CN205141785U - 基于单片机控制的数字化智能充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于单片机控制的数字化智能充电器，其包括：交流直流变换电路、充电电路、PWM脉冲驱动电路、中央处理器；市电接入端连接交流直流变换电路输入端，所述交流直流变换电路输出端连接充电电路输入端，所述充电电路控制端连接PWM脉冲驱动电路控制信号端，所述PWM脉冲驱动电路控制端连接中央处理器控制端，所述中央处理器电压电流信号端连接电压电流检测电路输出端，所述电压电流检测电路输入端连接充电电池组电压电流信号端。计算电池的充电状态，保证电池快速、可靠的充电。

Description

基于单片机控制的数字化智能充电器

技术领域

本实用新型涉及充电器控制电路领域，尤其涉及一种基于单片机控制的数字化智能充电器。

背景技术

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的日益提高，各种便携式电子设备大量应用于人们日常生活之中。例如使用通信设备、识别***、GPS定位机，人们日常生活中所使用的手机、PDA、便携式DVD及工业生产中所使用的各种便携式仪器仪表。这些便携式电子设备主要使用蓄电池作为电源。根据调研结果和查阅相关资料，目前，在蓄电池的应用中主要存在的问题有：蓄电池存在个体的离散性，即随着放电状态、使用和保存的历史不同，即使是两块工艺相同的蓄电池，最大容量和最佳充电方式也不会完全相同，目前国内现有的充电控制技术，大多没有考虑这一点，一般采用恒流快速充电方法。在使用中发现某些镉镍和镍氢蓄电池寿命较短，原因是部分蓄电池在某些充电阶段电流大，导致内部阳极板氧气析出率不断增加，部分氧气无法被阴极板吸收，密闭反应效率退化，蓄电池内部温度随之上升，温度的升高加速了蓄电池板栅腐蚀速度及电解液的分解，从而缩短了电池寿命。若采用慢速充电，由于充电电流小，只能通过时间积累达到充电目的，因而充电时间过长、效率较低。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于单片机控制的数字化智能充电器。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种基于单片机控制的数字化智能充电器，其包括：交流直流变换电路、充电电路、PWM脉冲驱动电路、中央处理器；

市电接入端连接交流直流变换电路输入端，所述交流直流变换电路输出端连接充电电路输入端，所述充电电路控制端连接PWM脉冲驱动电路控制信号端，所述PWM脉冲驱动电路控制端连接中央处理器控制端，所述中央处理器电压电流信号端连接电压电流检测电路输出端，所述电压电流检测电路输入端连接充电电池组电压电流信号端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，还包括直流稳压电路，所述直流稳压电路信号端连接中央处理器直流稳压控制端，所述直流稳压电路控制端连接充电电路控制端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述直流稳压电路包括：

所述中央处理器直流稳压控制端连接第9肖特基二极管正极，所述第9肖特基二极管负极分别连接第17电容一端和第15电容一端，所述第9肖特基二极管负极还连接直流稳压芯片电源输入端，所述第17电容另一端连接直流稳压芯片电流调整端，所述直流稳压芯片开关端分别连接第10肖特基二极管负极和第3电感一端，所述第3电感另一端分别连接第16电容一端和第24电阻一端，所述第10肖特基二极管正极接地，所述第16电容另一端接地，所述第24电阻另一端连接第31电阻和直流稳压芯片电流端，所述第31电阻另一端分别连接第19电容一端和第30电阻一端，所述第19电容另一端分别连接第30电阻另一端和第18电容一端，所述第18电容另一端连接直流稳压芯片反馈端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述PWM脉冲驱动电路包括：

第1电容一端连接第1电感一端，所述第1电容另一端接地，所述第1电感另一端分别连接第2电容一端和第2三极管集电极，所述第2三极管发射极分别连接第4二极管正极和第2电阻一端，所述第2三极管基极分别连接第4二极管负极和第6电容一端，所述第6电容另一端连接第4三极管集电极，所述第4三极管发射极连接第10电阻一端，所述第10电阻另一端接地，所述第4三极管基极连接中央处理器控制端，所述第2电阻另一端分别连接第2三极管集电极和第2肖特基二极管负极，所述第2肖特基二极管正极分别连接第2电阻一端和第1晶体管栅极，所述第1晶体管源极连接第2肖特基二极管负极，所述第1晶体管漏极连接第3肖特基二极管负极和第2电感一端，所述第3肖特基二极管正极接地，所述第2电感另一端分别连接第3电容一端和第1肖特基二极管正极，所述第3电感另一端分别连接第11电阻一端和第15电阻一端，所述第1肖特基二极管负极分别连接第1电阻一端和第4电容一端和第5电容一端，所述第1电阻另一端分别连接第5电阻一端和第3晶体管源极，所述第3晶体管漏极分别连接第5电阻另一端，所述第3晶体管栅极分别连接第7电阻一端和第11电阻一端，所述第11电阻另一端分别连接第13电阻一端和第15电阻一端，所述第15电阻一端还连接第5晶体管栅极，所述第5晶体管源极连接第3晶体管漏极，所述第5晶体管漏极连接第16电阻一端，所述第15电阻另一端还连接第16电阻一端，所述第16电阻另一端分别连接第17电阻一端和第7肖特基二极管正极，所述第7肖特基二极管正极还连接第6晶体管漏极，所述第6晶体管漏极还连接第9电阻一端，所述第6晶体管栅极连接第9电阻另一端，所述第6晶体管源极分别连接第7肖特基二极管负极和第4电容另一端和第5电容另一端，所述第9电阻另一端还连接第3电阻一端，所述第17电阻另一端连接第一运算放大器正极输入端，所述第1运算放大器负极输入端连接第22电阻一端和接地，所述第22电阻另一端连接第21电阻一端，所述第22电阻一端还连接第12电容一端，所述第12电容另一端连接第21电阻另一端，所述第21电阻另一端还分别连接第一运算放大器输出端和第二运算放大器正极输入端，所述第二运算放大器输出端连接第18电阻一端，所述第18电阻另一端分别连接第7电容一端和第三运算放大器负极输入端，所述第三运算放大器正极输入端分别连接第12电阻一端和第14电阻一端，所述第12电阻另一端分别连接第4电阻一端和第5肖特基二极管负极，所述第5肖特基二极管正极接地，所述第14电阻另一端连接第6二极管正极，所述第6二极管负极分别连接第8电阻一端和第三运算放大器输出端，所述第8电阻另一端连接电源端，所述第三运算放大器输出端还连接第四运算放大器正极输入端，所述第四运算放大器负极输入端连接第19电阻一端和第20电阻一端，所述第20电阻另一端连接电源端，所述第19电阻另一端接地，所述第四运算放大器输出端连接第8二极管负极，所述第8二极管正极连接中央处理器控制端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，还包括电源电路：所述电源电路供电端连接PWM脉冲驱动电路电源端，所述电源电路供电端还连接中央处理器电源端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述电源电路包括：

第20电容一端连接电源输入端，所述第20电容另一端接地，所述第20电容与第22电容、第23电容、第24电容并联后的一端连接电源芯片输入端，第21电容一端连接电源芯片输出端，所述第21电容另一端接地，所述第21电容与第25电容、第26电容、第27电容、第28电容、第29电容并联后一端连接电源输出端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述中央处理器为STM32F103RDT6。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，还包括仿真JTAG接口，通过所述仿真JTAG接口进行智能充电器的调试。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述直流稳压芯片为LT1618EMS。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，还包括电源适配器；所述电源适配器连接在市电和充电电路之间。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1.能和电压波动范围较大的手摇发电机配接，或与交流适配器配接，并保证充电***稳定性和可靠性；

2.能对标称电压不同的电池(镉镍、镍氢、锂离子)充电，保障正常使用；在电池类型、参数未知的情况下，可对电池类型识别并选择适当的充电曲线充电，保证应急使用。

3.具有各种安全保护功能：过充保护、过压、过流保护、开路、短路保护、反接保护、故障闪光报警等保护措施；

4.携带方便、安全可靠、性能稳定。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和、或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型总体示意图；

图2是本实用新型直流稳压电路示意图；

图3-5是本实用新型PWM脉冲驱动电路示意图；

图6是本实用新型电源电路示意图；

图7是本实用新型电源适配器示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于单片机控制的数字化智能充电器，其包括：交流直流变换电路、充电电路、PWM脉冲驱动电路、中央处理器；

市电接入端连接交流直流变换电路输入端，所述交流直流变换电路输出端连接充电电路输入端，所述充电电路控制端连接PWM脉冲驱动电路控制信号端，所述PWM脉冲驱动电路控制端连接中央处理器控制端，所述中央处理器电压电流信号端连接电压电流检测电路输出端，所述电压电流检测电路输入端连接充电电池组电压电流信号端。所述中央处理器还连接显示装置和控制键盘，通过显示装置对充电状态进行显示操作，通过控制键盘进行充电控制。当断电状态下还可以通过手摇发电机进行充电操作，方便简单。

如图2所示，所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，还包括直流稳压电路，所述直流稳压电路信号端连接中央处理器直流稳压控制端，所述直流稳压电路控制端连接充电电路控制端。通过直流稳压电路能够对电流进行平滑处理，延长充电电池组的使用寿命。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述直流稳压电路包括：

所述中央处理器直流稳压控制端连接第9肖特基二极管正极，所述第9肖特基二极管负极分别连接第17电容一端和第15电容一端，所述第9肖特基二极管负极还连接直流稳压芯片电源输入端，所述第17电容另一端连接直流稳压芯片电流调整端，所述直流稳压芯片开关端分别连接第10肖特基二极管负极和第3电感一端，所述第3电感另一端分别连接第16电容一端和第24电阻一端，所述第10肖特基二极管正极接地，所述第16电容另一端接地，所述第24电阻另一端连接第31电阻和直流稳压芯片电流端，所述第31电阻另一端分别连接第19电容一端和第30电阻一端，所述第19电容另一端分别连接第30电阻另一端和第18电容一端，所述第18电容另一端连接直流稳压芯片反馈端。

如图3-5所示，所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述PWM脉冲驱动电路包括：

第1电容一端连接第1电感一端，所述第1电容另一端接地，所述第1电感另一端分别连接第2电容一端和第2三极管集电极，所述第2三极管发射极分别连接第4二极管正极和第2电阻一端，所述第2三极管基极分别连接第4二极管负极和第6电容一端，所述第6电容另一端连接第4三极管集电极，所述第4三极管发射极连接第10电阻一端，所述第10电阻另一端接地，所述第4三极管基极连接中央处理器控制端，所述第2电阻另一端分别连接第2三极管集电极和第2肖特基二极管负极，所述第2肖特基二极管正极分别连接第2电阻一端和第1晶体管栅极，所述第1晶体管源极连接第2肖特基二极管负极，所述第1晶体管漏极连接第3肖特基二极管负极和第2电感一端，所述第3肖特基二极管正极接地，所述第2电感另一端分别连接第3电容一端和第1肖特基二极管正极，所述第3电感另一端分别连接第11电阻一端和第15电阻一端，所述第1肖特基二极管负极分别连接第1电阻一端和第4电容一端和第5电容一端，所述第1电阻另一端分别连接第5电阻一端和第3晶体管源极，所述第3晶体管漏极分别连接第5电阻另一端，所述第3晶体管栅极分别连接第7电阻一端和第11电阻一端，所述第11电阻另一端分别连接第13电阻一端和第15电阻一端，所述第15电阻一端还连接第5晶体管栅极，所述第5晶体管源极连接第3晶体管漏极，所述第5晶体管漏极连接第16电阻一端，所述第15电阻另一端还连接第16电阻一端，所述第16电阻另一端分别连接第17电阻一端和第7肖特基二极管正极，所述第7肖特基二极管正极还连接第6晶体管漏极，所述第6晶体管漏极还连接第9电阻一端，所述第6晶体管栅极连接第9电阻另一端，所述第6晶体管源极分别连接第7肖特基二极管负极和第4电容另一端和第5电容另一端，所述第9电阻另一端还连接第3电阻一端，所述第17电阻另一端连接第一运算放大器正极输入端，所述第1运算放大器负极输入端连接第22电阻一端和接地，所述第22电阻另一端连接第21电阻一端，所述第22电阻一端还连接第12电容一端，所述第12电容另一端连接第21电阻另一端，所述第21电阻另一端还分别连接第一运算放大器输出端和第二运算放大器正极输入端，所述第二运算放大器输出端连接第18电阻一端，所述第18电阻另一端分别连接第7电容一端和第三运算放大器负极输入端，所述第三运算放大器正极输入端分别连接第12电阻一端和第14电阻一端，所述第12电阻另一端分别连接第4电阻一端和第5肖特基二极管负极，所述第5肖特基二极管正极接地，所述第14电阻另一端连接第6二极管正极，所述第6二极管负极分别连接第8电阻一端和第三运算放大器输出端，所述第8电阻另一端连接电源端，所述第三运算放大器输出端还连接第四运算放大器正极输入端，所述第四运算放大器负极输入端连接第19电阻一端和第20电阻一端，所述第20电阻另一端连接电源端，所述第19电阻另一端接地，所述第四运算放大器输出端连接第8二极管负极，所述第8二极管正极连接中央处理器控制端。所述PWM脉冲驱动电路能够根据充电状态的稳定程度，通过中央处理器进行实时PWM脉冲操作，保证充电稳定。

如图6所示，所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，还包括电源电路：所述电源电路供电端连接PWM脉冲驱动电路电源端，所述电源电路供电端还连接中央处理器电源端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述电源电路包括：

第20电容一端连接电源输入端，所述第20电容另一端接地，所述第20电容与第22电容、第23电容、第24电容并联后的一端连接电源芯片输入端，第21电容一端连接电源芯片输出端，所述第21电容另一端接地，所述第21电容与第25电容、第26电容、第27电容、第28电容、第29电容并联后一端连接电源输出端。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述中央处理器为STM32F103RDT6。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，还包括仿真JTAG接口，通过所述仿真JTAG接口进行智能充电器的调试。

所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，优选的，所述直流稳压芯片为LT1618EMS。

如图7所示为本实用新型电源适配器示意图。

充电器在工作时，首先对电池的类型进行判断，根据判断结果采取相应的充电算法进行充电。充电时，充电器实时采集电池的电压、电流等信息，并对充电过程进行智能控制，计算电池的充电状态，保证电池快速、可靠的充电。

1.充电器硬件***设计

充电器电路包括输入电源(适配器或手摇发电机)、DC-DC变换电路、充电电路，保护电路和微处理器控制电路，见图1。

1)AC－DC变换电路：由开关电源构成，把176－264交流输入变换为25V直流提供给充电电路。

2)DC－DC变换电路：对20V－28V的直流输入进行变换，输出稳定电压，提供充电电路。

3)充电电路：由单片机产生的PWM波驱动，产生合适电压对电池进行充电。

4)保护电路：对充电器进行防反接、短路、过流、过压、过充等保护。

5)控制电路：以高性能单片机为控制核心，完成充供电控制、各种信号检测、人机交互等功能。

本实用新型软件程序为本领域技术人员所熟知的。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，包括：交流直流变换电路、充电电路、PWM脉冲驱动电路、中央处理器；

市电接入端连接交流直流变换电路输入端，所述交流直流变换电路输出端连接充电电路输入端，所述充电电路控制端连接PWM脉冲驱动电路控制信号端，所述PWM脉冲驱动电路控制端连接中央处理器控制端，所述中央处理器电压电流信号端连接电压电流检测电路输出端，所述电压电流检测电路输入端连接充电电池组电压电流信号端。

2.根据权利要求1所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，还包括直流稳压电路，所述直流稳压电路信号端连接中央处理器直流稳压控制端，所述直流稳压电路控制端连接充电电路控制端。

3.根据权利要求2所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，所述直流稳压电路包括：

所述中央处理器直流稳压控制端连接第9肖特基二极管正极，所述第9肖特基二极管负极分别连接第17电容一端和第15电容一端，所述第9肖特基二极管负极还连接直流稳压芯片电源输入端，所述第17电容另一端连接直流稳压芯片电流调整端，所述直流稳压芯片开关端分别连接第10肖特基二极管负极和第3电感一端，所述第3电感另一端分别连接第16电容一端和第24电阻一端，所述第10肖特基二极管正极接地，所述第16电容另一端接地，所述第24电阻另一端连接第31电阻和直流稳压芯片电流端，所述第31电阻另一端分别连接第19电容一端和第30电阻一端，所述第19电容另一端分别连接第30电阻另一端和第18电容一端，所述第18电容另一端连接直流稳压芯片反馈端。

4.根据权利要求1所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，所述PWM脉冲驱动电路包括：

第1电容一端连接第1电感一端，所述第1电容另一端接地，所述第1电感另一端分别连接第2电容一端和第2三极管集电极，所述第2三极管发射极分别连接第4二极管正极和第2电阻一端，所述第2三极管基极分别连接第4二极管负极和第6电容一端，所述第6电容另一端连接第4三极管集电极，所述第4三极管发射极连接第10电阻一端，所述第10电阻另一端接地，所述第4三极管基极连接中央处理器控制端，所述第2电阻另一端分别连接第2三极管集电极和第2肖特基二极管负极，所述第2肖特基二极管正极分别连接第2电阻一端和第1晶体管栅极，所述第1晶体管源极连接第2肖特基二极管负极，所述第1晶体管漏极连接第3肖特基二极管负极和第2电感一端，所述第3肖特基二极管正极接地，所述第2电感另一端分别连接第3电容一端和第1肖特基二极管正极，所述第3电感另一端分别连接第11电阻一端和第15电阻一端，所述第1肖特基二极管负极分别连接第1电阻一端和第4电容一端和第5电容一端，所述第1电阻另一端分别连接第5电阻一端和第3晶体管源极，所述第3晶体管漏极分别连接第5电阻另一端，所述第3晶体管栅极分别连接第7电阻一端和第11电阻一端，所述第11电阻另一端分别连接第13电阻一端和第15电阻一端，所述第15电阻一端还连接第5晶体管栅极，所述第5晶体管源极连接第3晶体管漏极，所述第5晶体管漏极连接第16电阻一端，所述第15电阻另一端还连接第16电阻一端，所述第16电阻另一端分别连接第17电阻一端和第7肖特基二极管正极，所述第7肖特基二极管正极还连接第6晶体管漏极，所述第6晶体管漏极还连接第9电阻一端，所述第6晶体管栅极连接第9电阻另一端，所述第6晶体管源极分别连接第7肖特基二极管负极和第4电容另一端和第5电容另一端，所述第9电阻另一端还连接第3电阻一端，所述第17电阻另一端连接第一运算放大器正极输入端，所述第1运算放大器负极输入端连接第22电阻一端和接地，所述第22电阻另一端连接第21电阻一端，所述第22电阻一端还连接第12电容一端，所述第12电容另一端连接第21电阻另一端，所述第21电阻另一端还分别连接第一运算放大器输出端和第二运算放大器正极输入端，所述第二运算放大器输出端连接第18电阻一端，所述第18电阻另一端分别连接第7电容一端和第三运算放大器负极输入端，所述第三运算放大器正极输入端分别连接第12电阻一端和第14电阻一端，所述第12电阻另一端分别连接第4电阻一端和第5肖特基二极管负极，所述第5肖特基二极管正极接地，所述第14电阻另一端连接第6二极管正极，所述第6二极管负极分别连接第8电阻一端和第三运算放大器输出端，所述第8电阻另一端连接电源端，所述第三运算放大器输出端还连接第四运算放大器正极输入端，所述第四运算放大器负极输入端连接第19电阻一端和第20电阻一端，所述第20电阻另一端连接电源端，所述第19电阻另一端接地，所述第四运算放大器输出端连接第8二极管负极，所述第8二极管正极连接中央处理器控制端。

5.根据权利要求1所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，还包括电源电路：所述电源电路供电端连接PWM脉冲驱动电路电源端，所述电源电路供电端还连接中央处理器电源端。

6.根据权利要求5所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，所述电源电路包括：

第20电容一端连接电源输入端，所述第20电容另一端接地，所述第20电容与第22电容、第23电容、第24电容并联后的一端连接电源芯片输入端，第21电容一端连接电源芯片输出端，所述第21电容另一端接地，所述第21电容与第25电容、第26电容、第27电容、第28电容、第29电容并联后一端连接电源输出端。

7.根据权利要求1所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，所述中央处理器为STM32F103RDT6。

8.根据权利要求1所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，还包括仿真JTAG接口，通过所述仿真JTAG接口进行智能充电器的调试。

9.根据权利要求3所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，所述直流稳压芯片为LT1618EMS。

10.根据权利要求1所述的基于单片机控制的数字化智能充电器，其特征在于，还包括电源适配器；所述电源适配器连接在市电和充电电路之间。