鋰離子電池智能充電器硬件的設(shè)計

　　4 充電部分及檢測部分電路設(shè)計

　　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

　　實現(xiàn)漸弱終止充電器的最經(jīng)濟的方法就是用一個快速轉(zhuǎn)換器。快速轉(zhuǎn)換器是用一個電感和/或一個變壓器（需要隔離的時候用變壓器）作為能量存儲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，同時也作為過濾開關(guān)，以確保電壓或電流在負載時保持恒定。

　　快速調(diào)節(jié)器的操作是通過控制一個晶體管開關(guān)的占空比來實現(xiàn)的。占空比會自動增加以使電池流入更多的電流。當(dāng)VBATT<VREF時，一個比較器會將開關(guān)閉合(參見圖5a),電流流入電池和電容C,這個電流同時也存儲在電感L中。VBATT持續(xù)升高，直到超過VREF，調(diào)節(jié)此時比較器將開關(guān)斷開(參見圖5b),存儲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,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間，平均電壓就會下降，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

　　③電感的確定

　　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，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)負載兩端的電壓要降低時，通過MOSFET場效應(yīng)管的開關(guān)作用，外部電源對電感進行充電并達到所需的額定電壓。當(dāng)負載兩端地電壓升高時，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，這時電感就變成了電源繼續(xù)對負載供電。隨著電感上存儲的能量地消耗。負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，永遠使負載兩端地電壓不會升高也不會降低，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%，因為此時的轉(zhuǎn)換器操作操作效率最高。占空比由方程式1給出：

　　（其中T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主時鐘的256分頻來產(chǎn)生一個95.7kHz的轉(zhuǎn)換速率。

　　L=（Vi-Vsat-Voton）/2Iomax   （2）

　　現(xiàn)在我們可以計算電感的大小了，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紋波衰減器，因為紋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。