基于鋰離子技術(shù)的電池充電器方案

　　本文中，我們將舉例說(shuō)明如何使用鋰離子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)電池充電器。鋰離子電池充電器通常采用恒流（CC） - 恒壓（CV）充電曲線。充電過(guò)程會(huì)經(jīng)歷幾個(gè)不同的階段，在確保電池容量充滿的同時(shí)要符合特定的安全規(guī)則。CC-CV曲線包括以下幾個(gè)階段：

　　1. 預(yù)充

　　2. 激活

　　3. 恒流

　　4. 恒壓

　　充電開(kāi)始為預(yù)充階段，以檢查電池狀況是否良好。在此階段中，通常給電池提供電池容量5%到15%的少量電流，如果電池電壓上升到2.8V以上，則認(rèn)為電池狀況良好，可以進(jìn)入到激活階段。在此階段中，給電池提供相同的電流，但會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)電池電壓上升到3V以上，則啟動(dòng)快充，并提供等于或低于電池容量的恒定電流。當(dāng)電池電壓上升到完全充電電壓（4.2V） 時(shí)或出現(xiàn)超時(shí)情況（不管哪一種情況先出現(xiàn)），恒流階段結(jié)束。電池電壓到達(dá)完全充電電壓時(shí)，充電進(jìn)入到恒壓階段，且電池電壓保持恒定。要做到這一點(diǎn)，充電電流必須隨著時(shí)間的推移而降低。這一階段的充電過(guò)程相比于其它充電階段而言所需的時(shí)間最長(zhǎng)。在這個(gè)過(guò)程中，當(dāng)充電電流降到“結(jié)束電流”限度以下，通常為電池容量的2%,則電池充滿，充電過(guò)程結(jié)束。請(qǐng)注意，充電過(guò)程中每個(gè)階段都有一個(gè)時(shí)間限制，這是一個(gè)重要的安全特性。

圖1:鋰離子電池充電曲線

　　為了實(shí)施這一充電曲線，必須隨時(shí)了解電池電壓和充電電流。此外，還要檢查電池的溫度。因?yàn)樵诔潆姇r(shí)，電池往往會(huì)變熱。如果溫度超過(guò)電池的規(guī)定限額，就可能對(duì)電池造成損害。

　　就電池充電器的實(shí)現(xiàn)方案而言，用戶可有兩個(gè)選擇。一是采用專門的電池充電器IC,二是采用更加通用的微控制器。第一種方案能快速解決問(wèn)題，但其可配置性和用戶界面選項(xiàng)（LED指示燈）有限。第二種方案采用微控制器，設(shè)計(jì)的時(shí)間會(huì)稍微長(zhǎng)一些，但能提供可配置性選項(xiàng)，并且還能集成其它功能，如電池充電狀態(tài)（SOC）計(jì)算以及通過(guò)通訊接口向系統(tǒng)中的主機(jī)處理器發(fā)送信息等。此外，微控制器不能提供充電器所必需的電源電路系統(tǒng)，而且還需要外部BJT或MOSFET.不過(guò)這些電源組件的成本相比于微控制器或?qū)ｉT的充電器IC 而言要低得多。

　　充電器架構(gòu)

　　我們從充電曲線可以看出，單節(jié)鋰離子電池充電器需要可控的電流源。電流源輸出應(yīng)當(dāng)根據(jù)電池狀態(tài)而改變?？紤]到上述要求，基于微控制器的實(shí)施方案需要以下功能模塊：

　　1. 電流控制電路

　　2. 電池參數(shù)（電壓、電流、溫度）測(cè)量電路

　　3. 充電算法（用于實(shí)現(xiàn)CC-CV充電曲線）

　　方案框圖如下所示：

圖2:鋰離子電池充電器框圖

　　電流控制電路可采用電壓源和電流反饋技術(shù)進(jìn)行構(gòu)建。其工作原理類似于典型的負(fù)反饋控制系統(tǒng)。允許充電電流通過(guò)小電阻以獲得反饋，從而產(chǎn)生一定的電壓。

　　電壓源可采用兩種方法進(jìn)行創(chuàng)建：

　　1. 線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　2. 開(kāi)關(guān)：降壓或升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用線性模式的串聯(lián)導(dǎo)通元件（BJT或MOSFET），如圖3所示。

圖3:線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)