電路設計單片機鋰電池充放電論文

【摘要】隨着科學技術的不斷完善和發展，移動智能產品的功能日益多元化，其使用越來越頻繁，各類數碼產品的鋰電池不能滿足用户的需求，移動電源在人們的生活中得到廣泛的應用。移動電源的儲能單元一般都是鋰電池，本文通過分析鋰電池的主要工作願和能力，分析其充電和放電的主要特徵，完善鋰電池充電和放電的設計，並且提出了具體的設計方案，提升移動電源的實用性。

【關鍵詞】鋰電池；移動電源；充電；放電

隨着移動互聯網的不斷髮展，智能終端得到普及，可攜帶式的移動電子產品得到人們的青睞。智能手機、平板電腦等設備都需要採用鋰電池供電，但是人們對這些電子產品非常依賴，常常出現電力不足的情況。現在各類數碼產品的功能非常完善，而且使用也非常頻繁，完善電子產品的鋰電池的性能顯得非常關鍵。為了確保外出時電子產品可以保持充足的電量，很多用户都會採用移動電源給電子產品充電。移動電源中由鋰電池供電，其在平板電腦、數碼相機中也得到了應用。移動電源技術突破了固定電源的侷限性，在鋰電池發展中也是一項突破。本文結合單片機技術，分析鋰電池充電和放電的設計。

1、充電和放電電路系統結構及鋰電池的優勢

　　1.1充電和放電電路系統結構

移動電源俗稱充電寶，其中有鋰電池作為儲能電源，藉助升壓和降壓的方式，對電力進行釋放和保存，結合了儲存電能和提供電能的功能，其體積比較小，攜帶非常方便，可以給各類數碼產品隨時充電。充電和放電系統主要是由控制電路、升壓電路和充電管理電路等構成。升壓電路主要起到輸出斷路和保護電路的效果，移動電源的鋰電池主要起到充電、放電和保護電路的效果，系統供電管理電路主要起到電量的檢測效果。充電系統的質量受到充電電池的材料、體積和容量等影響。由於鋰電池與其他類型的電池比較而言，其質量比較小，而且體積不大，放電量不大，可以進行快速的充電，在各類智能設備的充電中得到廣泛的應用。與液態的電池相比較而言，移動電源中的鋰電池充分的採用固體聚合物，電池的形狀非常薄，而且形狀可以發生變化，體積也能得到縮小，其能量密度非常大，在相同的體積下，鋰聚合物電池的重量更小。所以，在電子產品中的移動電源中，一般都是採用鋰聚合物電池。在移動電源中使用的鋰電池對電壓提出了非常精確的要求，一般電壓控制在4.5V以內，其電壓非常低，在低電壓的情況下，鋰電池在為各類數碼產品充電的環節中，需要藉助升壓控制電路，在移動電源的電力向外界輸出時，應該先提升其電壓。在移動電源中常用的是鋰聚合物電池，在儲能完成後，應該及時補充電量，在鋰電池的電路中，應該確保設計了充電控制電路。在移動電源的核心技術中，在給手機充電的環節中，應該分析放電的電路和電壓的曲線是否是平滑的，如果曲線不是平滑的，其就會對充電設備產生破壞，所以，在充電和放電的環節中，要完善電路的保護設計，防止電路輸出不穩定，對智能設備產生損壞，而且也會影響移動電源的質量。移動電源是化學電池設計的產物，在使用中，電池的容量、壽命和安全性對其產生直接的影響。在鋰電池廣泛應用的今天，移動電源也得到了人們的青睞。在很多移動電源的生產廠家中，他們對移動電源的性能都有明確的要求，移動電源具有較好的限流保護的效果，而且可以防止電流發生短路情況，完成反充保護線路的設計。在自動充電和快速充電中可以得到完善，而且在電量充滿後，可以實現自動化的斷電。在移動電源上還涉及了LED燈，對充電的狀態進行展現，並且實現了低噪聲的充電方式，可以模擬微電腦的控制。在移動電源的生產中，如果要採用鋰電池，那麼要保證充電的環節中保持恆定電流和恆定電壓，從而確保電池的容量可以得到有效的利用。在進行鋰電池充電的環節中，將其放置到最大的電壓中，如果出現過充的情況，就會對電池產生損壞。而且如果電壓非常低，要採用預充的方式，在充電終止時要進行相應的檢測，還可以採用其他的方式，對電池的温度檢測，完善電池的附加保護。如今，在進行移動電源的設計中，實現了電池的充電功能，LED顯示電量的功能，保護機制，當移動電源在充電中，電池的温度超過一定的數值，就會停止充電，或者電壓出現異常情況後，指示燈會呈現紅色。在過流和過壓的情況下，移動電源都能得到保護。在針對異常情況進行處理中，可以確保快速的恢復充電。

　　1.2鋰電池的優勢

其一，鋰電池的能量密度非常高，在使用中，其體積能量密度和質量能量密度都能得到保障，而且隨着鋰電池的不斷研發，其能量密度還在不斷的提升。其二，其工作電壓可以得到保障，在單節鋰電池放電的環節中，其電壓可以達到3.7V，其在3V的電路中也能正常的供電。如果電子設備的電壓比較高，可以將電池串聯在一起使用，串聯的電池數量會大大的減少。其三，鋰電池的自放電非常小，通常在10%以下，這是普通的鎳電池不能達到的。其四，鋰電池實現了快速的充電和放電功能，每次充電一個小時就能充80%的電量，鋰電池的負極是採用碳電極構成，其可以代替普通的金屬離子，其可以實現快速的充電。在比較危急的情況下，鋰電池可以在兩個小時內將電量充滿，其安全性可以得到保障。其五，鋰電池的壽命非常長，鋰電池的負極採用的是碳負極，所以在充電和放電的環節中，在負極處不能有金屬鋰產生，從而可以防止電池在充電的環節中出現短路的情況。鋰電池可以使用1000次以上。其六，鋰電池在不同的温度範圍下都能使用，鋰電池實現了低温放電的能量，其在-20攝氏度的低温環境下能使用，在60攝氏度的高温條件下也能使用。其高温放電性能是其他類型的電池不能達到的。其七，鋰電池的體積小，而且輸出的功率非常大，不會產生嚴重的污染。其綜合性能要比鎳鎘等電池好。

2、硬件電路設計

在進行移動電源硬件電路設計的環節中，應該採用低能耗的單片機的方式，單片機的成本比較低，而且不會有太多的引腳，在小型的家電中也得到了廣泛的使用。在進行温度的測量和高端智能充電器的使用中，得到廣泛的應用。在本次的`設計中，結合充電器、穩壓器等實現了移動電源充電和放電的保護工作。

　　2.1單片機控制電路

在進行單片機的控制電路設計中，一般是採用高速度，低能耗的設計方式，單片機具有8位高性能精簡指令，內部採用一次性編程的方式，採用數據寄存器的方式，計數器也採用8位的。在系統中採用多個時鐘，工作模式主要有四種，信道有15個，莫屬轉化器採用十二位的，中斷源有五個。在設計中，移動電源的控制系統運用單片機實現。控制電路的主要作用在於實現對電壓的收集，對充電和放電的狀態進行控制，對電量進行指示。單片機的復位端口處的開關直接控制整個系統的工作。發光二極管主要對充電和放電時的電量進行展示。在充電器的芯片中可以及時的放出信號，對鋰電池的充電情況進行判斷。如果是處於高電平的狀態下，就説明鋰電池處於充電的狀態，如果是在低電平的狀態下，説明鋰電池沒有在充電的狀態中。由於鋰電池自身的電壓並不是特別的穩定，其變化的範圍比較大，所以在對其模擬輸出量進行分析中，應該採用串聯電阻分壓的方式，控制好模擬量的變化範圍。在充電檢測端口處，應該完善放電檢測端口的設計。端口一般是放電檢測端口，採用降壓型的穩壓器，可以在一定程度上延長電池的使用年限，防止電池在充電和放電的環節中出現電壓不穩定的情況，從而確保供電的穩定性。單片機在對電路進行控制的環節中，可以結合低壓差大流穩壓器的方式。

　　2.2系統供電管理電路

在本次的研究中，採用系統供電的方式，運用線性充電器的方式，其可以確保電流和電壓處於恆定的狀態。在電壓和電流保持恆定的狀態下就能保障鋰電池實現線性充電。為了完善散熱的效果，在系統下部都安裝了散熱片，為了確保芯片的正常使用，也可以設計USB接口的方式，結合適配器電源。在內部設計了防止倒充的電路，所以不需要採用隔離二極管的方式。在移動電源正在使用的環節中，採用高腳電平，芯片的使用狀態非常好，在引腳為充電電路大小，實現對引腳的控制，在接受一定的電阻後，在充電的時候可以保持恆定的電流和電壓，電壓可以控制在1V，在電流通過引腳後，電流的數值也是恆定的。在引腳向鋰電池提供電流後，內部設計了精確的電阻分壓器，從而完善電壓的恆定性。在整個充電過程，實現了智能化的監控，在鋰電池充電的環節中，完善了預充、電流恆定和電壓恆定的功能。

　　2.3充放電保護電路

在鋰電池的使用中，要設計好專門使用的芯片，從而可以防止鋰電池出現過度充電的情況，電流過大會導致鋰電池的使用年限的縮短，甚至會出現電池被損壞的情況。提升電壓檢測的精度，完善延遲的功能。在完善充電和放電保護電路後，可以確保導通電阻的的降低，提升鋰電池的性價比。在電池保護和低壓開關電路的使用情況中，可以完善鋰電池過流保護的效果，在進行引腳的設計中，可以設計放電控制引腳，在對電壓進行檢測的環節中，應該有效的控制放電，當電壓提升後，再恢復正常的放電。在充電控制引腳的設計環節中，在對電壓監測中，如果電壓比較高，應該分析鋰電池是否出現了過充的情況，在電壓降低後可以進行繼續充電。在這項設計中，可以有效的防治鋰電池過度的放電和過度充電的情況，防止對鋰電池的壽命產生影響。

　　2.4升壓輸出電路

在升壓輸出電路的設計中，要充分的採用穩壓器，可以完善電壓源、振盪電路、誤差放大器等切換，從而對切換電路進行合理的控制，在高效率的電路中可以充分的採用。這種方法可以充分的藉助寬柵極電壓的處理方式，在電池保護中得到廣泛的應用。在升壓輸出電路的應用中，主要是採用穩壓器的方式，當鋰電池的負載較大的情況下，可以採用高電平的方式，確保芯片可以正常的使用。在專用鋰電池的升壓後，可以採用引腳輸出的方式。

3、結語

本文主要分析了移動電源鋰電池充電和放電的情況，完善升壓方式，在移動電源的設計中實現了安全性，在各個單元電路的設計中更加的完善，完善外圍電路的設計，並且完善了温度保護、過載保護和漏電保護的方針。

參考文獻

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作者:徐文雋 王芳 單位:南京林業大學淮安校區電工電子實驗中心 南京林業大學淮安校區物理實驗中心