锂离子电池智能充电器硬件的设计

　　4 充电部分及检测部分电路设计

　　图3为充电电路与检测电路图。

图3 充电电路与检测电路图

　　①充电过程曲线

　　如图4所示，充电过程由预充状态，恒流充电状态和恒压充电状态组成。

图4 锂电池充电曲线

　　②快速转换器

　　实现渐弱终止充电器的最经济的方法就是用一个快速转换器。快速转换器是用一个电感和/或一个变压器（需要隔离的时候用变压器）作为能量存储单元以离散的能量包的形式将能量从输入传输至输出的开关调节器反馈电路，通过晶体管来调节能量的传输，同时也作为过滤开关，以确保电压或电流在负载时保持恒定。

　　快速调节器的操作是通过控制一个晶体管开关的占空比来实现的。占空比会自动增加以使电池流入更多的电流。当VBATT<VREF时，一个比较器会将开关闭合(参见图5a),电流流入电池和电容C,这个电流同时也存储在电感L中。VBATT持续升高，直到超过VREF，调节此时比较器将开关断开(参见图5b),存储在电感中的电流迅速下降直到二极管偏置，使得电感电流以减速度流入电池，电容C在电感电流衰减后开始放电。并且最后VBATT开始下降，当VBATT低于VREF时,比较器再次将开关闭合并开始另一次循环。在较大的范围内如果减小占空缩短闭合的时间，平均电压就会下降，反之亦然。因此可以通过控制占空比的方法调节电压或电流至所需要的值。

a 开关闭合

b 开关打开
图5 快速转换器操作

　　③电感的确定

　　电感对交流电是有阻碍作用的。在交流电频率一定的情况下，电感量越大，对交流电的阻碍能力越强，电感量越小，其阻碍能力越小。另外，在电感量一定的情况下，交流电的频率越高，电感对交流电的阻碍能力越大，频率越低，电感对交流电的阻碍能力越小。也就是说，电感有阻止交流电通过的特性。

　　其工作原理是这样的：当负载两端的电压要降低时，通过MOSFET场效应管的开关作用，外部电源对电感进行充电并达到所需的额定电压。当负载两端地电压升高时，通过MOSFET场效应管的开关作用，外部电源供电断开，电感释放出刚才充入的能量，这时电感就变成了电源继续对负载供电。随着电感上存储的能量地消耗。负载两端的电压开始逐渐降低，外部电源通过MOSFET场效应管的开关作用又要充电。依次类推在不断的充电和放电的过程中形成了一种稳定的电压，永远使负载两端地电压不会升高也不会降低，这就是开关电源的最大优势。

　　要确定快速转换器中电感的大小首先应假定晶体管的占空比为50%，因为此时的转换器操作操作效率最高。占空比由方程式1给出：

　　（其中T是PWM的周期在程序示例中T=10.5s）

　　占空比=ton/T            （1）

　　至此就可以选择一个PWM的转换频率（如方程式2所示）PWM的转换频率越大，则电感的值越小，也越节约成本。

　　我的示例代码配置F310的8位硬件PWM是使用内部24.5MHz主时钟的256分频来产生一个95.7kHz的转换速率。

　　L=（Vi-Vsat-Voton）/2Iomax   （2）

　　现在我们可以计算电感的大小了，假定充电电压Vi的值为15V，饱和电压Vsat的值为0.5V，需要获得的输出电压值为4.2V,并且最大输出电流IＯMAX为1500mA，那么，电感的值至少应选为18H。

　　需要注意的是：在本电路中的电容仅仅是一个纹波衰减器，因为纹波与电容的大小成反比例关系，所以电容的值越大，衰减效果越好。