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為電池充電器開(kāi)發(fā)經(jīng)濟的混合信號充電系統
作者：
時(shí)間：2011-12-05
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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圖 2 混合信號電池充電器框圖
混合信號設計
利用MCP1630作為模擬PWM和驅動(dòng)器，可以獲得一個(gè)可編程的SEPIC電流源。PWM和驅動(dòng)器提供模擬穩流功能、MOSFET柵極驅動(dòng)以及高速過(guò)流保護。PIC12F683單片機設定SEPIC電源開(kāi)關(guān)頻率(500 kHz)并編程設定SEPIC恒定輸出電流。
PWM和驅動(dòng)器利用單片機中的硬件PWM來(lái)設定SEPIC開(kāi)關(guān)頻率和最大占空比。硬件PWM頻率等于SEPIC電源開(kāi)關(guān)頻率，同時(shí)，硬件PWM占空比確定了最大SEPIC電源占空比。單片機的硬件PWM輸出500 kHz，25%占空比的脈沖將SEPIC開(kāi)關(guān)頻率設定為500 kHz，最大占空比75%。標準單片機I/O引腳利用簡(jiǎn)單的RC濾波器生成軟件可編程的參考電壓。這一可編程的參考電壓用來(lái)設定SEPIC轉換器輸出精確恒定的充電電流。
在同相輸入(Vref)端，可編程參考電壓確定了電池充電電流值。調整MCP1630 PWM輸出占空比(Vext)，直到Vref輸入電壓與誤差放大器FB輸入端電壓相等。通過(guò)調節Vref 輸入引腳的電壓就可相應調整電池電流。
PWM和驅動(dòng)器能夠以大于 500 kHz的頻率驅動(dòng)MOSFET，同時(shí)利用一個(gè)內部高速(典型值為12ns)比較器來(lái)監測SEPIC開(kāi)關(guān)電流。如果開(kāi)關(guān)電流太大，PWM占空比就會(huì )為0，從而限制電池電流。
最后，充電電流還將根據來(lái)自ADC的電池電壓和溫度等信息進(jìn)行調節。
要進(jìn)入恒壓充電階段，單片機的ADC讀取電池電壓并更新可編程電流源(SEPIC)，以保持電池電壓為4.2V。這一過(guò)程的電池電壓變化速率遠快于恒流充電時(shí)的速率。
對于鋰離子電池，當維持電池電壓為4.2V所需要的電流降低到一定值(100mA)時(shí)，充電周期結束。這是利用固件設定的，并且可以方便地修改以滿(mǎn)足不同電池生產(chǎn)商的推薦值。在典型的模擬充電器中，充電結束電流是充電周期電流的一定比例，因此不容易改變。
對鎳氫電池，快速充電階段結束時(shí)，需要滿(mǎn)足下面一個(gè)條件或同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)條件：電池電壓保持恒定或隨著(zhù)時(shí)間下降，或者電池組溫度高于預定值?？焖俪潆娊Y束后，就開(kāi)始進(jìn)行定時(shí)涓流浮充。
ADC輸入和電池組熱電偶相配合可以檢測電池溫度。通過(guò)讀出“TEMP_SENSE”輸入端的電壓，可以確定電池溫度。
當檢測到電池電壓太高時(shí)，PIC12F683 中斷代碼可以提供過(guò)壓保護(OV)。SEPIC轉換器在不到1ms的時(shí)間內關(guān)斷，在電池端接端造成的電壓過(guò)沖最小。
SEPIC轉換器二極管阻止電池向充電器放電。從電池流出的靜態(tài)電流只有電池電壓檢測一個(gè)通道，此時(shí)的電流大小通常不到5 mA。
可選的特性
此外，結合一個(gè)單片機和多個(gè)高速模擬PWM模塊還可以增加更多功能，例如針對多組電池充電應用的充電器組，異相開(kāi)關(guān)技術(shù)以及輸入電源預算功能。
結語(yǔ)
在開(kāi)發(fā)電池充電器時(shí)采用混合信號方式，可以充分發(fā)揮模擬和數字兩方面的優(yōu)點(diǎn)?；诨旌闲盘柕脑O計支持高頻工作(500kHz)、高速保護(12ns,從電流檢測到輸出)，并可將濾波器件的尺寸縮到最小。此外，系統的可編程數字功能還可以準確判斷充電的不同階段并設定充電電流。
由于可以容易地進(jìn)行電流設置和編程，因此，通過(guò)固件就可以支持新的電池充電方法，這種設計并不僅僅適用于鋰離子和鎳氫電池，同時(shí)還可通過(guò)編程支持未來(lái)的可充電技術(shù)。
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