宋金华 吴林 谢启少

摘 要：部分手持式电子产品中带有3.6 V/7.2 V锂离子电池，文中针对3.6 V/7.2 V锂离子电池的充电器进行设计。该充电器的主要特点：充电器在单片机8051F330的控制下具有自动识别充电端口电池规格、自动完成充电、实时监测充电状态并以充电指示灯指示充电状态功能;具有充电器故障告警和故障保护功能，当电池失效时指示灯闪烁告警;充电器具有操作简单、工作稳定、智能可靠等优点。

关键词：锂离子电池;单片机;自动识别;指示灯;充电器;AC/DC

中图分类号：TP39;TM464文献标识码：A文章编号：2095-1302（2019）09-0-02

0 引 言

充电器是为电池充电的设备[1-2]，多选用3.6 V和7.2 V规格的锂离子电池[3]。电子产品一般匹配两套充电设备，且充电器本身不具有充电状态识别、显示、控制功能，电池充满与否依赖电子产品内部自带的电源管理程序控制。该类普通充电器通用性弱、可靠性低，因电池极易过充而引起的电池损耗较大。

针对市场上充电器存在的缺陷，本文设计了一款智能充电器，能够自动识别插入槽内的电池规格，自动完成充电并指示充电状态。既能给3.6 V锂离子电池充电又能给7.2 V锂离子电池充电，当电池失效或者电路故障时，会有红灯闪烁告警。充满后自动关闭且指示灯变绿。

1 智能充电器结构

图1所示为智能充电器的结构，在智能充电器内，除了具有普通充电器具备的AC/DC模块外，还具有微机单元（8051F330）控制充电状态功能，8051F330通过采样得到充电端口电压和充电电流，再与程序设置的电压电流比较、判断、控制电子开关2SC945通断来控制充电与指示灯显示状态。充电端口根据识别电池规格自动切换3.6 V或7.2 V电池充电，并由对应的指示灯显示。

2 单片机8051F330控制程序设计

智能充电器程序流程如图2所示。

2.1 设计条件

（1）输入电压范围：交流176～264 V;

（2）输入频率：（50±3）Hz;

（3）设计充电电压：直流4.2 V/8.4 V;

（4）设计充电电流：（1±10%）A;

（5）充电方式：选用先恒流后恒压充电方式，充满后自动关断结束。

2.2 设计过程

2.2.1 AC/DC电源模块设计

AC/DC电源模块采用由TOP224芯片控制的反激变化电路，输出电压由输出可调的分压电阻切换两种规格，即4.2 V或8.4 V，电路如图3所示。

2.2.2 单片机8051F330端口地址分配

单片机8051F330的1脚与数字电位器CAT5113的1脚连接，2脚接GND，3脚与3.3 V电源连接，4脚和5脚与JTAG口连接，6脚与数字电位器CAT5113的7脚连接，7脚与充电电流信号连接，8脚与AC/DC输出电压采样连接，9脚悬空，10脚与充电器的输出端口电压采样连接，11脚～15脚与充电器指示灯连接，16脚与3.6 V/7.2 V三极管2SC945连接，17脚～18脚悬空，19脚与充电器电压反馈连接，19脚与数字电位器CAT5113的2脚连接，分配电路如图4所示。

2.2.3 充电电流电压采样

3.6 V/7.2 V智能充电器电流采样时，通过LT6107芯片连接并将输出信号发送到单片机7脚，该充电器充电电压由输出端口发送至单片机10脚。充电电流电压采样电路如图5所示。

2.2.4 单片机8051F330

3.6 V/7.2 V智能充电器单片机8051F330通过在充电初始时检测电池端口电压来判别电池规格，并由18脚发送K_8.4 V/4.2到三极管，切换为与电池匹配的分压电阻，并由单片机8051F330的9脚发送信号K到三极管以控制充电输出。单片机控制电路如图6所示。

2.2.5 充电状态显示

3.6 V/7.2 V智能充电器设计两个共阴发光二极管，以此观察充电状态的显示，其中一个发光二极管对应3.6 V充电状态，另一个发光二极管对应7.2 V充电状态。当插入3.6 V未充满的锂离子电池时，对应3.6 V指示灯为红灯，表示在充电状态，充满后变为绿灯，当出现故障或者电池性能下降严重时，则红灯闪烁作为故障告警。当插入7.2 V未充满的锂离子电池时，对应7.2 V指示灯为红灯，表示在充电状态，充满后变为绿灯，当出现故障或者电池性能下降严重时，红灯闪烁作为故障告警。

3 智能充电器充电测试验证

为了验证以上理论设计，利用Altium Designer Release 10软件制作PCB板，在PCB板上焊接元器件，单片机8051F330控制电路如图7所示。在智能充电器槽口插入待充的锂离子电池，对应3.6 V或7.2 V指示灯变红，充满后变绿;当插入已失效的电池时，对应指示灯闪烁;当电路故障时，对应指示灯闪烁。模块实物如图8所示。

4 结 语

本文围绕智能充电器的工作原理，首先设计出AC/DC电源模块电路图，使充电器实现4.2 V/8.4 V输出，然后在单片机（8051F330）芯片引脚采样得到充电电流和电压，进行相应控制，充电器自动识别端口并充电，充满后自动关闭，实时监测指示。最后通过待充的锂离子电池进行充电测试。测试结果表明，3.6 V/7.2 V智能充电器能够自动识别

3.6 V/7.2 V锂离子电池并充电，充满后自动关闭，可实时监测和指示充电状态。产品操作简单，可靠耐用，具有较好的推广价值。

参 考 文 献

[1]陈赵德林，余岱玲，宋英杰，等.特殊电压智能充电器的研究设计[J].电工技术，2018（14）：129-131.

[2]吴林，杨国为，刘斌.光伏微型逆变器辅助电源的变压器设计[J].电子设计工程，2015（17）：115-117.

[3]宋金华.单片机在GPS同步信号延时误差测量中的应用[J].电子技术，1999（5）：27-30.

[4]庄琼云.便携式太阳能手机充电器设计[J].物联网技术，2016，6（9）：29-31.

[5]林倩，胡耀武，胡丽冰，等.基于51單片机的电动车手机充电器设计[J].物联网技术，2013，3（2）：44-45.

[6] GENG Y，CHEN J， PAHLAVAN K. Motion detection using RF signals for the first responder in emergency operations： A PHASER project [C]// 2013 IEEE 24nd International Symposium on Personal Indoor and Mobile Radio Communications（PIMRC），London，Britain Sep. 2013

[7] GENG Y，HE J，PAHLAVAN K. Modeling the effect of human body on TOA based indoor human tracking [J] .International journal of wireless information networks，2013，20（4）：306-317.

[8]李松，李硕，孙彦景.基于嵌入式技术的矿用锂离子电池电源管理系统设计[J].物联网技术，2017，7（7）：92-95.

[9]盛莉.锂离子电池智能充电器硬件的设计[J].今日电子，2008（7）：95-97.

[10]韦鸿任，景占荣，陈彦来，等.数字化智能充电器的设计与实现[J].西安工业大学学报，2008，28（5）479-483.