基于MCP1631HV的多功能充電器系統(tǒng)設計

1 概述
隨著便攜式可充電應用的持續(xù)增長，對獨特或者定制電池充電器設計的需求也在不斷增加。除了便攜式可充電應用的增長之外，電池化學也在不斷進步，涌現(xiàn)了許多新的充電算法。
本文采用Microchip公司的高速PWM系列器件MCP1631HV設計了一款多種充電算法并存、用戶可以進行靈活配置、可以滿足多種不同特性的充電電池的智能充電器。整個硬件體積大小為7 cm×6．7 cm×3 cm，可以滿足目前社會對智能充電器小體積、可靈活配置以及高充電效率的需求。整個智能充電器系統(tǒng)的設計包括3部分：智能充電器充電算法原理、智能充電器硬件系統(tǒng)設計以及充電算法系統(tǒng)軟件設計。

2 智能充電器多種充電算法原理
針對目前市面上常見的可充電電池類型，具體分析鎳氫鎳鎘電池充電曲線以及鋰離子電池充電曲線。圖1是鎳氫鎳鎘電池充電曲線特性圖。

從圖1可以看出，整個鎳氫鎳鎘充電曲線的工作過程是：一旦MCU檢測到有充電電池，就會有受控小電流或調(diào)理電流流入電池組，從而開始進行充電。如果充電的每節(jié)電池電壓都在0．9 V以上，就對電池組開始快速充電或者使用高電流進行充電。對于鎳氫或鎳鎘電池，充電電池的范圍可達(甚至超過)電池容量的50％～100％。當電池到達其容量時，采取漸止充電方式完成充電周期。
當電池充電完成時，需要停止對電池組的進行充電，一般采取兩種方法來判斷是否停止充電：
①根據(jù)電池組溫度的突然增加；
②根據(jù)電池組電壓的細微下降-dV／dt。
針對鎳氫鎳鎘電池而言，電池組電壓的細微下降不容易檢測，因為變化率變化非常小，但是-dT／dt變化率較大，容易檢測，因此在下面的設計中對鎳氫電池組采用第一種方法進行停止充電檢測。
鋰離子電池充電曲線特性如圖2所示。鋰離子電池充電之前先要進行電池校驗，且在開始快速或者高電流充電之前，每塊電池的電壓均應大于3 V。若小于3 V，使用低值調(diào)理電流來開始充電周期。MCU一旦檢測到電池電壓大于3 V閾值，就將啟動快速或高電流充電，隨著電池電壓的上升，在電池充滿之前電壓到達最大值。絕大多數(shù)鋰離子電池的恒定電壓是4．2 V，達到這個電壓值以后，電池充電器變成恒壓源(調(diào)節(jié)電流而不調(diào)節(jié)電壓)。當處于恒壓模式時，隨著充電電流的降低，充電周期仍然繼續(xù)；當充電電流下降到快速充電電流約7％時，停止充電。如果充電結束后電壓下降到4．0 V以下，則可以開始新的充電周期。