【导读】随着越来越多各种的智能设备的出现，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、安全地充电，因此，需要对充电过程进行更精确地监控，以缩短充电时间，达到最大的电池容量，并防止电池损坏。本方案用单片机实现智能充电器的设计...
常见充电电池特性及其充电方式
电池充电是通过逆向化学反应将能量存储到化学系统里实现的，由于使用的化学物质的不同，电池的特性也不同，其充电的方式也不大一样。
电池的安全充电 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。
充电方法 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 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。
过热 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。
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(SLA) 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。
镍镉电池(NiCd) 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1000 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。
镍氢电池(NiMH) 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。
锂电池 (Li-Ion) 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。
本文设计的智能充电器方案的基本原理框图如下，智能型充电电路包括了恒流／恒压控制环路、电池电压监测电路、电池温度检测电路、外部显示电路(LED或LCD显示)等基本单元。
主芯片选择Atmega16L具有以下特性作为充电器的核心部件。它是一种具有40引脚的高性能、低功耗的8位微处理器。其功能特性如下：
(1) 8位CPU。
(2) 先进的RISC 结构：
131 条指令– 大多数指令执行时间为单个时钟周期
32个8 位通用工作寄存器
全静态工作
(3) 非易失性数据和程序存储器：
16K 字节的系统内可编程Flash，擦写寿命可达到10,000 次以上。具有独立锁定位的可选Boot代码区，通过片上Boot程序实现系统内编程。
512 字节的EEPROM，可连续擦写100,000 次。1K字节的片内SRAM，可以对锁定位进行编程以实现用户程序的加密。
(4) 可通过JTAG接口实现对FLASH、EEPROM的编程。
(5) 32个可编程的I/O引线，40引脚PDIP封装。
(6) 两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/ 计数器，一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/ 计数器。
(7) 片内/ 片外中断源。
(8) 具有一个10位的AD转换器，能对来自端口A的8位单端输入电压进行采样。
(9) 工作电压：2.7－5.5V。
速度等级：0－8MHz。
硬件接线图：
Atmel AVR微处理器是当今市场上能够以单片方式提供Flash，EEPROM和10位ADC的最高效的8位微处理器，其程序可以多次更改而不必浪费单片机和电路板，而且其程序采用C语言编程，具有汇编语言编程所不可比拟的优势。因此，AVR被证明是下一代充电器的完美控制芯片。
（软件设计和调试部分由于篇幅关系，就不在文中展示了。主要给大家提供一种设计思路，如需详细了解，敬请联系我们）
