基于MAX1898的智能充电器设计
组员： 刘润江 李怀胜 李聪
邓伟伦 丘晓勤 江俏明
张一鸣 何战峰
指导老师：周永明、洪远泉
在人们日常工作和生活中，充电器的使用越来越广泛。从随身听到数码相机，从手机到笔记本电脑，几乎所有用到电池的电器设备都需要用到充电器。充电器为人们的外出旅行和出差办公提供了极大的方便。
单片机在电池充电器领域也有着广泛的应用，利用它的处理控制能力可以实现充电器的智能化。充电器各类繁多， 但从严格意义上讲， 只有单片机参与处理和控制的充电器才能称为智能充电器。
1 设计思路分析
要实现智能化充电器，需要从下面两个方面着手。
（1）充电的实现。它包括两部分：一是充电过程的控制；二是需要提供基本的充电电压。 （2）智能化的实现。在充电器电路中引入单片机的控制。
1.1 为何需要实现充电器的智能化
充电器实现的方式不同会导致充电效果的不同。
由于充电器多采用大电流的快速充电法，在电池充满后如果不及时停止会使电池发烫，过度的充电会严重损害电池的寿命。 一些低成本的充电器采用电压比较法，为了防止过充，一般充电到90%就停止大电流快充，而采用小电流涓流补充充电。 手机电池的使用寿命和单次使用时间与充电过程密切相关。锂电池是手机最为常用的一种电池，它具有较高的能量重量比、 能量体积比、 具有记忆效应，可重复充电多次，使用寿命较长，价格也越来越低。 锂电池对于充电器的要求比较苛刻，需要保护电路。 为了有效利用电池容量，需将锂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。另外， 对于电压过低的电池需要进行预充，充电器最好带有热保护和时间保护，为电池提供附加保护。
一部好的充电器不但能在短时间内将电量充足，而且还可以对电池起到一定的维护作用，修复由于使用不当造成的记忆效应，即容量下降（电池活性衰退）现象。 设计比较科
学的充电器往往采用专用充电控制芯片配合单片机控制的方法。 专用的充电芯片具备业界公认较好的－△V 检测，可以检测出电池充电饱和时发出的电压变化信号， 比较精确地结束充电工作，通过单片机对这些芯片的控制，可以实现充电过程的智能化，例如， 在充电后增加及时关断电源、 蜂鸣报警和液晶显示等功能。充电器的智能化可以缩短充电的时间，同时能够维护电池，延长电池使用寿命。
1.2 如何选择电池充电芯片
目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于进行充电器的设计。在选择具体的电池充电芯片时，需要参考以下标准。 ● 电池类型：不同的电池（锂电池、镍氢电池、镍镉电池等）需选择不同的充电芯片。 ● 电池数目：可充电池的数目。
● 电流值：充电电流的大小决定了充电时间。 ● 充电方式：是快充、慢充还是可控充电过程。
本例要实现的是手机的单节锂离子电池充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力，据此选择 Maxim 公司的 MAX1898 作为电池充电芯片。
MAX1898 配合外部 PNP 或 PMOS 晶体管可以组成完整的单节锂电池充电器。MAX1898 提供精确的恒流/恒压充电，电池电压调节精度为±0.75% ，提高了电池性能并延长了电池使用寿命。充电电流可由用户设定，采用内部检流， 无须外部检流电阻。MAX1898 提供了充电状态的输出指示、输入电源是否与充电器的连接的输出指示和充电电流指示。MAX1898 还具有其他一些功能，包括输入关断控制、 可选的充电周期重启（无须重新上电）、 可选的充电终止安全定时器和过放电电池的低电流预充。 MAX1898 的关键特性如下。
● 简单、 安全的线性充电方式。
● 使用低成本的 PNP 或 PMOS 调整元件。 ● 输入电压： 4.5～12V。 ● 内置检流电阻。 ● ±0.75%电压精度。 ● 可编程充电电流。 ● 输入电源自动检测。 ● LED充电状态指示。 ● 可编程安全定时器。 ● 检流监视输出。
● 可选/可调节自动重启。 ● 小尺寸μMAX封装。
1.3 MAX1898的充电工作原理
充电芯片MAX1898的内部电路包括输入电流调节器、电压检测器、充电电流检测器、定时器、温度检测器和主控制器。
输入电流调节器用于限制电源的总输入电流，包括系统负载电流与充电电流。当检测到输入电流大于设定的门限电流时，通过降低充电电流从而控制输入电流。 因为系统工作时电源电流的变化范围较大， 如果充电器没有输入电流检测功能，则输入电源必须能够提供最大负载电流与最大充电电流之和，这将使电源的成本增高、体积增大，而利用输入限流功能则能够降低充电器对直流电源的要求，同时也简化了输入电源的设计。 MAX1898 外接限流型充电电源和 P 沟道场效应管，可以对单节锂电池进行安全有效的快充，其最大的特点是：在不使用电感的情况下，仍能做到很低的功率耗散，可以实现预充电，具有过压保护和温度保护功能，最长充电时间的限制可为锂电池提供二次保护。 MAX1898 的典型充电电路如图1 所示。 电路具体说明如下。
（1）输入电压范围为4.5～12V。锂电池要求的充电方式是恒流恒压方式，电源的输入需要采用恒流恒压源，一般可采用直流电源外加变压器。
图 1 MAX1898的典型充电电路
（2）通过外接的场效应管提供锂电池的充电接口。
（3）通过外接的电容CcT来设置充电时间tCHG。这里的充电时间指的是快充时的最大充电时间，它和定时电容CcT的关系如下式所示。
CCT＝34.33×
tCHG
式中，tCHG的单位为小时，CcT的单位为nF。
大多数情况下，快充时最大充电时间不超过3小时，因此常取CcT为100nF。
（4）在限制电流的模式下，通过外接的电阻RSET来设置最大充电电流IFSTCHG，关系如下式所示。
＝IFSTCHG1400RSET
式中，RSET的单位为Ω，IFSTCHG的单位为nF。
当充电电源和电池在正常的工作温度范围内时，插入电池将启动一次充电过程。平均
的脉冲充电电流低于设置的快充电流的20%，或者充电时间超出片上预置的最大充电时间时，充电周期结束。 MAX1989 能够自动检测充电电源，没有电源时自动关断以减少电池的漏电。启动快充后，打开外接的P 型场效应管，当检测到电池电压达到设定的门限时进入脉冲充电方式，P 型场效应管打开的时间会越来越短。充电结束时，LED 指示灯将会呈现周期性的闪烁，具体的闪烁含义如表1所示。
表1 MAX1898典型充电电路的LED指示状态说明
充电状态 电池或充电器没有安装 快充或脉冲浮充 快充结束或初始化 充电结束 LED指示状态 关闭 亮 LED以2Hz频率闪烁 LED闪烁周期为4s 2 硬件电路设计
硬件电路设计主要围绕充电芯片MAX1898展开，而单片机控制部分的电路较为简单。
2.1 主要器件
本例的核心器件是MAX1989。MAX1989可对所有化学类型的Li+电池进行安全充电，它具有高集成度，在小尺寸内集成了更多功能，尽可能多地覆盖了基本应用电路， 只需要少数外部元件。
MAX1989为10引脚、超薄型的μMAX封装， 其引脚分布如图2所示。
图2 MAX1898引脚分布图
其引脚功能如下。
IN（1 脚）：传感输入，检测输入的电压或电 流。
CHG（2 脚）：充电状态指示脚，同时驱动LED。
EN/OK（3 脚）：使能输入脚/输入电源“好”输出指示脚。EN为输入脚，可以通过输入禁止芯片工作；OK为输出脚，用于指示输入电源是否与充电器连接。
ISET（4 脚）：充电电流调节引脚。通过串接一个电阻到地来设置最大充电电流。 CT（5 脚）：安全充电时间设置引脚。接一个时间电容来设置充电时间，电容为100mF时，几乎为3个小时，此引脚直接接地将禁用此功能。
RSTRT( 6 脚）：自动重新启动控制引脚。当此引脚直接接地时，如果电池电压掉至基准电压阈值以下200mV，将会重新开始一轮充电周期。此引脚通过电阻接地时，可以降低它的电压阈值。此引脚悬空或者CT 引脚接地（充电时间设置功能禁用）时，自动重新启动功能被禁用。
BATT（7 脚）：电池传感输入脚，接单个Li+ 电池的正极。此引脚需旁接一个大电解电容到地。
GND（8 脚）：接地端。 DRV（9 脚）：外部晶体管驱动器，接晶体管的基极。 CS（10 脚）：电流传感输入，接晶体管的发射极。
2 . 2 电路原理图及说明
硬件电路由单片机电路、电压转换及光耦隔离电路、充电控制电路3部分组成。单片机部分的电路原理图如图4所示。
图4 基于 MAX1898 的智能充电器电路单片机部分原理图
图 4 中，U1为单片机STC89C52，工作在11.0592MHz时钟；U2为蜂鸣器，蜂鸣器由单片机的P2.1肛却控制发出报警声提示；单片机的P2.0脚输出控制光耦器件，在需要的时候可以及时关断充电电源： 单片机的外部中断0 由充电芯片MAX1898的充电状态输出信号/CHG经过反相后触发。
图 5 所示的为电压转换及光耦隔离部分电路的原理图。