鋰離子電池智能充電器硬件的設(shè)計(jì)

　　4 充電部分及檢測部分電路設(shè)計(jì)

　　圖3為充電電路與檢測電路圖。

圖3 充電電路與檢測電路圖

　　①充電過程曲線

　　如圖4所示，充電過程由預(yù)充狀態(tài)，恒流充電狀態(tài)和恒壓充電狀態(tài)組成。

圖4 鋰電池充電曲線

　　②快速轉(zhuǎn)換器

　　實(shí)現(xiàn)漸弱終止充電器的最經(jīng)濟(jì)的方法就是用一個(gè)快速轉(zhuǎn)換器。快速轉(zhuǎn)換器是用一個(gè)電感和/或一個(gè)變壓器（需要隔離的時(shí)候用變壓器）作為能量存儲(chǔ)單元以離散的能量包的形式將能量從輸入傳輸至輸出的開關(guān)調(diào)節(jié)器反饋電路，通過晶體管來調(diào)節(jié)能量的傳輸，同時(shí)也作為過濾開關(guān)，以確保電壓或電流在負(fù)載時(shí)保持恒定。

　　快速調(diào)節(jié)器的操作是通過控制一個(gè)晶體管開關(guān)的占空比來實(shí)現(xiàn)的。占空比會(huì)自動(dòng)增加以使電池流入更多的電流。當(dāng)VBATT<VREF時(shí)，一個(gè)比較器會(huì)將開關(guān)閉合(參見圖5a),電流流入電池和電容C,這個(gè)電流同時(shí)也存儲(chǔ)在電感L中。VBATT持續(xù)升高，直到超過VREF，調(diào)節(jié)此時(shí)比較器將開關(guān)斷開(參見圖5b),存儲(chǔ)在電感中的電流迅速下降直到二極管偏置，使得電感電流以減速度流入電池，電容C在電感電流衰減后開始放電。并且最后VBATT開始下降，當(dāng)VBATT低于VREF時(shí),比較器再次將開關(guān)閉合并開始另一次循環(huán)。在較大的范圍內(nèi)如果減小占空縮短閉合的時(shí)間，平均電壓就會(huì)下降，反之亦然。因此可以通過控制占空比的方法調(diào)節(jié)電壓或電流至所需要的值。

a 開關(guān)閉合

b 開關(guān)打開
圖5 快速轉(zhuǎn)換器操作

　?、垭姼械拇_定

　　電感對交流電是有阻礙作用的。在交流電頻率一定的情況下，電感量越大，對交流電的阻礙能力越強(qiáng)，電感量越小，其阻礙能力越小。另外，在電感量一定的情況下，交流電的頻率越高，電感對交流電的阻礙能力越大，頻率越低，電感對交流電的阻礙能力越小。也就是說，電感有阻止交流電通過的特性。

　　其工作原理是這樣的：當(dāng)負(fù)載兩端的電壓要降低時(shí)，通過MOSFET場效應(yīng)管的開關(guān)作用，外部電源對電感進(jìn)行充電并達(dá)到所需的額定電壓。當(dāng)負(fù)載兩端地電壓升高時(shí)，通過MOSFET場效應(yīng)管的開關(guān)作用，外部電源供電斷開，電感釋放出剛才充入的能量，這時(shí)電感就變成了電源繼續(xù)對負(fù)載供電。隨著電感上存儲(chǔ)的能量地消耗。負(fù)載兩端的電壓開始逐漸降低，外部電源通過MOSFET場效應(yīng)管的開關(guān)作用又要充電。依次類推在不斷的充電和放電的過程中形成了一種穩(wěn)定的電壓，永遠(yuǎn)使負(fù)載兩端地電壓不會(huì)升高也不會(huì)降低，這就是開關(guān)電源的最大優(yōu)勢。

　　要確定快速轉(zhuǎn)換器中電感的大小首先應(yīng)假定晶體管的占空比為50%，因?yàn)榇藭r(shí)的轉(zhuǎn)換器操作操作效率最高。占空比由方程式1給出：

　?。ㄆ渲蠺是PWM的周期在程序示例中T=10.5s）

　　占空比=ton/T            （1）

　　至此就可以選擇一個(gè)PWM的轉(zhuǎn)換頻率（如方程式2所示）PWM的轉(zhuǎn)換頻率越大，則電感的值越小，也越節(jié)約成本。

　　我的示例代碼配置F310的8位硬件PWM是使用內(nèi)部24.5MHz主時(shí)鐘的256分頻來產(chǎn)生一個(gè)95.7kHz的轉(zhuǎn)換速率。

　　L=（Vi-Vsat-Voton）/2Iomax   （2）

　　現(xiàn)在我們可以計(jì)算電感的大小了，假定充電電壓Vi的值為15V，飽和電壓Vsat的值為0.5V，需要獲得的輸出電壓值為4.2V,并且最大輸出電流IＯMAX為1500mA，那么，電感的值至少應(yīng)選為18H。

　　需要注意的是：在本電路中的電容僅僅是一個(gè)紋波衰減器，因?yàn)榧y波與電容的大小成反比例關(guān)系，所以電容的值越大，衰減效果越好。