采用闪存微控制器设计离线锂离子电池充电器
Designing an Off-Line Li-Ion Battery Charger Using an MCU with 2 Kbytes of Flash
前言
---采用恰当组合外设和闪存的合适8位微控制器来设计离线锂离子电池充电器,对于工程师来说,这是一个相当不错的选择。 集成2kB闪存和合适外设的基于80C51的微控制器所提供的解决方案并不昂贵。集成的闪存还能简便有效地调试应用密码,如果必要的话,还可现场升级软件。而且,80C51在设计领域已经广泛使用,众多厂商提供了一系列强大而经济的应用开发工具。考虑到电池充电的成本、设计效率和安全性,基于这种微控制器的解决方案的优势便不言而喻。设计团队即使在执行复杂的设计时,也可以大幅缩短设计周期,同时,还可将项目的整体物料清单（BOM）成本维持在可接受的范围内,用于价格敏感的应用。
---外设集成对设计有两个方面的优势。其一微控制器集成了一个内部振荡器,就可以节省外部振荡器的器件成本及其PC主板的封装形式;其次,内部振荡器还可以改进系统启动时的稳定性。四信道模数转换器是设计工程师应集成到芯片上的另一个颇具价值的外设。 它不仅能节省外部模数转换器成本,还能用于监测充电电压、电流及电池温度,这些都是安全电池充电操作的重要参数。
---下面将介绍用于设计的微控制器—飞利浦半导体的P89LPC916 。它不仅集成了这些功能, 同时包含高性能的处理器架构,能在两个时钟中执行指令,这样可以将性能提高至标准80C51器件的6倍。定时器0很容易配置,用于脉宽调制（PWM）输出,使装配和使用PWM功能变得简单。
电池充电的基本原理
---该设计解决方案是专门针对放电电压为3.6 V、电压极限为4.2 V、额定容量为700mAh～750mAh的锂离子电池的充电解决方案。充电分为3个阶段：预充阶段、恒流充电阶段和恒压充电阶段。如果电池的电荷很低,只能产生很低的输出电压,预充阶段则必不可少。这种情况下,必须采用低电流充电,以保护电池。如果电池已经可以产生很高的电压（大于3V）,就可以安全地省略预充阶段。当然,大多数情况都是如此。能量大多数是在恒流充电阶段和恒压充电阶段由充电器流入电池的。特定电池允许的最大充电电流由电池的额定容量决定。例如,额定容量为700mAh的电池,可以使用350mA～400mA的电流进行快速充电。
---就锂离子电池而言,微控制器必须维持电池的默认充电电压,同时还要监测充电电流,以确定电池何时充满,结束充电。温度监测可以保证安全的充电流程,因为只要电池达到充满状态,所有多余的电能都会转化为热能。尽管微控制器必须在原有性能之上增加温度监测功能,然而目前市场上大多数锂离子电池都已经具备了过充保护功能,因此,温度监测尽管必不可少,却很少应用。
降压转换器设计
---设计具有锥形中止功能的充电器最经济有效的方法是,采用降压转换器作为开关稳压器。降压转换器采用电感器存储电能。图1a和图1b是开关闭合和断开时降压转换器的运行情况。
---PWM输出的信号控制着充电开关。开关闭合时（如图1a所示）,充电器（Charger Vin）提供的电压迫使电流流经电路,电容器通过电感器进行充电。开关断开时（如图1b所示）,电感器试图感应电压以保持电流流动, 但不能立即发生变化。然后,电流流经肖特基
