系統(tǒng)設(shè)計
圖2 為鋰電池充電器系統(tǒng)組成框圖。其中PWM 輸出控制充電開關(guān)，且其占空比可根據(jù)需要用充電電壓及電流的反饋來調(diào)整。LPC916 的8 位片上高速A/D 轉(zhuǎn)換器提供了監(jiān)視充電電壓所需的高精度。避免鋰離子應(yīng)用中的過充電非常重要，因為將充電保持在其最大值以內(nèi)可延長電池的使用壽命。表1 為該電路的輸入/輸出參數(shù)規(guī)格。
表1：圖2 電路的輸入、輸出參數(shù)規(guī)格。
下一步是計算電感值，首先必須指出的是，公式1 給出了占空比、輸出電流、PWM 周期及其他變量之間的關(guān)系。電感值可通過假設(shè)Vi＝5.1V、所需輸出電壓Vsat＝0.5V(在Io=350mA 上，Vo＝4.25V、所需輸出電流Io＝350mA 、1/T＝14.7kHz 以及占空比為50%來計算)。采用以上這些值，用公式1 可計算出電感值不小于10µH。在本設(shè)計中，建議電感值為33-10µH 。盡管可以采用大于5.1V 的輸入電壓，但更高的輸入電壓要求采用更高頻率的PWM 或更大的電感，從而使器件成本提高。
圖2：由LPC916 控制的鋰電池充電器解決方案
鋰電池應(yīng)以三個獨立的階段來充電。如果電池電壓低于3V，則需要有預(yù)充電階段且充電電流應(yīng)保持為65mA。一旦電池電壓達到3V+-1% ，即開始進入快速充電階段，并采用350mA 的恒定充電電流。通過調(diào)整控制脈沖可使充電電流保持恒定。當電池電壓達到4V+-1% 時，即開始接恒定電壓充電階段。此時電壓被保持在4.23V，充電電流處于監(jiān)視下。
在恒定電壓充電階段之后，電池被另外再充電50 分鐘，同時保持充電電流小于30mA。充電時間可用一個計時器來控制，但監(jiān)視充電終結(jié)的方法有三種：檢測充電電流、使用計時器以及監(jiān)視溫度(可選)。
圖3：鋰電池充電過程
充電過程如圖3 所示。從一個階段進入到另一個階段的準確標志如下：預(yù)充電階段(當需要時)：如果Vbat<3.0(1%，則設(shè)置Iout=10%；Ireg=65mA ；快速充電階段(恒定電流充電)：當Vbat<=4.00+-1%V 時，設(shè)置Iout=Ireg=350mA；計時器控制充電階段(恒定電壓充電)：當Ibat<60mA 時，設(shè)置Vout=Vreg=4.23V(50 分鐘)以保證電池充分充電，但使充電電流小于30mA。充電在4 小時內(nèi)完成�？紤]到最終用戶，設(shè)計中采用了LED 狀態(tài)指示燈，以提供有關(guān)充電序列狀態(tài)的信息。
設(shè)計方案的測試
可用來在充電過程中測試該設(shè)計的電路框圖如圖4 所示。用兩塊萬用表來測量Vout 及Vsense_res 讀數(shù)。Vout=Vbat+Vsense_res ，充電電流可用公式Iout=Vsense res/0.75 來計算。
圖4：測試電路
當充電開始時，每15 秒記錄一次數(shù)據(jù)，但當電流及電壓穩(wěn)定后，記錄周期可縮短為每5 秒記錄一次。結(jié)果可能會隨不同電池的化學(xué)特征而變化，而且電池的起始電壓也對結(jié)果有影響。圖5 及圖6 顯示該設(shè)計滿足指標。
圖5：輸出電壓測試結(jié)果
圖6：輸出電流測試結(jié)果
