使用鋰離子技術(shù)實現(xiàn)電池充電器

通過控制串聯(lián)導通晶體管Q1的偏置實現(xiàn)對充電電流的控制?？墒褂脭?shù)模轉(zhuǎn)換器(ADC)或脈寬調(diào)制器(PWM)配合外部RC低通濾波器來控制偏置。線性方法適用于充電電流(1A)較低的情況，因為串聯(lián)導通元件會面臨功率消耗問題。

開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)本身具有低功耗的優(yōu)勢，能實現(xiàn)較高的充電電流?；陂_關(guān)降壓調(diào)節(jié)器的充電器如圖4所示。

圖4：開關(guān)降壓調(diào)節(jié)器拓撲結(jié)構(gòu)

充電電流由驅(qū)動MOSFET的PWM占空比而設(shè)定。

電池參數(shù)測量電路：反饋信號需要使用ADC進行測量，目前大多數(shù)微控制器均可提供ADC外設(shè)。在圖3和圖4中，我們看到了如何獲取電池電壓和電流反饋。然而，這些差分信號需要差分ADC進行測量，而通常在微控制器中采用的是單端ADC。圖4和圖5所示的電路通過讓微控制器接地和電源接地不同，可方便地加以修改，從而為電壓、電流和溫度等所有3個參數(shù)生成單端信號。

圖5：采用單端ADC進行測量

電池負端可作為微控制器接地，這就讓電壓、溫度和電流反饋可參考微控制器接地，并能進行單端ADC測量。對于電流反饋而言，正偏移電壓需要引入，而反饋電壓在電池充電時將為負。如圖5所示，電阻R3和R4提供了所需的偏移電壓。

充電算法：這一行為將結(jié)束環(huán)路。CPU讀取ADC以獲取電壓、充電電流和溫度讀數(shù)，并根據(jù)充電曲線控制PWM占空比。CPU監(jiān)控ADC結(jié)果與控制PWM的速度取決于環(huán)路響應(yīng)時間和CPU帶寬消耗二者之間如何平衡。

ADC參數(shù)和PWM分辨率：ADC分辨率和精確度以及PWM分辨率是在設(shè)計電池充電器時應(yīng)考慮到的重要參數(shù)。ADC分辨率定義了輸入電壓測量的精度(這里是指反饋電壓)。PWM分辨率則定義了改變輸出信號占空比的精度，這進而又決定了電流控制電路的輸出電壓。鋰離子電池充電時，電池電壓需要實現(xiàn)準確和高精度的控制。當電池電壓接近充滿狀態(tài)時，這一點就顯得尤為重要?？煽匦匀Q于ADC分辨率、測量的準確度以及占空比變化的細粒度。

圖5給出了采用賽普拉斯CY8C24x23 PSoC器件實施的充電器架構(gòu)示例。微控制器與通用數(shù)字和模擬模塊配合使用，可配置為特定的電路功能。舉例來說，持續(xù)時間模擬模塊可用來實施可編程增益放大器和比較器。開關(guān)電容模擬模塊則有多種不同用途，包括濾波器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) 等。數(shù)字基礎(chǔ)模塊可用來實施PWM、計數(shù)器、定時器和緩沖器，而數(shù)字通訊模塊則可用來實施SPI、UART、IrDA RX和TX等通信接口。此外，該器件還可提供I2C模塊，可用作為主設(shè)備或從設(shè)備。

圖6所示為單節(jié)電池充電器應(yīng)用的器件資源消耗情況，我們看到還有足夠的數(shù)字和模擬模塊能夠?qū)嵤┢渌杏玫墓δ埽@就為系統(tǒng)提供了更多的集成選項，從而有助于降低系統(tǒng)成本和大小。

圖6：采用PSoC 1 (CY8C24x23)的實施方案