AVR单片机TINY13V镍氢电池充电器设计资料

参考设计实现了两个充电器，分别由高端产品 AT90S4433 和高集成度、低成本的 8 引脚
器件 ATtiny15 构成。当然，也可以用任意一款带 A/D 转换器、 PWM 输出、具有足够程
序存储器的 AVR 器件来实现电池充电器。(毕业设计网 )

随着越来越多的手持式电器的出现，对高性能、小尺寸、重量轻的电池充电器的需求也越
来越大。电池技术的持续进步也要求更复杂的充电算法以实现快速、安全的充电。因此需
要对充电过程进行更精确的监控，以缩短充电时间、达到最大的电池容量，并防止电池损
坏。 AVR 已经在竞争中领先了一步，被证明是下一代充电器的完美控制芯片。
Atmel AVR 微处理器是当前市场上能够以单片方式提供 Flash、 EEPROM 和 10 位 ADC
的最高效的 8 位 RISC 微处理器。由于程序存储器为 Flash，因此可以不用象 MASK ROM
一样，有几个软件版本就库存几种型号。Flash 可以在发货之前再进行编程，或是在 PCB
贴装之后再通过 ISP 进行编程，从而允许在最后一分钟进行软件更新。
EEPROM 可用于保存标定系数和电池特性参数，如保存充电记录以提高实际使用的电池
容量。10 位 A/D 转换器可以提供足够的测量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。
而其他方案为了达到此目的，可能需要外部的 ADC，不但占用 PCB 空间，也提高了系统
成本。
AVR 是目前唯一的针对象 “C” 这样的高级语言而设计的 8 位微处理器。AT90S4433 参考
设计就是用 “C” 写的，说明用高级语言进行软件设计是多么的简单。C 代码似的此设计很
容易进行调整以适合当前和未来的电池。而 ATtiny15 参考设计则是用汇编语言写的，以
获得最大的代码密度。

现代消费类电器主要使用如下四种电池：
• 密封铅酸电池 (SLA)
• 镍镉电池 (NiCd)
• 镍氢电池 (NiMH)
• 锂电池 (Li-Ion)
在正确选择电池和充电算法时需要了解这些电池的背景知识。
密封铅酸电池主要用于成本比空间和重量更重要的场合，如UPS和报警系统的备份电池。
SLA 电池以恒定电压进行充电，辅以电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。只要电
池单元电压不超过生产商的规定 ( 典型值为 2.2V)， SLA 电池可以无限制地充电。
NiCd 电池目前使用得很普遍。它的优点是相对便宜，易于使用；缺点是自放电率比较高。
典型的 NiCd 电池可以充电 1,000 次。失效机理主要是极性反转。在电池包里第一个被完
全放电的单元会发生反转。为了防止损坏电池包，需要不间断地监控电压。一旦单元电压
下降到 1.0V 就必须停机。 NiCd 电池以恒定电流的方式进行充电。(毕业设计网 )
在轻重量的手持设备中如手机、手持摄象机，等等镍氢电池是使用最广的。这种电池的容
量比 NiCd 的大。由于过充电会造成 NiMH 电池的失效，在充电过程中进行精确地测量以
在合适的时间停止是非常重要的。和 NiCd 电池一样，极性反转时电池也会损坏。
NiMH 电池的自放电率大概为 20%/ 月。和 NiCd 电池一样，NiMH 电池也为恒定电流充电。
和本文中所述的其他电池相比，锂电池具有最高的能量 / 重量比和能量 / 体积比。锂电池
以恒定电压进行充电，同时要有电流限制以避免在充电过程的初期电池过热。当充电电流
下降到生产商设定的最小电流时就要停止充电。过充电将造成电池损坏，甚至爆炸。

电池的安全充电

充电方法
最大充电电流

过热

现代的快速充电器 ( 即电池可以在小于 3 个小时的时间里充满电，通常是一个小时 ) 需要
能够对单元电压、充电电流和电池温度进行精确地测量，在充满电的同时避免由于过充电
造成的损坏。
SLA 电池和锂电池的充电方法为恒定电压法要限流； NiCd 电池和 NiMH 电池的充电方法
为恒定电流法，且具有几个不同的停止充电的判断方法。
最大充电电流与电池容量 (C) 有关。最大充电电流往往以电池容量的数值来表示。例如，
电池的容量为 750 mAh，充电电流为 750 mA，则充电电流为 1C (1 倍的电池容量 )。若
涓流充电时电流为 C/40，则充电电流即为电池容量除以 40。
电池充电是将电能传输到电池的过程。能量以化学反应的方式保存了下来。但不是所有的
电能都转化为了电池中的化学能。一些电能转化成了热能，对电池起了加热的作用。当电
池充满后，若继续充电，则所有的电能都将转化为电池的热能。在快速充电时这将使电池
快速升温，若不及时停止充电就会造成电池的损坏。因此，在设计电池充电器时，对温度
进行监控并及时停止充电是非常重要的。