基于MCP1631HV的充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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　　本文采用Microchip公司的高速PWM系列器件MCP1631HV設(shè)計(jì)了一款多種充電算法并存、用戶可以進(jìn)行靈活配置、可以滿足多種不同特性的充電電池的智能充電器。整個(gè)硬件體積大小為7 cm×6.7 cm×3 cm，可以滿足目前社會(huì)對(duì)智能充電器小體積、可靈活配置以及高充電效率的需求。整個(gè)智能充電器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括3部分：智能充電器充電算法原理、智能充電器硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及充電算法系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。

　　2 智能充電器多種充電算法原理

　　針對(duì)目前市面上常見(jiàn)的可充電電池類型，具體分析鎳氫鎳鎘電池充電曲線以及鋰離子電池充電曲線。圖1是鎳氫鎳鎘電池充電曲線特性圖。

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　　從圖1可以看出，整個(gè)鎳氫鎳鎘充電曲線的工作過(guò)程是：一旦MCU檢測(cè)到有充電電池，就會(huì)有受控小電流或調(diào)理電流流入電池組，從而開(kāi)始進(jìn)行充電。如果充電的每節(jié)電池電壓都在0.9 V以上，就對(duì)電池組開(kāi)始快速充電或者使用高電流進(jìn)行充電。對(duì)于鎳氫或鎳鎘電池，充電電池的范圍可達(dá)(甚至超過(guò))電池容量的50%～100%。當(dāng)電池到達(dá)其容量時(shí)，采取漸止充電方式完成充電周期。

　　當(dāng)電池充電完成時(shí)，需要停止對(duì)電池組的進(jìn)行充電，一般采取兩種方法來(lái)判斷是否停止充電：

　?、俑鶕?jù)電池組溫度的突然增加;

　　②根據(jù)電池組電壓的細(xì)微下降-dV/dt。

　　針對(duì)鎳氫鎳鎘電池而言，電池組電壓的細(xì)微下降不容易檢測(cè)，因?yàn)樽兓首兓浅Ｐ?，但?dT/dt變化率較大，容易檢測(cè)，因此在下面的設(shè)計(jì)中對(duì)鎳氫電池組采用第一種方法進(jìn)行停止充電檢測(cè)。

　　鋰離子電池充電曲線特性如圖2所示。鋰離子電池充電之前先要進(jìn)行電池校驗(yàn)，且在開(kāi)始快速或者高電流充電之前，每塊電池的電壓均應(yīng)大于3 V。若小于3 V，使用低值調(diào)理電流來(lái)開(kāi)始充電周期。MCU一旦檢測(cè)到電池電壓大于3 V閾值，就將啟動(dòng)快速或高電流充電，隨著電池電壓的上升，在電池充滿之前電壓到達(dá)最大值。絕大多數(shù)鋰離子電池的恒定電壓是4.2 V，達(dá)到這個(gè)電壓值以后，電池充電器變成恒壓源(調(diào)節(jié)電流而不調(diào)節(jié)電壓)。當(dāng)處于恒壓模式時(shí)，隨著充電電流的降低，充電周期仍然繼續(xù);當(dāng)充電電流下降到快速充電電流約7%時(shí)，停止充電。如果充電結(jié)束后電壓下降到4.0 V以下，則可以開(kāi)始新的充電周期。

　　針對(duì)電池充電器的功耗問(wèn)題，一般有兩種解決方法：線性和開(kāi)關(guān)模式。為了提升智能充電器的充電效率，本文采用開(kāi)關(guān)充電器的設(shè)計(jì)方法，從而將充電器的充電效率提升到85%。

　　目前存在諸多的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器功率拓?fù)洌航祲?、升壓、SEPIC以及反激式等。由于SEPIC功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)于其他的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，本文采用SEPIC功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。具體的SEPIC功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

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