基于MCP1631HV的多功能充電器系統設計

1 概述
隨著(zhù)便攜式可充電應用的持續增長(cháng)，對獨特或者定制電池充電器設計的需求也在不斷增加。除了便攜式可充電應用的增長(cháng)之外，電池化學(xué)也在不斷進(jìn)步，涌現了許多新的充電算法。
本文采用Microchip公司的高速PWM系列器件MCP1631HV設計了一款多種充電算法并存、用戶(hù)可以進(jìn)行靈活配置、可以滿(mǎn)足多種不同特性的充電電池的智能充電器。整個(gè)硬件體積大小為7 cm×6．7 cm×3 cm，可以滿(mǎn)足目前社會(huì )對智能充電器小體積、可靈活配置以及高充電效率的需求。整個(gè)智能充電器系統的設計包括3部分：智能充電器充電算法原理、智能充電器硬件系統設計以及充電算法系統軟件設計。

2 智能充電器多種充電算法原理
針對目前市面上常見(jiàn)的可充電電池類(lèi)型，具體分析鎳氫鎳鎘電池充電曲線(xiàn)以及鋰離子電池充電曲線(xiàn)。圖1是鎳氫鎳鎘電池充電曲線(xiàn)特性圖。

從圖1可以看出，整個(gè)鎳氫鎳鎘充電曲線(xiàn)的工作過(guò)程是：一旦MCU檢測到有充電電池，就會(huì )有受控小電流或調理電流流入電池組，從而開(kāi)始進(jìn)行充電。如果充電的每節電池電壓都在0．9 V以上，就對電池組開(kāi)始快速充電或者使用高電流進(jìn)行充電。對于鎳氫或鎳鎘電池，充電電池的范圍可達(甚至超過(guò))電池容量的50％～100％。當電池到達其容量時(shí)，采取漸止充電方式完成充電周期。
當電池充電完成時(shí)，需要停止對電池組的進(jìn)行充電，一般采取兩種方法來(lái)判斷是否停止充電：
①根據電池組溫度的突然增加；
②根據電池組電壓的細微下降-dV／dt。
針對鎳氫鎳鎘電池而言，電池組電壓的細微下降不容易檢測，因為變化率變化非常小，但是-dT／dt變化率較大，容易檢測，因此在下面的設計中對鎳氫電池組采用第一種方法進(jìn)行停止充電檢測。
鋰離子電池充電曲線(xiàn)特性如圖2所示。鋰離子電池充電之前先要進(jìn)行電池校驗，且在開(kāi)始快速或者高電流充電之前，每塊電池的電壓均應大于3 V。若小于3 V，使用低值調理電流來(lái)開(kāi)始充電周期。MCU一旦檢測到電池電壓大于3 V閾值，就將啟動(dòng)快速或高電流充電，隨著(zhù)電池電壓的上升，在電池充滿(mǎn)之前電壓到達最大值。絕大多數鋰離子電池的恒定電壓是4．2 V，達到這個(gè)電壓值以后，電池充電器變成恒壓源(調節電流而不調節電壓)。當處于恒壓模式時(shí)，隨著(zhù)充電電流的降低，充電周期仍然繼續；當充電電流下降到快速充電電流約7％時(shí)，停止充電。如果充電結束后電壓下降到4．0 V以下，則可以開(kāi)始新的充電周期。