靈活的電池充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

便攜式電子設(shè)備（無(wú)論是個(gè)人電子，遠(yuǎn)程科學(xué)儀器，還是簡(jiǎn)單的車(chē)庫(kù)手電筒）都有一個(gè)共同點(diǎn)：電池。可以是鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池，或任何其他可充電電池。本文將討論一種靈活的電池充電系統(tǒng)，其可以應(yīng)用于各種電壓，化學(xué)成分，和充電特性的電池。

當(dāng)使用不同的電池容量給多種電池充電時(shí)，在不同的充電階段，電池電壓可能高于或低于電源電壓。因此需要電源電壓升壓或降壓來(lái)匹配電池電壓。例如，當(dāng)3.3伏的電源電壓給一節(jié)鎳氫電池(通常是1.25 V)充電時(shí)需要降低。當(dāng)給鋰電池(4.1 V)充電時(shí)，則需要升高輸入電壓。要處理這種情況，主充電路徑要選擇為單端初級(jí)電感變換器(SEPIC)。開(kāi)關(guān)型DC-DC轉(zhuǎn)換具備比較大范圍的降壓和升壓能力，可以提供靈活的供電電壓。

這篇文章將會(huì)以?xún)煞N不同的可充電電池—鎳氫電池(NiMH)和鋰電池(Li-Ion)為例進(jìn)行介紹。這兩種化學(xué)物質(zhì)的電池需要不同的充電特性，但這兩者都能容易的使用相同靈活的充電結(jié)構(gòu)為我們服務(wù)。從一種電池切換到另一種既靈活又簡(jiǎn)單，可以用微控制器在軟件上實(shí)現(xiàn)。通過(guò)設(shè)計(jì)模塊化的充電子系統(tǒng)，把功能封裝到各種組件，根據(jù)系統(tǒng)需求，同樣的應(yīng)用程序可以使用不同的微控制器實(shí)現(xiàn)。組件的使用簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)，這里輸入和/或輸出可以是硬件和/或軟件。這種方法使得開(kāi)發(fā)人可以把電池充電功能作為一個(gè)額外特色加到主應(yīng)用中，如馬達(dá)控制，準(zhǔn)確醫(yī)學(xué)測(cè)量等。

電池充電器必須要確定電池狀態(tài)(如電壓、電流、溫度)并控制充電電流。確定電池狀態(tài)的硬件是通用的。電池電壓可以高于或低于微控制器的輸入范圍，因此，電壓測(cè)量通常是使用一個(gè)電阻分壓電路來(lái)弱化電壓。電流測(cè)量可以在**(要進(jìn)入電池的電流)，或低端 (從電池出來(lái)的電流)，如果是SEPIC變換器，在二次側(cè)電感使用一個(gè)電阻。電池通常有一個(gè)嵌入式熱敏電阻，其提供**電池溫度狀態(tài)。有時(shí)在一些商業(yè)電池上為了降低成本就把它省掉了。在這種情況下，可以在接觸電池的外部放置一個(gè)熱敏電阻。

在此基礎(chǔ)上測(cè)量的參數(shù)，電池充電電流由微控制器確定并控制。從充電器的角度來(lái)看，不同化學(xué)成分電池的主要區(qū)別是充電特性。鋰和鎳氫電池的充電特性如圖1所示

如圖1所示，電流由微控制器控制，電池的電壓和溫度會(huì)發(fā)生變化。鋰電池使用恒流恒壓充電。通常電池容量一般用 “CA”表示。在啟動(dòng)階段，如果電池電壓低于恒流閾值（Vrapid_start)，充電器供應(yīng)少量電流(大約0.1 CA)。這是預(yù)處理階段，電池電壓隨著這個(gè)小充電電流逐漸增加。當(dāng)電壓達(dá)到快速充電閾值，充電電流由微控制器增加到約1 CA。這是恒流階段，這個(gè)階段一直持續(xù)到電池電壓達(dá)到指定電壓(Vfull)。然后電池充電器進(jìn)入恒壓階段，這時(shí)充電電流較小，而電池電壓維持在Vfull。電流降低一直到結(jié)束，同時(shí)保持電池電壓，電池充電終止。在整個(gè)充電過(guò)程電池電流會(huì)有幾個(gè)°C的變化。如果有任何一個(gè)電池狀態(tài)（電壓、電流或溫度）超出充電器相應(yīng)規(guī)定范圍，為了**，充電器都會(huì)停止充電。