電池充電器設計:選用專用IC還是微控制器

簡介

　　鋰化學電池芯類型有較好的體積與重量能量密度，優于其它現有的商用可充電電池芯。設計者一般采用專用充電控制IC，實現單芯電池的充電。鋰化學電池芯的充電要求充電器同時控制充電電流和電池電壓。為減少電流的需求，用于電動汽車、大型系統備份電源以及其它大功率需求的電池設計者采用大串聯數量的電池芯堆。很多微控制器都有內置ADC、信號調整以及PWM控制，可用于電池充電控制設計。　　電池充電器的設計者要面臨一個基本的選擇：是使用有很多供應商能夠提供、有豐富選擇的專用充電控制IC，還是使用可編程控制器。由于電池充電控制是一個緩慢的過程，可以用廉價的微控制器及其嵌入ADC、信號調整以及PWM模塊，直接控制充電器的功率轉換電路。也可以用一只微控制器做充電器與電池管理系統之間的通信和交互，如在智能充電器中;可以將微控制器用于靈活的用戶接口，如充電狀態顯示器中;可以將其用于電池調節控制;還可以用于其它靈活特性中。不過與采用專用充電控制IC的充電器相比，微控制器電路與固件的設計與測試通常更昂貴，產生成本也更高。

　　充電需求

　　大多數最新的電池充電器設計是針對鋰化學電池。它們包括：鋰離子、鋰聚合物、磷酸鐵鋰，以及相關的電池類型，比其它商用的可充電電池有更高的體積和重量能量密度。因此它們很適合用于便攜式電源系統，如電動汽車;便攜計算與通信設備(智能手機、PDA、平板電腦以及筆記本電腦);軍用計算機輔助戰斗系統;以及醫療參數監控器。鎳化學電池仍在使用中，但正在被鋰化學電池快速取代。

　　為鋰化學電池充電要求充電器能同時控制充電電流和電池電壓。最早的充電器采用的是為電池芯提供CC(恒流)的模式，直到電池電壓上升到“浮充”電壓。一旦電池芯達到了浮充電壓，充電器的輸出就以CV(恒壓)方式保持這個浮充電壓值，直到充電電流降到一個固定的低值。當電池降到這個小電流值時，充電器關閉(圖1)。與鎳化學電池和鉛化學電池不同的是，鋰化學電池通常在充電結束后沒有涓流充電。實際上，在充電結束后仍維持小電流會損壞某些鋰電池芯。