AVR的鋰電池智能充電器的設計與實(shí)現

3.2 控制電路

單片機負責控制整個(gè)系統的運行，包括充電電流電壓值的設定，電流電壓的檢測與調整，充放電狀態(tài)的顯示等。與專(zhuān)用充電控制芯片相比，單片機控制系統不僅不受電池組容量大小的阻將電流轉換為電壓進(jìn)行的，因此其PWM控制調整過(guò)程與恒限制，還可通過(guò)軟硬件配合實(shí)現更靈活的綜合控制，也便于進(jìn)一步的后續開(kāi)發(fā)。

系統控制選用Atmel公司的AVRATtiny261來(lái)實(shí)現，控制框圖見(jiàn)圖2。ATtiny261采用AVR RISC結構，其大部分指令執行時(shí)間僅為1個(gè)時(shí)鐘周期．可達到接近1MIPS/MHZ的性能；11路lObitADC。且15對具有可編程增益的ADC差分通道，精度高達2.5mV的內置2．56V基準源，3個(gè)獨立PWM發(fā)生器，片上溫度傳感器，足以滿(mǎn)足設計需求。

圖2系統控制結構框圖

3.2.1 志愿檢測

系統電壓采樣采用精密電阻分壓方法，將測量電壓范圍轉換成0-2．56V，然后通過(guò)1倍的差分ADC通道轉換成數字信號，在充電過(guò)程中將測得的電壓值與預先設定的值進(jìn)行比較，再控制調整PWM占空比完成對充電電壓的控制與調節。

3.2.2 電流檢測

在系統電流的榆測上，由于選用ATtiny261的ADC差分通道，這就要求其正端輸入電壓必須大予負端輸入電壓。困此，在電路設計上，通過(guò)串聯(lián)在電流主回路中的高精度采樣電阻RsenseB和RsenseA，經(jīng)ADC2-ADCl和ADCl-ADC0兩對32倍的ADC差分通道(參見(jiàn)圖3)，分別完成對充、放電電流的檢測?？梢?jiàn)，差分ADC的選用，既保證了電流采樣的精準，又避免了因電路中引入差分遠放所帶來(lái)的功率損耗問(wèn)題，很好的滿(mǎn)足了系統性能與功耗兩方面的要求，充分體現了ATtiny261的優(yōu)勢。

圖3電池保護電路

3.2.3 溫度檢測

溫度檢測確保了安全充電步驟的執行。系統中使用ATtiny261的毖上濕度傳感器，通過(guò)ADCIl進(jìn)行溫度檢測。測量電壓與溫度基本成線(xiàn)性關(guān)系，約lmv/°C的精度可提供充分精度的溫度測量。如欲獲得更高精度的溫度檢測，可通過(guò)軟件寫(xiě)入校準值的方法來(lái)實(shí)現。

3.2.4 PWM控制

設計中，在前述穩壓管反饋控制的摹礎上，在反饋環(huán)節中引入PWM的方法控制充電。其基本控制思想是利用單片機的PWM端口，在不改變PWM波周期的前提下，通過(guò)電流及電壓的反饋，用軟件的方法調整PWM占空比，從而使電流或電壓按預定的充電流程進(jìn)行。

因系統進(jìn)入充電工作狀態(tài)后，受鋰電池終止充電電壓的限制，其最高電壓不得高于12．7V，所以開(kāi)關(guān)電源中的穩壓管Zl始終處于截止狀態(tài)，充電過(guò)程完全由PWM的控制來(lái)實(shí)現。以恒壓充電為例，在充電電壓調整之前，單片機先快速讀取充電電壓檢測值，然后將設定的電壓值與實(shí)際讀取值進(jìn)行比較，若實(shí)際電壓偏高，則提高PWM占空比，使線(xiàn)性光耦PC817的發(fā)光二極管的電流1F增大，致使TNY268的EN腳置為低電平，其片內功率MOSFET關(guān)斷，輸出電壓降低。反之，則降低PWM占空比->IF減小->EN腳為高電平，片內功率MOSFET接通，輸出電壓升高。在預充電，恒流充電階段對電流的調整，是通過(guò)采樣電阻將電流轉換為電壓進(jìn)行的，因此其PWM控制調整過(guò)程與恒壓階段完全類(lèi)似。當充電結束時(shí)，PWM持續輸出占空比為1的高電平，關(guān)斷TNY268P的片內MOSFET，中斷功率轉換回路，實(shí)現充滿(mǎn)后自動(dòng)停充。

為保證采樣的準確，盡量避免由于A(yíng)DC的讀數偏差和電源工作電壓等引入的波紋干擾，所有采樣點(diǎn)都經(jīng)過(guò)阻容濾波處理，并在軟件PWM的調整過(guò)程中采用了數字濾波技術(shù)。

3.2.5 按鍵與顯示

充電器的功能按鍵響應由ATtiny261的外中斷來(lái)實(shí)現，與LED顯示相配合可獲知池放電狀況，并提醒系統即將終止。系統充放電的每個(gè)狀態(tài)都與相應LED顯示對應?？筛鶕妷簷z測判斷是否有電池裝入及提供電池短路保護，并給出LED報警信號。

3．3保護電路

由于鋰電池的化學(xué)特性，在使用過(guò)程中，其內部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉化的化學(xué)正反應。但在菜蝗條件下．如對其過(guò)充電、過(guò)放電和過(guò)電流將會(huì )導致電池內部發(fā)生化學(xué)副反應，該副反應加劇則會(huì )嚴重影響鋰電池的性能與使用壽命，甚至會(huì )引起爆炸而導致安全問(wèn)題，因此鋰電池保護電路顯得至為重要。

如圖3所示，該電路選用精工的多節鋰電池保護芯片S8233構成，可對電池電壓和回路電流進(jìn)行有效監測，并通過(guò)對MOS管FET-A或FET-B的控制在某些條件下關(guān)斷究、放電回路以防止對電池發(fā)生損害。與其它電池保護芯片如S8254相比較，S8233還可通過(guò)外接MOS管FET1，FET1及FET3來(lái)保證鋰電池組的充電平衡，這是其它類(lèi)似芯片所不具備的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)單片機對S8233芯片CTL端子的控制，可實(shí)現對鋰電池的故障保護。