利用MCU設計離線(xiàn)鋰電池充電器
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高效、低成本及可靠的電池充電器設計可用各種方法來(lái)實(shí)現，但采用8位閃速MCU不僅能縮短設計時(shí)間、降低成本及提供安全可靠的產(chǎn)品，而且還能使設計人員以最少的工作量來(lái)進(jìn)行現場(chǎng)升級。
圖1：(a)：降壓轉換器開(kāi)關(guān)“開(kāi)”；(b)：降壓轉換器開(kāi)關(guān)“關(guān)”
考慮到電池安全充電的成本、設計效率及重要性，基于MCU的解決方案可為設計者們提供諸多優(yōu)勢。通過(guò)選擇帶適當外圍與閃存的8位MCU，工程師們能充分利用其優(yōu)勢來(lái)設計一種離線(xiàn)鋰電池充電器。帶2KB閃存及適當外圍以提供一種廉價(jià)解決方案的飛利浦 80C51型MCU就是這樣一個(gè)例子。集成化閃存還能提供高效及方便地調試應用代碼并進(jìn)行現場(chǎng)軟件升級(如果需要)的能力。
由于設計界不僅熟悉而且廣泛接受8位MCU，故軟硬件開(kāi)發(fā)可快速進(jìn)行。由眾多廠(chǎng)商提供的各種功能強大且并不昂貴的應用開(kāi)發(fā)工具，也是這種方法的另一項優(yōu)勢。
利用這種方法，設計團隊不僅能極大地縮短設計周期，而且還能進(jìn)行更為復雜的設計，并使項目的整體材料費(BOM)不超出可接受的范圍。
外圍電路集成
譬如，當MCU集成有內部振蕩器時(shí)，離線(xiàn)鋰電池充電器設計可從以下兩方面獲益。首先，可省掉外部振蕩器，從而節省成本及PCB占位；其次，內部振蕩器可提高系統啟動(dòng)時(shí)的穩定性。
四通道A/D轉換器是設計工程師們應該尋求集成到芯片中的另一種有價(jià)值的外圍電路。除能比使用外部A/D轉換器更節約成本外，還能用它來(lái)檢測充電電壓、電流及電池溫度--幾乎包括安全電池充電操作中的所有重要參數。
用來(lái)實(shí)現以下所介紹設計的MCU(P89LPC916)不僅集成了上述所有這些特性而且還擁有可同時(shí)在兩個(gè)時(shí)鐘上執行指令的高性能處理器架構，從而將其性能提高至標準80C51器件的6倍。Time0(計時(shí)器0)很容易被配置成PWM輸出，故易于設置及使用PWM功能。
基本電池充電標準
圖3：鋰電池充電過(guò)程
本設計為專(zhuān)門(mén)針對額定700-750mAh、3.6V放電電壓及4.2V電壓極限的鋰電池充電器解決方案。
充電順序分成以下三個(gè)階段：預充電階段、恒定電流充電階段及恒定電壓充電階段。
當電池只剩下很少的電量且因此而只能產(chǎn)生很低的輸出電壓時(shí)，就必須有預充電階段。在此情況下，必須采用低電流充電以保護電池。但如果被充電電池可產(chǎn)生較高電壓(>3V)，則可省略掉預充電階段。當然，這是最普遍的情況。
大部分電能是在恒定電流及恒定電壓充電階段從充電器流入電池。電池的最大允許充電電流由該電池的額定容量決定。對于快速充電，例如額定700mAh的電池，可用350-400mA電流來(lái)充電。
在鋰電池情況下，MCU必須在保持電池正常充電電壓的同時(shí)還監視充電電流，以在電池充滿(mǎn)時(shí)能終止充電過(guò)程。
溫度監視可用來(lái)確保執行安全的充電步驟，因為隨著(zhù)電池充滿(mǎn)，任何額外的電能都將被轉換成熱量。盡管MCU必須為其完成的功能增加溫度監視，但當今市場(chǎng)上的大多數鋰電池都帶有內置過(guò)充電保護，故溫度監視盡管需要但卻很少使用。
降壓轉換器設計
圖4：測試電路
若要設計一種帶錐形端接特性的充電器，最有效及最經(jīng)濟的方法是采用降壓轉換器來(lái)作為開(kāi)關(guān)調整器。降壓轉換器使用電感來(lái)儲存電能。圖1a及1b分別為開(kāi)關(guān)處于通/斷位置時(shí)的降壓轉換器工作示意圖。
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