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1、目 录毕业设计(设计)任务书I毕业论文(设计)开题报告III毕业论文(设计)指导教师评审意见X毕业论文(设计)评阅教师评语XI毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定XII中文摘要XIII英文摘要XIV1前言11.1课题研究背景11.2充电器功能描述32 锂离子电池组充电原理52.1锂离子电池的电化学原理52.2负极枝晶效应52.3锂离子电池充电原理62.4锂离子电池充电方案71.4.1快速降压转化器71.4.2快速调节器操作71.4.3快速转换器的电感选择82.5智能充电器系统框图92.6系统参数设计103 充电器硬件描述103.1 Atmega128介绍103.2电源电路113.3充电电路123
2、.4电池检测电路133.5系统指示灯电路144 软件设计154.1系统软件总体设计思路154.2系统主流程154.3充电流程设计174.4程序设计185总结25参考文献26致谢27附录一 系统整体电路图28附录二 PCB图29XV长江大学毕业论文(设计)任务书学院（系）物理科学与技术学院 专业 应用物理 班级 应物0701 学生姓名 指导教师/职称 1. 毕业设计(论文)题目：基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计2毕业设计（论文）起止时间：2011年1月2011年6月3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1）单片机原理；2）Atmega128数据手册；3）HIGH-SPEE
3、D LITHIUM ION BATTERY CHARGER;4）其他相关元件数据手册； 4毕业设计(论文)应完成的主要内容 1）锂电池的充电电路的原理；2）采用Atmega128的锂电池组充电电路的分析与设计；3）充电过程控制软件设计；4）系统性能测试；5毕业设计(论文)的目标及具体要求1）掌握锂电池组充电电路的原理；2）完成硬件电路的设计与实现；3）完成充电控制的程序设计和调试;4）提交系统测试报告；5）完成论文和英文翻译。6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求Atmega128开发板、计算机等。计算机上机时数200小时。任务书批准日期 年 月 日 教研室(系)主任(签字) 任务书
4、下达日期 年 月 日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 长江大学毕业论文(设计)开题报告题 目 名 称 :基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计 题 目 类 别 : 设计论文 院 （系） : 物理科学与技术学院 专 业 班 级 : 应物0701班 学 生 姓 名 : XXX 指 导 教 师 : 李太全 辅 导 教 师 : 李太全 开题报告日期: 2011年4月9日 基于AVR单片机的锂离子电池组充电电路设计学 生：XXX 物理科学与技术学院指导老师：李太全 物理科学与技术学院一、题目来源题目来自社会生产实践。二、研究目的和意义随着便携式电子设备的发展 ,其对电池性能、
5、体积、 质量的要求也日益提高.锂离子电池以高能量密度、 高电池电压、 高循环次数、 体积小、 质量轻等特性脱颖而出 ,取代传统的镍铬和镍氢电池 ,迅速成为市场主流.锂离子电池对充电供电控制和保护电路的要求较高 ,在使用过程中应严格避免出现过充、 过放、 过流等现象.与镍氢、 镍镉电池不一样 ,锂离子电池必须考虑充电、 供电时的安全性.在过度充电状态下 ,电池温度上升后能量将过剩 ,由于电解液分解而产生气体 ,致使内压上升而产生自然或破裂的情况 ,而在过度供电状态下 ,电解液分解导致电池特性和耐久性劣化 ,降低电池可充电次数。基于这些因素，为了对锂电池安全、可靠、快速、高效地充电,应该对充电器的
6、智能化,稳定化,安全化和高效化提出更高的要求。对于锂离子电池组，在长期充放电过程中，由于电池组内各单体电池间充电接受能力的差异、自放电率的差异、容量衰减速率的差异，电池组内各单体荷电量差距越来越大呈发散趋势，容易造成电池组内部电池离散性加大，个别电池性能衰减加剧，而导致整组电池失效。因此，为了满足电源的长寿命要求，需要采用电池均衡技术，使电池组内各单体电池电压随着充放电循环的进行收敛至稳定值，确保电池不被过放电和过充。三、阅读的主要参考文献及资料名称1张洪为.便携式产品的“心脏”及其护理J.POWER,2004(4)2刘云鹏,郑冰.锂离子电池充电器智能管理系统的设计J. (嵌入式与 SOC),
7、2010(8-2)3侯宇,王肖.锂离子电池充电供电保护电路的设计J. 光电技术应用2009,24(3)4马潮，詹卫前，耿德根.Atmega8 原理及应用手册M.清华大学出版社2002.5江海波,王卓然,耿德根.深入浅出 AVR 从 ATMega48/88/168 开始M.中国电力出版社6马爱华,张晓冬,张伟. 基于AVR的锂电池智能充电器的设计与实现J. 单片机开发与应用2009（02），71-737钟伟雄.基于AT89C51的智能充电器的设计J. 信 息 技 术2009( NO.05),31-338李凯,张斌.新型理电池组智能管理模块的介绍J. 电源技术应用 2006（4），53-579雷娟
8、,蒋新华，解晶莹.锂离子电池组均衡电路的发展现状J.电池2007(2),62-6310王青松,孙金华,陈思凝,姚晓林,陈春华.锂离子电池热安全性的研究进展J. 电池2005(6),240-24111韩广欣,韩金东,张秀军,刘兴福.锂离子电池组均衡充电的研究进展J. 电池工业2009(2),65-6812蒋新华,冯毅,解晶莹.锂离子电池组的短路保护电路设计J. 电池2005(12),443-44413邓绍刚，汪艳，李秀清,黄合宝.锂电池保护电路的设计J. 电子科技2006(10),68-7214钱金荣.锂电池充电器及其系统优化J. 基础电子2010（9），,43-4415郝杰.高性能锂电池充电器
9、设计方案J. 中国新技术新产品2009(8),216张方军，徐振.锂电池的开关电源式智能管理系统设计J.电源技术应用 2009（8）,13-1817李洪，戴永军，李向锋。基于单片机的锂电池充电和保护J.通信对抗2004（4），54-5618边延凯,贾瑞庆 ,田爽. 锂离子电池组的均衡控制与设计N. 东北电力大学学报 2006(4),69-72四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向1. 高集成度和高控制精度充电IC是主流产品锂离子电池的充电需要经过恒流和恒压两个过程才能完成，因此充电IC的控制精度就特别重要，充电IC的精度决定了电池的充电量和寿命。据调查，目前市场上新推出的锂离子电池充电IC大
10、部分都已经达到了1%的恒压控制精度。 除了高精度的恒压和恒流控制外，充电IC还需要电池电压检测、温度检测以及关闭控制等功能用来实现保护作用。而为了适应目前移动设备体积越来越小的趋势，半导体制造商们开始将越来越多的保护功能集成到充电IC中。 2.新设计趋向于终端内置充电IC 该设计的思路就是将充电IC集成在便携设备的PCB板上，并且和微控制器结合使用，而外部的充电器则被精简成一个简单的电源适配器。这种设计的好处在于不仅便于制造商控制其设备的充电质量，而且可以减少便携设备中微控制器和I/O接口的使用。随着锂离子电池充电性能的提高和移动设备的微型化趋势，俗称“旅行充电器”的产品正渐渐成为主流，人们也
11、越来越习惯于使用这种方便轻巧的充电产品。事实上，绝大部分下一代移动设备都已经将充电IC内置在设备之中。 3.智能化是未来的趋势 看似简单的充电控制IC正变得越来越复杂，设计师希望充电IC不仅能管理充放电过程，还可以带来更多的灵活性。以凌特公司最新推出的充电控制IC LTC1734为例，该产品增加了一个多用途的PROG管脚。该管脚不仅可以连接微控制器用于充电功能的开关控制，还可以提供一个与充电电流成比例的电压，使微控制器可以准确地判断出充电进行的情况。 除此以外，许多公司还推出了使用范围更为广泛的智能充电IC。例如，德州仪器的bq2057集成了可编程充电电压/电流调整功能，并且可以激活深度放电的
12、电池。 五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思1.锂离子电池的充电过程锂电池充电需要控制它的充电电压，限制其充电电流。锂电池通常都采用三段充电法，即预充电、恒流充电和恒压充电。锂电池的充电电流通常应限制在 1C （C 为锂电池的容量）以下，单体充电电压一般为 4.2V，否则可能由于电压过高会造成锂电池永久性损坏。预充电主要是完成对过放的锂电池进行修复，若电池电压低于 3V，则必须进行预充电，否则可省略该阶段，这也是最普遍的情况。在恒流阶段，充电器先给电池提供大的恒定电流，同时电池电压上升，当电池电压达到饱和电压时，则转入恒压充电，充电电压波动应控制在 50mV 以内，同时充电电流降低，
13、当电流逐渐减小到规定的值时，可结束充电过程。电池的大部分电能在恒流及恒压阶段从充电器流入电池。由上可知，充电器实际上是一个精密电源，其电流电压都被限制在所要求的范围之内。图1给出了锂电池充电过程电压电流变化的示意图，可供参考。图1 锂电池充电示意图2.硬件电路实现利用单片机系统, 我们就可以构造出一个智能化的锂离子电池智能管理系统。如图2所示，单片机系统负责控制整个系统的运行,包括充电机参考电压电流值的给定，充电完毕或者保护状态时充电机的关闭,根据电池电压、充电电流、温度等各种参数来智能监测电池充电状态和实现对电池的一系列保护功能。图2 充电硬件示意图降压转化器降压转换器实际上是使用一个电感器
14、和/或变压器（如果隔离是理想）的开关稳压器，作为储能元件从输入端以离散的数据包转移能量到输出端。反馈电路，通过晶体管控制能量的转移，晶体管也称为旁路开关，在电路的负载限制内以保持恒定的电压或电流。图3 降压转换器原理图六、完成毕业设计所必须具备的工作条件及解决的办法1 文献调研查阅近二十年来国内外有关的文献，其中国内文献学校图书馆和中国期刊网能满足需要，大部分文献由指导老师提供；国外文献全部由指导老师提供。2 120小时的上机时间由物理科学与技术学院实验室提供计算机设备及实验环境。3 单片机实验板及相关器件由学院提供。七、工作的主要阶段、进度与时间安排 2月20日3月1日 收集资料，阅读相关文
15、献 3月5日3月24日 完成文献翻译，送给指导老师修改 3月25日4月2日 完成开题报告，送给指导教师审阅 4月9日 开题答辩 4月10日4月20日 电路设计与程序模块设计 4月21日5月12日 学习AVR单片机应用开发与编程思想，并编写充电智能管理程序5月13日5月15日 硬件设计与软件编程交给老师修改 5月18日5月25日 根据指导教师修改意见完善电路图的设计以及程序的优化5月26日6月5日 搭建电路板，制作实际产品并测试与使用 6月08日6月15日 毕业设计送给指导教师评阅、送系里审查、评阅教师评阅，准备论文答辩材料八、指导教师审查意见 指导教师： 年 月 日长江大学毕业论文(设计)指导
16、教师评审意见学生姓名XXX专业班级应物0701班毕业论文(设计)题目基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计指导教师李太全职 称副教授评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名XXX专业班级应物0701班毕业论文(设计)题目基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计评阅教师职 称
17、评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分毕业论文（设计）答辩记录及成绩评定学生姓名XXX专业班级应物0701毕业论文(设计)题目基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕
18、业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计学 生：XXX 物理科学与技术学院导 师： 物理科学与技术学院摘要 随着便携式电子设备的发展 ,其对电池性能、体积、质量的要求也日益提高.锂离子电池以其高能量密度、高电池电压、高循环次数、体积小、质量轻等特性脱颖而出 ,取代传统的镍铬和镍氢电池 ,迅速成为市场主流.本设计以单片机为控制核心，系统由指示灯电路、电源电压与环境温度
19、监测电路、精确基准电压产生电路和开关控制电路组成。实现了电池充电、LED指示、保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。本文对锂离子电池的参数特性、充电原理与充电方法进行了详尽的描述，并提出了充电器的设计思想和系统结构。该电路具有安全快速充电功能，可以广泛应用于室内外单节锂离子电池的充电，如手机、数码产品电池等。 关键词 锂离子电池；AVR单片机；充电。AVR Microcontroller Based Circuit Design of Lithium Battery PackStudent: Zhang Chuguang Physical Science and Technology I
20、nstituteInstructor: Li Taiquan Physical Science and Technology InstituteAbstract With the development of portable electronic devices, its battery performance, size, quality requirements are increasing. lithium-ion batteries for its high energy density, high battery voltage, high number of cycles, sm
21、all size, light weight and other characteristics come to the fore,and it Replace the traditional nickel-chromium and nickel-metal hydride batteries, it becomes the market mainstream quickly. The design of a microcontroller as the core of the system by the light circuit, power supply voltage and temp
22、erature monitoring circuitry, precision reference voltage generating circuit and switch control circuit. Realized the battery charging, LED instruction exception handling and other protection mechanisms and the basic functions required for the charger. In this paper, the parameter characteristics of
23、 lithium-ion battery, charging method of charging principles and a detailed description and made a charger and system architecture design. The circuit has a safe and fast charge function, can be widely used in indoor and outdoor single lithium-ion battery charging, such as mobile phones, digital pro
24、ducts batteries.Key Words lithium-ion battery; AVR microcontroller; charge.前言基于AVR单片机的锂电池组充电电路设计1 前言1.1 课题研究背景近年来，各种携带式的电子产品成为市场上的热门，如手机、数位相机、个人数字助理（PDA）、笔记型电脑等3C (Computer, Communication,Consumer Electronics)等等产品均朝向无线化、可携带化方向发展，对于产品的各项高性能元件也往轻、薄、短、小的目标迈进，因此对于体积小、重量轻、能量密度高的二次电池需求相当迫切。因此,电池厂商也研发出各种不同
25、用途的电池，来适应电子装备的需求。使电子产品具有携带更方便，使用时间长等特点。小型二次电池包括镍镉电池、镍氢电池及锂电池，在防止镉污染的环保需求下，镍镉电池慢慢被取代已成趋势。镍氢电池虽无环保问题，但是能量密度低，高温特性差及少许记忆效应等缺点，在3C产品应用上，已经逐渐被锂离子电池所取代。锂离子电池具有工作电压高(3.7V)、能量密度大(150Wh/kg)、重量轻、寿命长及环保性佳等优点，皆以锂离子电池做为其能量来源，因为电子产品的使用量迅速成长，各种可携带式电子产品的研发不得不更轻薄短小以使产品能更具有竞争力，“电池”的角色显得更加重要，其品质的良莠甚至决定了产品的成功与否，特別是可充电二
26、次电池，在市场中成长快速、利润高，目前已成为许多先进国家竞相发展的研究项目，其未来需求及发展前景是相当看好的。总的来说，锂离子电池具有以下优点：1. 能量密度高，其体积能量密度和质量能量密度分别可达360Wh/dm3和150Wh/kg，而且还在不断提高。2. 工作电压高，通常单节锂离子电池的电压为3.7 V，单体电池即可为3 V的逻辑电路供电。对于要求较高供电电压的电子设备，电池组所需串联电池数也可大大减少。3. 自放电小，每月10%以下，不到镍镉电池的一半。4. 可快速充放电，1次充电时容量可达标称容量的80%以上。锂离子电池负极用特殊的碳电极代替金属锂电极，因此允许快速充电。在特定情况下可
27、在短时间内充足电，而且安全性能大大提高。5. 寿命长，锂离子电池采用碳负极，在充放电过程中，碳负极不会生成金属锂，从而可以避免电池因内部金属锂短路而损坏。目前，锂离子电池的寿命可达1000 次以上，远远高于各类电池。6. 允许温度范围宽，锂离子电池具有优良的高低温放电性能，可在-20+60之间工作。高温放电性能优于其它各类电池。 此外，锂离子电池还具有体积小、输出功率大、无记忆效应和无环境污染等优点。综合性能优于铅酸、镍镉、镍氢和金属锂电池，被称为性能最好的电池，尽管锂离子电池具有上述诸多优点，但还是存在有如下的缺点。 （1）与干电池无互换性：锂离子电池虽然有电压高的好处，但也有很难和干电池互
28、换的缺点，当蓄电池放完电时，一般的想法是用干电池暂时取代 但由于这两者电压不同，不能直接代换。 （2）无法急速充电：锂离子电池不能像镍镉电池那样，用 15 分钟急速充足电。锂离子电池的充电方法是，最初以恒定电池充电，最后则以恒定电压完成充电，较快速度充电时间约需2小时。 （3）内部阻抗高：因为锂离子电池的电解液为有机溶液，其电导率比镍镉电池、镍氢电池的水溶液电解液小得多。所以，锂离子电池的内部阻抗比镍镉电池或镍氢电池约大10倍左右。（4）工作电压变化较大：电池放电到额定容量的80%时，镍镉电池的电压变化很小(约20%)，锂离子电池的电压变化很大（约40%）。对电池供电的设备来说，这是严重的缺点
29、，但可以由锂离子电池放电电压变化比较大，很容易据此检测电池的剩余电量。 （5）放电速率较大时，容量下降较大。（6） 必须有特殊的保护电路，以防止过充或过放。但同其优点相比，这些缺点不应成为主要问题，特别是用于一些高科技，高附加值的产品中。因此锂离子电池具有广泛的应用价值，其经济价值相当可观。1.2 充电器功能描述充电器是特为化学电池设计的理想产品，它们使电池的三项关键指标达到最优化，即容量、寿命和安全性。正是锂离子电池在各个领域越来越广泛的应用，推动了对锂离子电池充电器的研究。目前一些大的厂家生产的充电器都具有以下特点：具备限流保护，电流短路与反充保护线路设计：自动、快速充电、充满电后自动关断
30、等等。有的还具有 LED充电状态显示、低噪声、模拟微电脑控制系统等特点。由于锂离子的特点使得其对充电器的要求比较苛刻。其要求的充电方式是恒流恒压方式，为有效利用电池容量，需将锂离子电池充电至最大电压，但是过压充电会造成电池损坏，这就要求较高的控制精度（精度高于1%）。另外，对于电压过低的电池除了需要进行预充、充电终止检测、电压检测外，还需采用其他的辅助方法，作为防止过充的后备措施，如检测电池温度、限制充电时间，为电池提供附加保护，由此可见实现安全高效的充电控制已成为锂离子电池推广应用的目标。按照锂离子电池的特性参数和充、放电曲线完成充电器设计，可以完成如下的功能。（1）电池充电功能完成基本的充
31、电功能，能按电池的充电曲线，完成恒流/恒压充电。（2）LED指示电池正在充电，充电器的LED指示灯显示为红色；充电后，LED指示灯显示绿色。（3）保护机制当电池和充电器的工作温度超过设定范围，或者充电电压出现异常时，系统的红色LED指示灯闪烁，期间隔为0.5s。此外，对于过压和过流状况采取相应的保护措施，保证充电的正常运行。（4）异常处理系统能在排除异常后，重新恢复充电。第31页（共29页）锂电池组充电原理介绍2 锂电池组充电原理介绍2.1 锂离子电池的电化学原理图1所示为锂离子电池的充放电原理示意图，其内部的化学反应方程式为： 正极反应：负极反应：电解液：LiPF(氟磷酸锂）+EC(碳酸乙烯
32、酯）+DMC ( 碳酸二甲酯)图1 锂离子电池原理示意图 充电时锂离子从正极层状物的晶格间脱出，通过电解液迁移到层状负极表面后嵌入到石墨材料晶格中，同时剩余电子从外电路到达负极。放电则相反，锂离子从石墨晶格中脱出回到正极氧化物晶格中。2.2 负极枝晶效应在充电的过程中，Li+从正极LiCoO2中脱出，进入电解液，在充电器附加的外电场作用下向负极移动，依次进入石墨或焦炭C组成的负极，在那儿形成LiC化合物。如果充电速度过快，会使得Li+来不及进入负极栅格，在负极附近的电解液中就会聚集Li+，这些靠近碳C负极的Li+很可能从负极俘获一个电子成为金属Li。持续的金属锂生成会在负极附近堆积、长大成树枝
33、状的晶体，俗称枝晶。 另一种情形，随着负极的充满程度越高，LiC晶格留下的空格越少，从正极移动过来的Li+找到空格的机会就困难，时间就越长。如果充电速度不变的话，一样可能在负极表面形成局部的Li+堆积。因此，在充电的后半段必须逐步缩小充电电流。枝晶的长大会刺破正负级之间的隔膜，形成短路。可以想象，充电的速度越快越危险，充电终止的电压越高也就越危险，充电的时间越长也越危险。2.3 锂电池充电原理电池的特性唯一地决定其安全性能和充电的效率。电池的最佳充电方法是由电池的化学成分决定的（锂离子、镍氢、镍镉还是SLA电池等等）。尽管如此，大多数充电方案都包含下面的三个阶段：（如图2所示）1. 低电流调节
34、阶段 2. 恒流阶段 3. 恒压阶段/充电终止图2 锂电池充电过程图如果电池电压低于2.93.0 V，则意味着电池已经完全放电，且必须激活。在激活阶段利用较低的恒定电流充电（一般为0.050.015 C，其中 C是额定电池容量），直至电池电压达到预期电平。根据电池制造商的建议，电池激活时间限制在1.53个小时左右。如果电池电压在激活阶段无法升高到 2.93.0 V以上，则可以认定电池被损坏。激活阶段之后开始进入快速充电阶段。快速充电有两种模式：恒压模式和恒流模式。在电池电压低于预定电平（4.14.2 V，参照电池制造商的建议）时，用恒流充电（约0.51C，参照电池制造商的建议）。在电池电压达到
35、预定电平时，充电电源切换到恒压模式（4.14.2 V）。如果充电电流降低至预定限值以下，则结束充电过程。电池制造商建议用户将快速充电结束电流设定0.07-0.2 C。 快速充电阶段必须采用超时保护。恒流充电时间估计可以提供 100120 的电池电量，因为此模式下电池充至容量的 7080。根据制造商的建议，恒压充电时间限制到2个时.充电时部分电能被转换成热能，直至电池充满。而充满后，所有的电能将全部被转换成热能。如果此时不终止充电未，电池就会被损坏或烧毁。快速充电器 （电池完全充满的时间小于两小时的充电器）则可以解决这个问题，因为这些充电器是使用高充电电流来缩短充电时间的。因此，对于锂离子电池来
36、说，监测它的温度是至关重要的，因为电池在过充电时会发生爆裂。在所有的充电阶段都应该随时监测温度的变化，并且在温度超过最大设定值时，立即停止充电。2.4 充电方案2.4.1 快速降压转换器要实现一个恒流恒压的输出，最经济的方法就是用一个快速转换器。快速转换器是一个用一个电感和/或一个变压器（需要隔离的时候用变压器）作为能量存储单元，以离散的能量包的形式将能量从输入传输至输出的开关调节器，反馈电路通过晶体管来调节能量的传输，同时也作为过滤开关。以确保电压或电流在负载时保持恒定。2.4.2 快速调节器操作快速降压转化器的操作是通过控制一个晶体管开关的占空比来实现的，占空比会自动增加以使电池流入更多的
37、电流。这里我们假设VBATT为电池组的电压，VREF为预先设定好的基准电压，当VBATTVREF时，开关闭合。如图3a所示，电流流入电池和电容 C，这个电流同时也存储在电感L中，VBATT持续升高，直到超过VREF，此时通过反馈电路调节开关断开，参见图 3b。存储在电感中的电流迅速下降直到二极管偏置，使得电感电流以减速流入电池，电容C在电感电流衰减后开始放电，并且最后VBATT开始下降，当VBATT低于VREF时, 反馈电路再次将开关闭合并开始另一次循环。在较大的范围内，如果减小占空比（缩短“闭合”的时间），平均电压就会下降，反之亦然。因此，可以通过控制占空比的方法调节电压或电流至所需要的值。
38、图3 降压转换器2.4.3 快速转换器的电感选择要确定快速转换器中电感的大小,首先应假定晶体管的占空比为50%，因为此时的转换器操作操作效率最高。占空比由方程式1给出，其中 T 是 PWM 的周期，在本例中T = 10.5 S 。 (2-1)式（2-1）给出了占空比的表达式。至此，就可以选择一个PWM的转换频率。如方程式2所示，PWM的转换频率越大，则电感的值越小，也越节约成本。我们的示例代码配置Atmega128的8位硬件 PWM 是使用内部12 MHz主时钟的256分频来产生一个 46.9kHz 的转换速率。 (2-2)式（2-2）给出了电感值的确定公式。现在我们可以计算电感的大小了。假定
39、充电电压Vi的值为12V，饱和电压Vsat的值为0.5V需要获得的输出电压值为4.2V,并且最大输出电流Iomax为 1000 mA。那么，电感的值至少应选为32 H。 需要注意的是，在本电路中的电容仅仅是一个纹波衰减器，因为纹波与电容的大小成反比例关系，所以电容的值越大，衰减效果越好。2.5 智能充电器系统框图在锂离子电池在充、放电使用中必须注意保护。用一个形象的肥皂泡沫做比喻，锂离子电池如同一堆肥皂泡沫，泡内存储的就是电能。充电时，气泡会随着充电时间的加长而不断增大，当超过其极限值时气泡就会破裂，此时即损坏了锂电晶型，造成永久性损坏；若过度放电，则会造成气泡塌陷、消失，这样下次充电时气泡就
40、充不起来，导致锂电池失效。设计系统框架时，除了技术参数外，系统的可靠性和安全性也是至关重要的。为了保证充电不对电池造成永久性损坏，在设计中必须考虑保护措施（包括过流保护、过压保护和温度保护）。另外，充电器充电过程包括了恒流工作阶段和恒压工作阶段，且系统必须保证恒流、恒压的稳定性。图1所示时系统的设计框架，包括电压/温度采样模块、开关控制模块、保护机制模块和充电模块。图4 系统框架设计保护机制：该模块主要检测系统的工作状态，并根据事先编写的软件响应监控信号。在实现时，该模块电路被分散在其他3个模块的实现电路中。开关控制：该模块利用A/D检测充电状态，在非法工作时关断系统电源。充电功能模块：该模块
41、的主要功能是产生精确的PWM信号来控制充电的电压和电流，完成电池充电，并实时采样系统状态。温度/电压检测：该模块完成对充电器电源电压，电池两端的电压、电流和环境温度的监测，并根据监测值决定系统的工作状态。2.6 系统相关参数设定本课题中我们需要设计了一种高精度双节锂电池充电方案。这里我们假设单节电池的容量为1000mAh,充电方案的参数及参数值示例由表2-1给出：表2-1 充电参数值设定编号 参数描述参数值充电参数1IACT 预充电电流 80mA 30mA2IRAP 快速充电电流 600mA 40mA3ITERM 结束电流（取 1 秒钟内 ICH 的平均值） 60mA 15mA4IMAX 紧急
42、充电停止电流 720mA 70mA5VACT 预充电开始电压 4.0V 0.1V6VRS 快速充电开始电压 6.0V 0.1V7VFULL 满充电压 8.4V 0.06V8VMAX 紧急充电停止电压 8.7V 0.2V9VRE-CH 再充电电压 8.0V 0.2V定时要求10tACT 预充电阶段的时间限制 140 min11tRAP n 恒流快速充电阶段的时间限制 80 min12tVCONST 恒压充电阶段的时间限制 120 min13tTERM 完成充电的最短时间（当 ICHAVG ITERM 时） 10 sec其他参数14IMIN 电池健康测试中最低电流 25 mA15VCC 充电器电源
43、电压 12V 0.25V16Tbatt充电温度上限50充电器硬件设计3 充电器硬件设计 有了以上的这些基础，现在可以正式开始我们的设计了，在本课题中，我们需要实现一个对双节锂电池的充电方案，我们可以利用单片机做一个简单的系统电路。系统整体电路按照实际电路功能可划分为系统指示灯电路、电源电压与环境温度采用电路、降压转换电路和开关控制电路。3.1 Atmega128介绍3.1.1 芯片主要特性133 条指令，大多数可以在一个时钟周期内完成128K 字节的系统内可编程 Flash、4K字节的 EEPROM、4K字节的 SRAM53 个通用 I/O 口线、 32个通用工作寄存器图5 Atmega128芯片实时时钟 RTC、4 个灵活的具有比较模式和 PWM 功能的定时器 / 计数器 (T/C)