基于MAX 1898多功能数字化智能充电器设计
指导教师：宫玉芳
摘要
锂离子电池自20世纪90年代上市以来，它以能量密度高，使用寿命长的特点倍受重视。基于市场的要求，世界各大电池生产商为了在市场领域里取得优势，无不致力于开发具有能量密度高，小型化，薄型化，轻量化，安全性高，循环寿命长，低成本的新型电池。对此，聚合物锂离子电池具有上述各项优点，是各厂商致力研究的目标。聚合物锂离子电池基于安全、轻薄等特性，广泛应用于便携式设备，所以聚合物锂离子电池是21世纪移动设备最佳的电源解决方案，现在的手机均采用聚合物锂离子电池。
同时，与之相配套的充电器已经在我们的日常生活中普遍应用，相应的充电器的市场需求量也逐渐上升。本产品采用锂离子电池充电芯片MAX1898，通过AT89C51控制可以实现预充，快速充电，及恒压充电；监控充电状态；太阳能供电以及充电保护。实现电路电路简单，成本较低，而且充电效果很好，包括安全性高，耗时短，对电池损坏小，满足一般用户的要求。
关键词：MAX1898；AT89C51；预充电；快速充电；恒压充电；智能液晶显示；太阳能供电；充电保护。
一、研究目的
随着科技的发展，人们对身边电子产品的数字化、自动化，效率要求越来越高，本项目旨在解决日常生活中人们对电池充电的烦恼，该产品是基于单片机的硬件和软件来实现的，它在很大程度上为解决电器充电有不可忽视的作用。为现代越来越快的生活节奏提供保障，而在户外情况下对太阳能的利用，也是一种环保、节能的选择，这使我们步入了新能源开发利用的行列。从而充电工人只担任辅助性工作，更加人道化，也为充电技术和充电设备的智能化闯出了一条新路。
二、设计功能模块
（一）电源模块：采用电压转换芯片将外部220V交流电压转换为需要的+5V电压。
（二）AT89C51单片机模块：实现充电器的智能化控制，比如自动断电、充电完成报警提示。（三）充电模块：采用专用的电池充电芯片实现对充电过程的控制。
（四）充电过程监测模块：采用液晶对充电过程的电压进行实时监测。
（五）电路保护模块：采用继电器对充电线路进行保护。
（六）外部太阳能电源模块：采用太阳能电池板给线路提供特殊外部电源。
三、设计实现方法
（一）总体设计思路
要求设计一个多功能数字化智能充电器，能够实现电池预充、快充、恒压充电；监控充电状态；太阳能供电以及充电保护。为实现对锂电池的安全充电，我们采用AT89C51 单片机结合MAX1898锂离子电池充电芯片，配合外部PNP 或PMOS 晶体管可以组成完整的单节电锂离子(Li+)电池智能充电器。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使用寿命。
总体电路包括：电源模块；AT89C51单片机模块；充电模块；充电过程监测模块；电路保护模块；外部太阳能电源模块。
（二）电源模块
电源模块主要作用是将输入的220V/50HZ的交流电压通过变压、整流、7805芯片稳压后得到的5V直流电压为AT89C51单片机和MAX1898锂离子电池充电芯片进行供电，同时也为其它电路提供合适的电压。
电源模块原理图如图2.1所示。
图2.1电源模块原理图
（三）AT89C51单片机模块
本设计用于控制MAX1898的单片机我们选择的是AT89C51。MCS-51 单片机的指令系统及引脚兼容，功能强大，适合于许多较为复杂的控制应用场合，对于此次设计完全满足要求。电路原理简单，而且软件也比较容易。控制对象为MAX1898，主要控制MAX1898使能，及充电完成和充电出错时的信号指示（LED）控制。
AT89C51单片机最小系统如图2.2所示。
图2.2AT89C51单片机最小系统图
（四）充电模块
目前市场上存在大量的电池充电芯片，它们可直接用于充电器的设计。本设计主要利用51单片机实现手机单节锂离子（Li+）电池智能充电器，要求充电快速且具有优良的电池保护能力。通过查阅相关资料，目前市场上常见的智能充电芯片主要包括：MAX1898、MAX1758、SMC401。不同的芯片在控制充电过程中能力各不相同，其价格也迥异，控制电路更是错踪复杂。通过进行对比论证，在相同功能下，MAX1898 的外围电路更加简单，易于焊接，相关技术资料比较全面，因此我们选取了MAX1898作为此次的充电芯片。
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、温度检测器和主控器，输入电流调节器用于限制总输入电流，包括系统负载电流与充电电流，但检测到输入电路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，MAX1898外接限流型充电电源和PNP功率三级管，可对单节锂电进行有效的快充，它通过外接电容设定充电时间，通过外接电阻设置最大充电电流。
MAX1898 uMAX封装如图2.3所示。
图2.3MAX1898 uMAX封装
MAX1898的引脚功能说明如下
IN（1引脚）：传感器输入，检测输入电压和电流
CHG（2引脚）：LED驱动器
EN/OK（3引脚）：逻辑电平输入允许/电源输入“好”
ISET（4引脚）：电流调节
CT（5引脚）：安全的充电时间设置
RSTRT（6引脚）：自动重新启动控制引脚
BATT（7引脚）：接单个Li+的正极
GND（8引脚）：接地
DRV（9引脚）：外接电阻驱动器
CS（10引脚）：电流传感器输入
MAX1898典型应用电路如图2.4所示。
图2.4 MAX1898典型应用电路
定时电容C和充电时间T的关系式满足：
C=34.33×T
注：通过外接电容CT 设置快充时最大的充电时间T，式中T 单位为小时，CT 单位为nF，一般情况下快充时间不超过3 小时，因此CT一般为100nF。
最大充电电流Imax 和限流电阻R 的关系式满足：
Imax＝1400/R
注：限制电流的模式下，通过外接电阻R来设置最大充电电流Imax，式中R 单位为欧姆，Imax 单位为安培。
输入电压范围为4.5V-12V。锂电池要求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，一般采用直流电源外加变压器。
充电器电路充电控制电路如图2.5所示。
图2.5 MAX1898充电模块电路
