基于MCP1631HV的多功能充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1 概述
隨著便攜式可充電應(yīng)用的持續(xù)增長(zhǎng)，對(duì)獨(dú)特或者定制電池充電器設(shè)計(jì)的需求也在不斷增加。除了便攜式可充電應(yīng)用的增長(zhǎng)之外，電池化學(xué)也在不斷進(jìn)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(shè)計(jì)了一款多種充電算法并存、用戶可以進(jìn)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(gè)硬件體積大小為7 cm×6．7 cm×3 cm，可以滿足目前社會(huì)對(duì)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(gè)智能充電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)以及充電算法系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

2 智能充電器多種充電算法原理
針對(duì)目前市面上常見(jiàn)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(gè)鎳氫鎳鎘充電曲線的工作過(guò)程是：一旦MCU檢測(cè)到有充電電池，就會(huì)有受控小電流或調(diào)理電流流入電池組，從而開(kāi)始進(jìn)行充電。如果充電的每節(jié)電池電壓都在0．9 V以上，就對(duì)電池組開(kāi)始快速充電或者使用高電流進(jìn)行充電。對(duì)于鎳氫或鎳鎘電池，充電電池的范圍可達(dá)(甚至超過(guò))電池容量的50％～100％。當(dāng)電池到達(dá)其容量時(shí)，采取漸止充電方式完成充電周期。
當(dāng)電池充電完成時(shí)，需要停止對(duì)電池組的進(jìn)行充電，一般采取兩種方法來(lái)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(xì)微下降-dV／dt。
針對(duì)鎳氫鎳鎘電池而言，電池組電壓的細(xì)微下降不容易檢測(cè)，因?yàn)樽兓首兓浅Ｐ?，但?dT／dt變化率較大，容易檢測(cè)，因此在下面的設(shè)計(jì)中對(duì)鎳氫電池組采用第一種方法進(jìn)行停止充電檢測(cè)。
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(jìn)行電池校驗(yàn)，且在開(kāi)始快速或者高電流充電之前，每塊電池的電壓均應(yīng)大于3 V。若小于3 V，使用低值調(diào)理電流來(lái)開(kāi)始充電周期。MCU一旦檢測(cè)到電池電壓大于3 V閾值，就將啟動(dòng)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(dá)最大值。絕大多數(shù)鋰離子電池的恒定電壓是4．2 V，達(dá)到這個(gè)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(dāng)處于恒壓模式時(shí)，隨著充電電流的降低，充電周期仍然繼續(xù)；當(dāng)充電電流下降到快速充電電流約7％時(shí)，停止充電。如果充電結(jié)束后電壓下降到4．0 V以下，則可以開(kāi)始新的充電周期。