基于MCP1631HV的多功能充电器系统设计

1 概述
随着便携式可充电应用的持续增长，对独特或者定制电池充电器设计的需求也在不断增加。除了便携式可充电应用的增长之外，电池化学也在不断进步，涌现了许多新的充电算法。
本文采用Microchip公司的高速PWM系列器件MCP1631HV设计了一款多种充电算法并存、用户可以进行灵活配置、可以满足多种不同特性的充电电池的智能充电器。整个硬件体积大小为7 cm×6．7 cm×3 cm，可以满足目前社会对智能充电器小体积、可灵活配置以及高充电效率的需求。整个智能充电器系统的设计包括3部分：智能充电器充电算法原理、智能充电器硬件系统设计以及充电算法系统软件设计。

2 智能充电器多种充电算法原理
针对目前市面上常见的可充电电池类型，具体分析镍氢镍镉电池充电曲线以及锂离子电池充电曲线。图1是镍氢镍镉电池充电曲线特性图。

从图1可以看出，整个镍氢镍镉充电曲线的工作过程是：一旦MCU检测到有充电电池，就会有受控小电流或调理电流流入电池组，从而开始进行充电。如果充电的每节电池电压都在0．9 V以上，就对电池组开始快速充电或者使用高电流进行充电。对于镍氢或镍镉电池，充电电池的范围可达(甚至超过)电池容量的50％～100％。当电池到达其容量时，采取渐止充电方式完成充电周期。
当电池充电完成时，需要停止对电池组的进行充电，一般采取两种方法来判断是否停止充电：
①根据电池组温度的突然增加；
②根据电池组电压的细微下降-dV／dt。
针对镍氢镍镉电池而言，电池组电压的细微下降不容易检测，因为变化率变化非常小，但是-dT／dt变化率较大，容易检测，因此在下面的设计中对镍氢电池组采用第一种方法进行停止充电检测。
锂离子电池充电曲线特性如图2所示。锂离子电池充电之前先要进行电池校验，且在开始快速或者高电流充电之前，每块电池的电压均应大于3 V。若小于3 V，使用低值调理电流来开始充电周期。MCU一旦检测到电池电压大于3 V阈值，就将启动快速或高电流充电，随着电池电压的上升，在电池充满之前电压到达最大值。绝大多数锂离子电池的恒定电压是4．2 V，达到这个电压值以后，电池充电器变成恒压源(调节电流而不调节电压)。当处于恒压模式时，随着充电电流的降低，充电周期仍然继续；当充电电流下降到快速充电电流约7％时，停止充电。如果充电结束后电压下降到4．0 V以下，则可以开始新的充电周期。