如何設計離線鋰電池充電器

高效、低成本及可靠的電池充電器設計可用各種方法來實現(xiàn)，但采用8 位閃速MCU 不僅能縮短設計時間、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進行現(xiàn)場升級。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)勢來設計一種離線鋰電池充電器。帶2KB 閃存及適當外圍以提供一種廉價解決方案的飛利浦 80C51 型MCU 就是這樣一個例子。集成化閃存還能提供高效及方便地調(diào)試應用代碼并進行現(xiàn)場軟件升級(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，故軟硬件開發(fā)可快速進行。由眾多廠商提供的各種功能強大且并不昂貴的應用開發(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。
n譬如，當MCU 集成有內(nèi)部振蕩器時，離線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(jié)省成本及PCB 占位；其次，內(nèi)部振蕩器可提高系統(tǒng)啟動時的穩(wěn)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值的外圍電路。除能比使用外部A/D 轉換器更節(jié)約成本外，還能用它來檢測充電電壓、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(shù)。

用來實現(xiàn)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在兩個時鐘上執(zhí)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

本設計為專門針對額定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，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還監(jiān)視充電電流，以在電池充滿時能終止充電過程。

溫度監(jiān)視可用來確保執(zhí)行安全的充電步驟，因為隨著電池充滿，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(jiān)視，但當今市場上的大多數(shù)鋰電池都帶有內(nèi)置過充電保護，故溫度監(jiān)視盡管需要但卻很少使用。

降壓轉換器設計

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作為開關調(diào)整器。降壓轉換器使用電感來儲存電能。圖1a 及1b 分別為開關處于通/斷位置時的降壓轉換器工作示意圖。