使用鋰離子技術(shù)實(shí)現電池充電器

　　本文中，我們將舉例說(shuō)明如何使用鋰離子技術(shù)來(lái)實(shí)現電池充電器。鋰離子電池充電器通常采用恒流(CC) — 恒壓(CV)充電曲線(xiàn)。充電過(guò)程會(huì )經(jīng)歷幾個(gè)不同的階段，在確保電池容量充滿(mǎn)的同時(shí)要符合特定的安全規則。CC-CV曲線(xiàn)包括以下幾個(gè)階段：

　　1. 預充

　　2. 激活

　　3. 恒流

　　4. 恒壓

　　充電開(kāi)始為預充階段，以檢查電池狀況是否良好。在此階段中，通常給電池提供電池容量5%到15%的少量電流，如果電池電壓上升到2.8V以上，則認為電池狀況良好，可以進(jìn)入到激活階段。在此階段中，給電池提供相同的電流，但會(huì )持續更長(cháng)的時(shí)間。當電池電壓上升到3V以上，則啟動(dòng)快充，并提供等于或低于電池容量的恒定電流。當電池電壓上升到完全充電電壓(4.2V) 時(shí)或出現超時(shí)情況(不管哪一種情況先出現)，恒流階段結束。電池電壓到達完全充電電壓時(shí)，充電進(jìn)入到恒壓階段，且電池電壓保持恒定。要做到這一點(diǎn)，充電電流必須隨著(zhù)時(shí)間的推移而降低。這一階段的充電過(guò)程相比于其它充電階段而言所需的時(shí)間最長(cháng)。在這個(gè)過(guò)程中，當充電電流降到“結束電流”限度以下，通常為電池容量的2%，則電池充滿(mǎn)，充電過(guò)程結束。請注意，充電過(guò)程中每個(gè)階段都有一個(gè)時(shí)間限制，這是一個(gè)重要的安全特性。

　　圖1：鋰離子電池充電曲線(xiàn)

　　為了實(shí)施這一充電曲線(xiàn)，必須隨時(shí)了解電池電壓和充電電流。此外，還要檢查電池的溫度。因為在充電時(shí)，電池往往會(huì )變熱。如果溫度超過(guò)電池的規定限額，就可能對電池造成損害。

　　就電池充電器的實(shí)現方案而言，用戶(hù)可有兩個(gè)選擇。一是采用專(zhuān)門(mén)的電池充電器IC，二是采用更加通用的微控制器。第一種方案能快速解決問(wèn)題，但其可配置性和用戶(hù)界面選項(LED指示燈)有限。第二種方案采用微控制器，設計的時(shí)間會(huì )稍微長(cháng)一些，但能提供可配置性選項，并且還能集成其它功能，如電池充電狀態(tài)(SOC)計算以及通過(guò)通訊接口向系統中的主機處理器發(fā)送信息等。此外，微控制器不能提供充電器所必需的電源電路系統，而且還需要外部BJT或MOSFET。不過(guò)這些電源組件的成本相比于微控制器或專(zhuān)門(mén)的充電器IC 而言要低得多。

　　充電器架構

　　我們從充電曲線(xiàn)可以看出，單節鋰離子電池充電器需要可控的電流源。電流源輸出應當根據電池狀態(tài)而改變?？紤]到上述要求，基于微控制器的實(shí)施方案需要以下功能模塊：

　　1. 電流控制電路

　　2. 電池參數(電壓、電流、溫度)測量電路

　　3. 充電算法(用于實(shí)現CC—CV充電曲線(xiàn))

　　方案框圖如下所示：

　　圖2：鋰離子電池充電器框圖

　　電流控制電路可采用電壓源和電流反饋技術(shù)進(jìn)行構建。其工作原理類(lèi)似于典型的負反饋控制系統。允許充電電流通過(guò)小電阻以獲得反饋，從而產(chǎn)生一定的電壓。

　　電壓源可采用兩種方法進(jìn)行創(chuàng )建：

　　1. 線(xiàn)性拓撲結構

　　2. 開(kāi)關(guān)：降壓或升壓拓撲結構

　　線(xiàn)性拓撲結構采用線(xiàn)性模式的串聯(lián)導通元件(BJT或MOSFET)，如圖3所示。

　　圖3：線(xiàn)性拓撲結構