基于嵌入式微處理器的電能收集充電器方案

　　隨著(zhù)計算機技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)手機、數碼產(chǎn)品、手提電腦、便攜儀器等設備正成為人們生活中不可或缺的工具與這些產(chǎn)品相對應的充電器的設計也越來(lái)越受到關(guān)注，且充電器的好壞將會(huì )直接影響到產(chǎn)品的性能和使用壽命?，F代生活中充電設備數量迅速增多，而各個(gè)廠(chǎng)商所出的充電接口又各不相同，與此同時(shí)，市場(chǎng)上充電器的種類(lèi)特別繁多，且充電器的較典型的實(shí)現方法是用一個(gè)專(zhuān)門(mén)功能的集成電路IC去控制充電電流/電壓的范圍，這種普通的恒流或恒壓充電器都有充電效率低、充電時(shí)間長(cháng)、降低電池壽命等缺陷。本文針對鋰離子可充電池的充放電特性及實(shí)際使用中的需求，利用新型的嵌入式芯片LM3S1138為主控制器，在鋰離子電池充電的過(guò)程中，進(jìn)行智能控制，嚴格控制充電電流、電壓、溫度等物理參數，從而實(shí)現數字化、智能化、節能化的特點(diǎn)。

　　1電能收集充電器硬件設計

　　電能收集充電器的硬件設計，主要包括直流電源、電源變換器、EasyARM1138、PWM發(fā)生器、采樣電路、可充電池等部分的設計與整合，形成一個(gè)循環(huán)系統。其電路模塊如圖1所示。

　　1.1 EasyARM1138嵌入式微處理器

　　EasyARM1138嵌入式微處理器采用了Luminary Micro公司Stellaris系列基于Cortex-M3內核的LM3S1138芯片，該芯片包含一個(gè)低壓降的穩壓器，集成的掉電復位和上電復位功能，仿真比較器，10 bit的ADC，SSI，GPIO，看門(mén)狗和通用定時(shí)器，UART，I2C及運動(dòng)控制的PWM等各種豐富的外設功能，可直接通向GPIO管腳，不需要特性的復用。非常適合用作智能型充電器的控制單元。

　　EasyARM1138的任務(wù)是從采樣電路處實(shí)時(shí)采集電池的充電狀態(tài)，通過(guò)計算決定下一階段的充電電流，并產(chǎn)生合適的PWM信號來(lái)控制充電電流;通過(guò)UART、LCD來(lái)實(shí)時(shí)地傳輸和顯示采樣數據，采集的電池參數不正常時(shí)，可以產(chǎn)生報警信號。

　　1.2電源變換和控制電路

　　1.2.1 BUCK電源變換電路

　　在電能收集過(guò)程中，充電器通過(guò)控制電壓或者電流來(lái)實(shí)現不同的充電策略。設計采用容易控制的、效率高的BUCK變換器。BUCK變換器是用EasyARM1138產(chǎn)生的PWM信號控制的，通過(guò)控制PWM的占空比，來(lái)控制開(kāi)關(guān)管Q2輸出電壓或者電流。BUCK變換電路如圖2所示。

　　Vi、Vo分別為輸入輸出電壓，D1是續流二極管。BUCK變換器的工作原理：當PWM輸出高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管導通，電流通過(guò)晶體管和電感到電池。在這一階段，電感吸收能量，電容被充電。當PWM輸出低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷，電流經(jīng)二極管D1續流，電感兩端的電壓反向，電流由二極管提供。電感和電容作為濾波器輸出電壓和電流。

　　1.2.2 PWM發(fā)生器

　　PWM發(fā)生器集成在EasyARM1138系統中，利用定時(shí)器(Timer)模塊的16 bit PWM功能來(lái)產(chǎn)生PWM信號。在PWM模式中，TimerA或TimerB配置為16 bit元元元的遞減計數器，通過(guò)設置適當的裝載值(決定PWM周期)和匹配值(決定PWM占空比)來(lái)自動(dòng)產(chǎn)生PWM方波信號，并從相應的管腳輸出。

　　本方法的基本思想是利用EasyARM1138所具有的PWM()管口，在不改變PWM方波周期的前提下，通過(guò)軟件的方法調整PWM控制寄存器來(lái)調整PWM的占空比，從而控制充電電流。在調整充電電流前，處理器先快速讀取充電電流的大小，然后把設定的充電電流與實(shí)際讀取到的充電電流進(jìn)行比較。若實(shí)際電流偏小，則向增加充電電流的方向調整PWM的占空比;若實(shí)際電流偏大，則向減小充電電流的方向調整PWM的占空比。在軟件PWM的調整過(guò)程中要注意ADC的讀數偏差和電源工作電壓等引入的紋波干擾，合理采用算術(shù)平均法等數字濾波技術(shù)。