微处理器控制、宽输入电压、SMBus智能电池充电器的实施

D1 二极管将两个放大器输出与一个逻辑 OR 组合。最低电压供给反相放大器（U3:D），其让误差信号极性在使用 DC/DC 控制器（这里为 TI 的 TPS40170）时为正确的。基本工作原理是：控制器尝试发送一个设定电流；同时，如果负载可以接受该电流，则控制器便调节为该电流级别。如果负载不接受全部电流，则电压开始上升，并最终达到 VOUT（max）。当出现这种情况时，电压环路接管，并对输出电压进行调节。

若想提高解决方案的安全性，功率级板上还要有过电压状态（高达100V）和反向电压连接（其正负极被交换）的保护电路。图 3 显示了这种电路。

输入电压反接时，反向电压保护由 MOSFETs Q7 和 Q9 以及 D2 来提供。这样便不允许对系统施加负电压。输入过电压保护由 MOSFET Q8 和 Q10 提供。齐纳二极管 D4，设置电路开始钳位的电压。一旦超出齐纳电压，FET 的栅-源电压便开始下降。这使FET工作在线性区域，并让微处理器继续得到供电。与此同时，DC/DC转换器关闭，而信号SD1和SD2被拉至接地。

软件实施与硬件实施同等重要。简要软件流程图已显示在图 4 中。微处理器通过 SMBus 询问电池，请求其想要的充电电压和电流。在确认这些值以后，它便设置两个 PWM 输出，以对到达电池的输出电压和电流进行调节。如果在任何时候，电池发布了一条充电警告，则 PWM 输出关闭。另外，一旦电池的充电状态达到 100% 或者设置的完全充电位，则 PWM 输出关闭。

电池充电期间，安全是最重要的问题。所有解决方案都应该有数个保护层。第一个保护层是具有内部保护 MOSFET 的智能电池本身。在充电期间，微处理器应定期（每隔 2 秒钟较好）与电池通信，对“电池状态”寄存器中的所有安全标志进行监控。要求响应的一些标志位包括过充电警告 (OCA)、终止充电警告 (TCA)、超高温警告 (OTA)，以及完全充电 (FC) 状态。微处理器的板上模数转换器，可用作过电压或者过电流事件的二次检查。

结论

通过将一颗微处理器与一个宽输入电压 DC/DC 控制器配合使用，我们可以设计出一种完全可编程、宽输入电压电池充电器。本文为你介绍了一种解决方案，其使用 TI 的低功耗 MSP430F5510 微处理器，配合 TPS40170 DC/DC 控制器，构建起一种能够支持高达 55V 输入电压的结构。文章描述了一种 TI 应用工作人员为实施正确电池充电而开发的特殊反馈网络。另外，我们还讨论了一种用于过电压保护和反向电压保护的新颖解决方案。通过 SMBus 通信协议与智能电池进行通信所需的软件，可通过“参考文献1”（一份应用报告）中的链接下载到。SMBus 智能电池充电器的相关详情，也可在“参考文献 1”中找到。