是一款更高级的充电控制芯片，它集成了8位MCU控制芯片，使用更加方便简洁，外设电路简单，是商家比较推崇的充电控制芯片，但基于此次设计需要用到单片机作为控制芯片，所以此种方案不作考虑，但其制作原理值得借鉴。Maxim公司生产的锂离子电池充电芯片MAX1898和MAX1758都可以作为智能充电器的充电芯片，但MAX1898的外围电路也更加简单，易于焊接，也更适合初学者的学习研究。综上所述，选择MAX1898作为充电芯片，AT89S51作为充电控制芯片，共同完成锂电池智能充电器的研究。系统流程图如下：图2.2.3 系统方框图加载电源，MAX1898自动检测电池电压，判断电池是否为“满”状态，如果“是”则将此状态传递给单片机，触发信号拉低，TLP5621发出低电平信号，MAX1898“EN”脚电平被拉低，充电停止，蜂鸣器报警。充电过程中，若电池充满，MAX1898发出“满”信号传递给单片机，单片机同样拉低触发信号，TLP5621发出低电平信号，MAX1898“EN”拉低，充电停止，同时发出
