0 引言

电子技术的快速发展使得各种各样的电子产品都朝着便携式和小型轻量化的方向发展，也使得更多的电气化产品采用基于电池的供电系统。目前，较多使用的电池有镍镉、镍氢、铅蓄电池和锂电池。它们的各自特点决定了它们将在相当长的时期内共存发展。由于不同类型电池的充电特性不同，通常对不同类型，甚至不同电压、容量等级的电池使用不同的充电器，但这在实际使用中有诸多不便。

本文介绍一种基于单片机的智能充电器的设计方法。该充电器可以实时采集电池的电压和电流，并对充电过程进行智能控制。它可以自动计算电池的已充电量和剩余的充电时间，也可以改变参数来适应各种不同电池的充电。系统中的管理电路还具有保护功能，可防止电池的过充和过放对电池造成。

1 智能充电器的硬件设计

该智能充电器采用的是分布式控制方法，它由充电电路、充放电控制电路、显示和接口电路组成，图1所示是其电路组成框图。

1.1 充电电路的设计

电池充电有恒压、恒流两种充电方式，事实上，恒压、恒流源电路也是充电电路的主要组成部分。由于各种电池对充电电压和充电电流的要求不同，因此，实现智能充电必须根据各种电池的自身要求来调整充电电压和充电电流的大小。这里选择bq2054集成电路作为恒压、恒流源模块来对电池进行充电。为了保证电池的安全，当电池电压和温度超过设定的极限值时，bq2054将禁止对电池进行充电。而当电池电压小于低电压阀值时，bq2054将用恒流方式进行充电。

图2所示是该智能充电器的恒压恒流电路原理图。图2中的GB+、GB-分别连接充电电池的正极和负极，以为充电电池提供充电电流的通道。数字电位器MAX5434通过串行数据总线和控制电路进行通信，以确定电位器的阻值，并改变电池电压分配网络的比值，从而改变bq2054中BAT脚的输入电压，以便bq2054根据BAT脚电压的大小来改变对电池的充电电压，最终达到对电池进行恒流、恒压充电的目的。

1.2 自动控制电路设计

图3所示是该充电器的充放电控制电路。图中，将PWMCTL连接到bq2054的MOD输出脚，便可用MOD输出的脉冲信号控制三极管的导通和关闭，从而改变充电电流的大小。24 V电源是充电电路的外部输入电源，可用来提供充电电流。GB+连接到充电电路的电池正极，其电压就是充电电池的电压，当电池电压没有达到设定电压时，充电电路将以恒流方式对其进行充电。当电池电压达到设定充电电压后，充电电压保持恒定不变，而充电电流逐渐减少，进入相应的恒压充电阶段。