專利名稱：座式充電器方案的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用單片機(jī)進(jìn)行控制的移動(dòng)電話鋰離子電池座式充電器方案。
背景技術(shù)：
目前市場上用于給移動(dòng)電話鋰離子電池充電的座式充電器的電路原理方案主要有三種。第一種方案采用比較器或運(yùn)算放大器進(jìn)行充電控制。采用精密基準(zhǔn)電壓器件、比較器或運(yùn)算放大器和三極管或場效應(yīng)管構(gòu)成充電終止電壓，將待充電池接入后，若電池電壓低于充電終止電壓，則有電流流入電池對(duì)其充電。隨著充電的進(jìn)行當(dāng)電池電壓上升到接近或等于充電終止電壓時(shí)，則流入電池的電流極小。在充電電流回路里串入取樣電阻，使用比較器或運(yùn)算放大器比較取樣電阻上的電壓，當(dāng)電壓低于一定值后，給出電池充滿的信號(hào)，一般是使充滿指示燈點(diǎn)亮。這樣的方案簡單，但功能有限，實(shí)際上僅提供一個(gè)恒壓源作為充電電源，不判斷電池是否需要預(yù)充電，無其他保護(hù)功能。第二種采用鋰離子電池專用充電管理芯片如Semtech公司所推出的SC801，可構(gòu)成緊湊的方案，可判斷電池是否需要預(yù)充電，不同公司所生產(chǎn)的不同鋰離子電池專用充電管理芯片具有不同的保護(hù)功能和狀態(tài)指示方法。但因使用專用芯片，方案功能受芯片固有功能限制，靈活性差。
第三種方案采用單片機(jī)配合比較器或運(yùn)算放大器或V/F轉(zhuǎn)換等模擬芯片實(shí)現(xiàn)，在《電子報(bào)》2003年6月1日第22期第十版“一款智能充電器電路剖析”一文中就介紹了這種方案。它采用運(yùn)算放大器LM324配合LM331進(jìn)行V/F轉(zhuǎn)換，將電壓、電流值傳送給單片機(jī)，再由單片機(jī)做出控制和驅(qū)動(dòng)顯示。這樣的方案由模擬芯片做單片機(jī)外圍器件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述現(xiàn)有方案存在的缺點(diǎn)提供一種采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的移動(dòng)電話鋰離子電池座式充電器方案。本方案能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰離子電池的良好充電，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，而且可以通過更改軟件調(diào)整工作參數(shù)和顯示方式因而具備良好靈活性。
本方案由電壓值和鋰離子電池充電終止電壓相等的基準(zhǔn)電壓、用于電壓——時(shí)間轉(zhuǎn)換的RC回路結(jié)合目標(biāo)測量電壓選擇的二極管隔離回路、與鋰離子電池電壓相關(guān)的脈沖充電方法、兩點(diǎn)電池接入與探測方法組成；單片機(jī)利用二級(jí)管的反向阻斷特性選擇要測量的電壓，測量被測電壓通過R將C上電壓充至高電平所需時(shí)間，將電池電壓充電時(shí)間和基準(zhǔn)電壓充電時(shí)間比較，從而獲得電池電壓值；當(dāng)電池電壓低于預(yù)充電閥值時(shí)采用小占空比的脈沖進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)電池電壓高于或等于基準(zhǔn)電壓時(shí)停止充電；電池僅正負(fù)極兩點(diǎn)接入，探測通過與電池正極接入點(diǎn)通過電阻相連的單片機(jī)輸入輸出端口實(shí)現(xiàn)，將該端口置為輸出口輸出高電平或低電平后再將端口置為輸入口讀入端口狀態(tài)，若輸出高電平時(shí)讀到高電平并且輸出低電平時(shí)讀到低電平則表明正極接入點(diǎn)相對(duì)負(fù)極接入點(diǎn)懸空電池未接入，若輸出高電平時(shí)讀到低電平或輸出低電平時(shí)讀到高電平則表明有電池接入。
與鋰離子電池電壓相關(guān)的脈沖充電方法可以是當(dāng)電池電壓低于預(yù)充電閥值時(shí)采用小占空比的脈沖進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)電池電壓高于或等于基準(zhǔn)電壓時(shí)停止充電，當(dāng)電池電壓高于接近基準(zhǔn)電壓的預(yù)終止充電閥值時(shí)采用一定占空比的脈沖進(jìn)行預(yù)終止充電，當(dāng)電池電壓高于預(yù)充電閥值而低于預(yù)終止充電閥值時(shí)進(jìn)行高占空比充電，當(dāng)連續(xù)多次測試到電池電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)判斷為電池充滿，給出電池滿信號(hào)，當(dāng)判斷為電池滿后再測試到電池電壓低于基準(zhǔn)電壓值則采用小占空比的脈沖進(jìn)行補(bǔ)充電；對(duì)方案的進(jìn)一步擴(kuò)展使之運(yùn)用于同時(shí)具有移動(dòng)電話插槽和電池插槽的雙槽座式充電器，在移動(dòng)電話供電回路的正電壓側(cè)串入電阻，使用電壓——時(shí)間轉(zhuǎn)換的RC回路測量電阻兩端的電壓并取差值，差值與移動(dòng)電話取用電流成正比，由差值判斷當(dāng)移動(dòng)電話機(jī)取用電流大于設(shè)定值時(shí)關(guān)閉電池充電回路。
本發(fā)明的有益效果是由于不使用模擬芯片如比較器、運(yùn)算放大器或V/F轉(zhuǎn)換器測量電壓，因而結(jié)構(gòu)簡單成本降低；采用與電池電壓相關(guān)的脈沖充電方法，可以滿足鋰離子電池充滿而不過壓的要求；電池探測方法直接通過正負(fù)極探測無需另外連接點(diǎn)，因而電池的接入只需正、負(fù)兩個(gè)連接點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，并且避免了采用第三連接點(diǎn)探測可能發(fā)生的連接點(diǎn)接觸良好探測到電池接入而正或負(fù)極接觸不好無法正常充電的情況；電池接入采用判斷正極接入點(diǎn)是否相對(duì)負(fù)極接入點(diǎn)懸空的方法，無論電池電壓處于何種狀態(tài)總可以正確探測對(duì)雙槽座式充電器采用RC方法測量移動(dòng)電話取用電流，成本增加少，并根據(jù)移動(dòng)電話電流大小關(guān)閉或開啟電池充電回路，保證移動(dòng)電話優(yōu)先得到充電又能充分利用電源能力。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
圖1是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中U1為單片機(jī)。電源輸入為移動(dòng)電話配套旅行充電器輸出5VDC最大電流500mA?；鶞?zhǔn)電壓Vb為4.2V由DW1、R7、R8形成。在進(jìn)行電池電壓、基準(zhǔn)電壓測量和電池探測時(shí)由U1的P52口輸出低電平使電池充電控制三極管Q1截止，停止充電。測量基準(zhǔn)電壓時(shí)，先將P62口設(shè)置為輸入口、P61/P64/P66/P67四個(gè)口設(shè)置為輸出口并置低電平，使D2/D3/D4處于反向截止?fàn)顟B(tài)；再將P61口置為輸入口并開始計(jì)時(shí)到P61讀到高電平，這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間與電壓成反比。運(yùn)用同樣的方法測得電池電壓的轉(zhuǎn)換時(shí)間。將電池轉(zhuǎn)換時(shí)間和基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)間比較獲得電池電壓值，若電池電壓低于3.2V時(shí)，認(rèn)為電池需要預(yù)充電，則使用1/8的脈沖對(duì)電池充電；若電池電壓大于4.1V時(shí)，則使用1/2的脈沖對(duì)電池進(jìn)行預(yù)終止充電；當(dāng)電池電壓在3.2V和4.1V之間時(shí)進(jìn)行接近全占空比充電；若電池電壓大于等于基準(zhǔn)電壓時(shí)，關(guān)閉充電回路并將P64口置為輸出口并置高電平；若連續(xù)5次測試到電池電壓大于等于基準(zhǔn)電壓時(shí)，認(rèn)為電池已充滿，E1綠燈亮給出電池滿信號(hào)；給出電池滿信號(hào)后再測試到電池電壓低于基準(zhǔn)電壓，則使用1/8的脈沖對(duì)電池補(bǔ)充電；“1/8的脈沖對(duì)電池充電”表示一個(gè)周期內(nèi)1/8周期充電7/8周期停止充電，其余類推。電池探測時(shí)，P61口置為輸出口輸出高電平使D2截止，將P64口置為輸出口輸出高電平或低電平后延時(shí)10微秒再將P64口置為輸入口讀入端口狀態(tài)，若輸出高電平時(shí)讀到高電平并且輸出低電平時(shí)讀到低電平則表明正極接入點(diǎn)相對(duì)負(fù)極接入點(diǎn)懸空電池未接入，若輸出高電平時(shí)讀到低電平或輸出低電平時(shí)讀到高電平則表明有電池接入，C13取100PF-0.1uF能使探測可靠。R1為串在移動(dòng)電話供電回路正極端的電流取樣電阻，通過測量R1兩端電壓的轉(zhuǎn)換時(shí)間并取差值可得到移動(dòng)電話取用電流；當(dāng)測得移動(dòng)電話取用電流大于300mA時(shí)關(guān)閉電池充電回路，以將電源電流全部供給移動(dòng)電話充電；當(dāng)測得移動(dòng)電話取用電流小于200mA時(shí)開啟電池充電回路，以充分利用電源能力。
本實(shí)例中電池電壓測試每20秒進(jìn)行一次，先停止充電508毫秒，再用2毫秒測試基準(zhǔn)電壓后再用2毫秒測試電池電壓；電池探測和移動(dòng)電話電流測試每1/4秒進(jìn)行一次，每次耗時(shí)2毫秒；因而無全占空比充電，最高占空比只能約0.96。E1、E2為發(fā)光二極管用于顯示狀態(tài)，當(dāng)然也可以使用其他顯示方式。另外在軟件中設(shè)置電池充電時(shí)間限制，當(dāng)充電時(shí)間超出4.5小時(shí)后電池仍未充滿，則認(rèn)為電池故障，停止充電并指示。
權(quán)利要求
1.一種座式充電器方案，由單片機(jī)(U1)進(jìn)行控制，其特征在于由電壓值和鋰離子電池充電終止電壓相等的基準(zhǔn)電壓(Vb)、用于電壓——時(shí)間轉(zhuǎn)換的RC回路(R13、C2)結(jié)合目標(biāo)測量電壓選擇的二極管隔離回路(D1、D2、D3、D4)、與鋰離子電池電壓相關(guān)的脈沖充電方法、兩點(diǎn)電池接入與探測方法組成；單片機(jī)(U1)利用二級(jí)管(D1、D2、D3、D4)的反向阻斷特性選擇要測量的電壓，測量被測電壓通過R將C上電壓充至高電平所需時(shí)間，將電池電壓充電時(shí)間和基準(zhǔn)電壓充電時(shí)間比較，從而獲得電池電壓值；當(dāng)電池電壓低于預(yù)充電閥值時(shí)采用一定占空比的脈沖進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)電池電壓高于或等于基準(zhǔn)電壓時(shí)停止充電；電池僅正負(fù)極兩點(diǎn)接入，探測通過與電池正極接入點(diǎn)通過電阻(R12)相連的單片機(jī)輸入輸出端口(P64)實(shí)現(xiàn)，將該端口置為輸出口輸出高電平或低電平后再將端口置為輸入口讀入端口狀態(tài)，若輸出高電平時(shí)讀到高電平并且輸出低電平時(shí)讀到低電平則表明正極接入點(diǎn)相對(duì)負(fù)極接入點(diǎn)懸空電池未接入，若輸出高電平時(shí)讀到低電平或輸出低電平時(shí)讀到高電平則表明有電池接入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的座式充電器方案，其特征在于當(dāng)電池電壓低于預(yù)充電閥值時(shí)采用小占空比的脈沖進(jìn)行預(yù)充電，當(dāng)電池電壓高于或等于基準(zhǔn)電壓時(shí)停止充電，當(dāng)電池電壓高于接近基準(zhǔn)電壓的預(yù)終止充電閥值時(shí)采用一定占空比的脈沖進(jìn)行預(yù)終止充電，當(dāng)電池電壓高于預(yù)充電閥值而低于預(yù)終止充電閥值時(shí)進(jìn)行高占空比充電，當(dāng)連續(xù)多次測試到電池電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)判斷為電池充滿，給出電池滿信號(hào)，當(dāng)判斷為電池滿后再測試到電池電壓低于基準(zhǔn)電壓值則采用小占空比的脈沖進(jìn)行補(bǔ)充電；
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的座式充電器方案，其特征在于在移動(dòng)電話供電回路的正電壓側(cè)串入電阻(R1)，使用電壓——時(shí)間轉(zhuǎn)換的RC回路測量電阻兩端的電壓并取差值，差值與移動(dòng)電話取用電流成比例，由差值判斷當(dāng)移動(dòng)電話機(jī)取用電流大于設(shè)定值時(shí)關(guān)閉電池充電回路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)控制的移動(dòng)電話鋰離子電池座式充電器方案。DW1和R7、R8構(gòu)成的基準(zhǔn)電壓Vb和鋰離子電池充電終止電壓相等，用二極管D1、D2、D3、D4隔離和選擇目標(biāo)測量電壓并使用RC充電方法測量電壓值，根據(jù)鋰離子電池電壓值采用不占空比同的脈沖充電；電池接入為正負(fù)極雙點(diǎn)接入，通過P64口和R12、C3配合測試電池正極接入點(diǎn)相對(duì)負(fù)極接入點(diǎn)是否懸空來探測電池是否存在；通過R1取樣移動(dòng)電話取用電流，以決定是否關(guān)閉電池充電部分。其結(jié)構(gòu)簡單，電池探測可靠，方案靈活。
文檔編號(hào)H02J7/02GK1649231SQ200410015258
公開日2005年8月3日 申請日期2004年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月26日
發(fā)明者蘇穎耿 申請人:蘇穎耿