镍氢电池充电器设计.pdf

智能电池充电器设计参考智能电池充电器设计参考 绪言绪言 通常来说，简易充电器是不能够为不同工艺所制造的电池或者是相同工艺但是容量，电压不同的电池充电的用简单的充电器为上述不同电池充电，轻则造成电池充电不当，重则会酿成一系列的安全事故用微控制器则可以解决上述问题 将微控制器用于电池充电的场合，除了智能控制的的优势之外，还具有成本低、结构简单等特点使用微控制器能够在很短的周期内开发出可应用于各种场合，功能完善的智能充电器另外微控制器也能够轻松实现串行通信、实时数据记录和监测简易电池充电器用模拟电路来实现它的功能，而用微控制器则能够使充电器智能化 微控制器的优点微控制器的优点 * 轻松解决各种工艺、电压、容量电池的充电问题*可产生可变电压 *为多种电池组充放电 *高分辨率 A/D 采集 PICREF-2 总览总览 Microchip Technology 公司的 “PICREF-2 智能充电器设计参考”提供一个现成的智能充电器解决方案这份设计参考的目标是一台应用于摄像机、便携音频设备、移动、便携电动工具等设备充电场合的充电器 参考“PICREF-2” ，用户可以通过以下步骤轻松完成智能充电器系统的设计。

1、 从模块化源代码的到智能充电器所需要的功能2、 对应于具体应用，得到精确的电池组参数，修改全局常量 充电器提供相应的硬件电路来支持充放电算法、充电终止判断还有 RS-232 通信模块 模块化的程序源代码是用 C 程序编写的，包括“充电算法以及充电终止判断算法”模块， “放电算法”模块， “芯片间通信以及 RS-232 通信”模块 PC上位机的软件提供一种显示电池状态信息的方式 PICREF-2 主要功能主要功能 *兼容各种工艺的电池充电 *低成本 *友好的开发环境 *高充电速率 *大电流充电 *大电流放电调节 *实时纠错 *数据记录 *用户可选择的充电终止算法 这份文件中提供的信息仅是建议参考信息，而且可能随时被更新Microchip公司不对该文件提供任何担保，而且没有任何义务与责任考虑到使用这些信息的准确性，以及在使用过程中发生侵害专利权的情况每个使用者对确保充电器的安全设计，以及使用中遇到的各种情况相兼容设计负有责任典型”参数在不同的应用场合会发生变化，因此设计者应该应用自己的专业技能使所有的运行参数（包括典型参数）在任何应用场合有效除非得到Microchip公司的认可，Microchip公司的产品是不允许用于急救设备以及生命维持设备中的。

知识产权所有，未经许可不得转让 版权归Microchip公司所有翻译者：曹戬 北京工业大学电子信息与控制工程学院自动化系 2004年5月于第一实验楼 第 1 页目录目录 系统总览-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3 硬件总览-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4 软件总览----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10 Ni-Cd 电池测试结果--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------24 Ni-Mh 电池测试结果-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------25 PICREF-2 与 PC 接口软件总览------------------------------------------------------------------------------------------------------------26 设计背景----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------32 设计修正----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------35 附录 A:系统规范------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------37 附录 B:最小系统电路原理图---------------------------------------------------------------------------------------------------------------38 附录 C:标准系统电路原理图---------------------------------------------------------------------------------------------------------------39 附录 D:软件列表------------------------------------*-----------------------------------------------------------------------------------------42 附录 E: PICREF-2 与 PC 接口协议--------------------------------------------------------------------------------------------------------43 附录 F:PCB 电路板图-------------------------------*----------------------------------------------------------------------------------------55 附录 G:材料清单------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------56 附录 H:充电器演示系统---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------59 声明声明 工程总工程师工程总工程师: Robert Schreiber, Microchip公司. 参考设计文档工作参考设计文档工作: Beth McLoughlin, Microchip公司 系统以及代码开发系统以及代码开发: TriSys Inc.,Consultants 商标商标 Duracell 是Duracell公司商标 Windows 是微软公司的商标 Microsoft 是微软公司的注册商标 Yuasa 是Yuasa公司商标 I2C 是菲利普公司的注册商标 版权归Microchip公司所有。

翻译者：曹戬 北京工业大学电子信息与控制工程学院自动化系 2004年5月于第一实验楼 第 2 页开发模式开发模式 PICREF-2 提供一个开发模式用来开发软件这个模式支持 RS-232 串口，用来与 PC 机通信，传输电池的状态信息PIC16C7XX 微控制器嵌入充电算法，它控制着外围充电组件和降压转换器 开发模式提供充电终止程序的实时纠错在这个模*式下，充电参数可以通过面板修改，也能够记录数据 独立运行模式独立运行模式 开发出正确的充电程序，充电参数也被整定之后，全局常量可以改成独立运行模式在这个模式下没有 RS-232 通信和放电容量显示 系统总览系统总览 PICREF-2 的系统框图如图一所示这个充电器参考设计可以为一组电池或者同时为两组同型号的电池充放电 PIC16C7XX 微控制器嵌入充电算法，它控制着外围充电组件和降压转换器PICREF-2 有一个开发模式， 用来开发充电算法 一旦算法完成， PICREF-2可以工作在独立运行模式 电池的充电电压是由一个降压变换器产生的这个降压变换器是由 PIC16C7XX 的硬件 PWM 发生器控制的 通过选择线路，PIC16C7XX 控制着电池的充放电。

电池温度和电压线路为充电终止算法提供状态信息电流检测线路监测电池充电电流的状况信息A/D 功能由 PIC16C7XX 片内的 A/D 转换器提供 附录 A 详细列出了整个系统的电气规范. 图一：图一：PICREF-2 智能电池充电器系统框图智能电池充电器系统框图版权归Microchip公司所有翻译者：曹戬 北京工业大学电子信息与控制工程学院自动化系 2004年5月于第一实验楼 第 3 页稳压器稳压器 输入电压(+V_FUSED)通过一个稳压集成电路产生系统板所需的5V电压稳压器 LT1118CS8-5 (U10) 可以用 U14 (NJM7805)代替 注注: U10 和 U14 是 +5V 稳压器.U14 可 以安装在U10的位置，供设计者选择 降压转换器降压转换器 给电池充电时要求最严格的是电源的控制无论采用电压充电方式还是电流充电方式 (PICREF-2 采用恒流充电方式), 电源的控制是正当充电的基础 这个设计的能源是一个降压电压变换器.选择降压变换器是因为它简单、高效、低发热变换器的简化电路如图四所示 图四图四: 降压变换器简图降压变换器简图 降压变换器基础降压变换器基础 PIC16C7XX微控制器通过硬件PWM发生模块和一个外部电流检测电阻来控制降压变换器。

为了得到精确的、可重复验证的充电方法，硬件PWM模块以及电流检测反馈电阻是至关重要的降压变换器的工作方法如下： 当PWM输出是“高”，电流流过三极管，电感，以及电池在这个状态，电感储能，电容充电 当PWM输出是低，电感的电压反向，电流通过二极管续流 电感和电容对输出电压和电流起滤波器的作用 硬件总览硬件总览 这部分描述了 PICREF-2 的硬件以及他作为一个智能充电器是如何工作的附录 C 提供硬件的细节（电路原理图） 微控制器微控制器 用 PIC16C7XX 微控制器可以轻松构建 PICREF-2 充电器充电器的修改可以通过修改软件，而不是修改硬件 为了配合用户特定规范的电池充电，充电的算法可以定制 为一组电池或者同时为两。