微處理器控制、寬輸入電壓、SMBus智能電池充電器的實施

D1 二極管將兩個放大器輸出與一個邏輯 OR 組合。最低電壓供給反相放大器（U3:D），其讓誤差信號極性在使用 DC/DC 控制器（這里為 TI 的 TPS40170）時為正確的。基本工作原理是：控制器嘗試發送一個設定電流；同時，如果負載可以接受該電流，則控制器便調節為該電流級別。如果負載不接受全部電流，則電壓開始上升，并最終達到 VOUT（max）。當出現這種情況時，電壓環路接管，并對輸出電壓進行調節。

若想提高解決方案的安全性，功率級板上還要有過電壓狀態（高達100V）和反向電壓連接（其正負極被交換）的保護電路。圖 3 顯示了這種電路。

輸入電壓反接時，反向電壓保護由 MOSFETs Q7 和 Q9 以及 D2 來提供。這樣便不允許對系統施加負電壓。輸入過電壓保護由 MOSFET Q8 和 Q10 提供。齊納二極管 D4，設置電路開始鉗位的電壓。一旦超出齊納電壓，FET 的柵-源電壓便開始下降。這使FET工作在線性區域，并讓微處理器繼續得到供電。與此同時，DC/DC轉換器關閉，而信號SD1和SD2被拉至接地。

軟件實施與硬件實施同等重要。簡要軟件流程圖已顯示在圖 4 中。微處理器通過 SMBus 詢問電池，請求其想要的充電電壓和電流。在確認這些值以后，它便設置兩個 PWM 輸出，以對到達電池的輸出電壓和電流進行調節。如果在任何時候，電池發布了一條充電警告，則 PWM 輸出關閉。另外，一旦電池的充電狀態達到 100% 或者設置的完全充電位，則 PWM 輸出關閉。

電池充電期間，安全是最重要的問題。所有解決方案都應該有數個保護層。第一個保護層是具有內部保護 MOSFET 的智能電池本身。在充電期間，微處理器應定期（每隔 2 秒鐘較好）與電池通信，對“電池狀態”寄存器中的所有安全標志進行監控。要求響應的一些標志位包括過充電警告 (OCA)、終止充電警告 (TCA)、超高溫警告 (OTA)，以及完全充電 (FC) 狀態。微處理器的板上模數轉換器，可用作過電壓或者過電流事件的二次檢查。

結論

通過將一顆微處理器與一個寬輸入電壓 DC/DC 控制器配合使用，我們可以設計出一種完全可編程、寬輸入電壓電池充電器。本文為你介紹了一種解決方案，其使用 TI 的低功耗 MSP430F5510 微處理器，配合 TPS40170 DC/DC 控制器，構建起一種能夠支持高達 55V 輸入電壓的結構。文章描述了一種 TI 應用工作人員為實施正確電池充電而開發的特殊反饋網絡。另外，我們還討論了一種用于過電壓保護和反向電壓保護的新穎解決方案。通過 SMBus 通信協議與智能電池進行通信所需的軟件，可通過“參考文獻1”（一份應用報告）中的鏈接下載到。SMBus 智能電池充電器的相關詳情，也可在“參考文獻 1”中找到。