用帶2KB閃存的80C51基微控制器設(shè)計(jì)離線鋰離子電池充電器
工程師可以采用恰當(dāng)組合外設(shè)和閃存的合適8位微控制器來設(shè)計(jì)離線鋰離子電池充電器,這是一個(gè)相當(dāng)不錯(cuò)的選擇。 集成2KB閃存和合適外設(shè)的80C51基微控制器所提供的解決方案并不昂貴。集成的閃存還能簡(jiǎn)便有效地調(diào)試應(yīng)用碼,如果必要的話,還可現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)軟件。
由于設(shè)計(jì)領(lǐng)域已經(jīng)廣泛接受并熟悉了80C51,軟件/硬件開發(fā)便可以加快進(jìn)行。這一方法的另一優(yōu)勢(shì)在于,眾多廠商提供了一系列強(qiáng)大而經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用開發(fā)工具。考慮到成本、設(shè)計(jì)效率和安全的電池充電的重要性,基于微控制器的解決方案的諸多優(yōu)勢(shì)便不言而喻。
外設(shè)集成
離線鋰離子電池充電器設(shè)計(jì)的益處體現(xiàn)在2個(gè)方面。微控制器集成了一個(gè)內(nèi)部振蕩器,節(jié)省了外部振蕩器的器件成本及其PC主板的封裝形式;內(nèi)部振蕩器改進(jìn)了系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性。
4通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器是設(shè)計(jì)工程師應(yīng)集成到芯片上的另一個(gè)頗具價(jià)值的外設(shè)。 它不僅能節(jié)省外部模數(shù)轉(zhuǎn)換器成本,還能用于監(jiān)測(cè)充電電壓、電流及電池溫度,這些都是安全電池充電操作的重要參數(shù)。
本文介紹的用于設(shè)計(jì)的微控制器－飛利浦半導(dǎo)體的P89LPC916 － 不僅集成了這些功能, 同時(shí)包含高性能的處理器架構(gòu),能在2個(gè)時(shí)鐘中執(zhí)行指令,這樣可以將性能提高至標(biāo)準(zhǔn)80C51器件的6倍。定時(shí)器0很容易配置,用于脈寬調(diào)制（PWM）輸出,使裝配和使用PWM功能變得簡(jiǎn)單。
電池充電的基本原理
該設(shè)計(jì)方案是專門針對(duì)放電電壓為3.6 V、電壓極限為4.2 V、額定容量為700-750mAh的鋰離子電池的充電方案。
充電分為3個(gè)階段：預(yù)充階段、恒流充電階段和恒壓充電階段。
如果電池的電荷很低,只能產(chǎn)生很低的輸出電壓,預(yù)充階段則必不可少。這種情況下,必須采用低電流充電,以保護(hù)電池。如果電池已經(jīng)可以產(chǎn)生很高的電壓（大于3V）,就可以安全地省略預(yù)充階段。當(dāng)然,大多數(shù)情況都是如此。
能量大多數(shù)是在恒流充電階段和恒壓充電階段由充電器流入電池的。特定電池允許的最大充電電流由電池的額定容量決定。例如,額定容量為700mAh的電池,可以使用350mA到400mA的電流進(jìn)行快速充電。
就鋰離子電池而言,微控制器必須維持電池的默認(rèn)充電電壓,同時(shí)還要監(jiān)測(cè)充電電流,以確定電池何時(shí)充滿,結(jié)束充電。
溫度監(jiān)測(cè)可以保證安全的充電流程,因?yàn)橹灰姵剡_(dá)到充滿狀態(tài),所有多余的電能都會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能。盡管微控制器必須在原有性能之上增加溫度監(jiān)測(cè)功能,然而目前市場(chǎng)上大多數(shù)鋰離子電池都已經(jīng)具備了過充保護(hù)功能,因此,溫度監(jiān)測(cè)盡管必不可少,卻很少應(yīng)用。
降壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)具有錐形中止功能的充電器最經(jīng)濟(jì)有效的方法是,采用降壓轉(zhuǎn)換器作為開關(guān)穩(wěn)壓器。降壓轉(zhuǎn)換器采用電感器存儲(chǔ)電能。圖1a和圖1b是開關(guān)閉合和斷開時(shí)降壓轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行情況。
圖1a 開關(guān)閉合時(shí)的降壓轉(zhuǎn)換器
圖1b 開關(guān)斷開時(shí)的降壓轉(zhuǎn)換器
PWM輸出的信號(hào)控制著充電開關(guān)。開關(guān)閉合時(shí)（如圖1a所示）,充電器（Charger Vin）提供的電壓迫使電流流經(jīng)電路。電容器通過電感器進(jìn)行充電。
開關(guān)斷開時(shí)（如圖1b所示）,電感器試圖感應(yīng)電壓以保持電流流動(dòng), 但不能立即發(fā)生變化。然后,電流流經(jīng)肖特基二極管,為電容器充電。該周期能自動(dòng)重復(fù)。
