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智能电池充电器设计参考绪言通常来说，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*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MicrochipTechnology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、移动电话、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*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页目录系统总览-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3硬件总览-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------4软件总览----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10Ni-Cd电池测试结果--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------24Ni-Mh电池测试结果-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------25PICREF-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:昀小系统电路原理图---------------------------------------------------------------------------------------------------------------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声明工程总工程师:RobertSchreiber,Microchip公司.参考设计文档工作:BethMcLoughlin,Microchip公司系统以及代码开发:TriSysInc.,Consultants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：PICREF-2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:U10和U14是+5V稳压器.。U14可以安装在U10的位置，供设计者选择。降压转换器给电池充电时要求昀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:降压变换器简图降压变换器基础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组同型号的电池充放电的能力使充电器使用更为方便。PWM控制着电压的产生（通过降压变换器）。A/D监测着电压意味着更高的电池充电电压精确度。开发模式应用PIC16C73A微控制器（如图2所示）可以提供更多的存储空间和一个串行通信接口（RS-232）。串行通信口可以用来开发软件和调试独立运行模式使用一片PIC16C72（如图3所示）PIC16C72或者PIC16C73A都可以插进28脚插座(U17或者U19)。图二:PIC16C73A引脚图三:PIC16C72引脚版权归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4页版权归Microchip公司所有。翻译者：曹戬北京工业大