文档介绍：AN037-用 C8051F300 设计锂离子电池充电器的解决方案 CYGNAL 应用笔记
CYGNAL 应用笔记
用C8051F300设计锂离子电池充电器的解决方案
CYGNAL
相关器件
本应用笔记适用于下列器件
C8051F300
引言
鉴于产品使用的灵活性以及方便性的需要许多系统都把可充电电池作为主要的能量来源电池充电器
的较典型的实现方法是用一个专门功能的集成电路 IC 去控制充电电流/电压的范围
C8051F300 系列单片机提供一个灵活的替代专门功能的电池充电器的解决方案本应用笔记就是讨论如何使
用 C8051F300 器件设计锂离子电池充电器锂离子充电的算法同样也适用于其他的化学电池充电器
关键点
片上高速 ADC 为控制充电电压提供较高的精度(这一点对于防止锂离子电池应用中的过充电是非常重
要的), 并使充电效率和电池寿命达到最大化
片上 PWM 脉宽调制提供了用一个小的外部电感实现快速转换的方法
片上温度传感器为测量电池的温度提供了一个精确稳定的驱动电压也可以通过灵活的模拟输入 AMUX
用一个外部 RTD 电阻性温度器件实现对电池温度的测量
一个 C8051F300 可以为实现多节化学性能的充电器提供充分的硬件资源大大加快了产品的市场适应期
并减少库存
Sense Resistor
VPos(+)
LDO Buck
Converter
PWM Out Resistor
8051F300 Divider Li-Ion
AIN1 Cells
Cygnal AIN2
Integrated
LED
Products
8k FLASH, PWM,
Temp Sensor,
Precision Time Base
VNeg(-)
图1 锂离子电池充电模块图
充电原理
电池的特性唯一地决定其安全性能和充电的效率电池的最佳充电方法是由电池的化学成分决定的锂
离子镍氢镍镉还是SLA电池等等尽管如此大多数充电方案都包含下面的三个阶段
1. 低电流调节阶段
2. 恒流阶段
3. 恒压阶段/充电终止
所有电池都是通过向自身传输电能的方法进行充电的一节电池的最大充电电流取决于电池的额定容量
C 例如一节容量为1000mAh 的电池在充电电流为1000mA 时可以充电 1C (电池容量的1倍) 也可
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AN037-用 C8051F300 设计锂离子电池充电器的解决方案 CYGNAL 应用笔记
以用 1/50C(20m A) 或更低的电流给电池充电尽管如此这只是一个普通的低电流充电方式不适用于要
求短充电时间的快速充电方案
现在使用的大多数充电器在给电池充电时都是既使用低电流充电方式又使用额定充电电流的方法即所
谓的容积充电低充电电流通常使用在充电的初始阶段在这一阶段需要将会导致充电过程终止的芯片
初期的自热效应减小到最低程度容积充电通常用在充电的中级阶段电池的大部分能量都是在这一阶段存
储的
在电池充电的最后阶段通常充电时间的绝大部分都是消耗在这一阶段可以通过监测电流电压或
两者的值来决定何时结束充电同样结束方案依赖于电池的化学特性例如大多数锂离子电池充电器都
是将电池电压保持在恒定值同时检测最低电流镍镉 NiCd 电池用电压或温度的变化率来决定充电的结
束时间
充电时部分电能被转换成热能直至电池充满而充满后所有的电能将全部被转换成热能如果
此时不终止充电未电池就会被损坏或烧毁快速充电器电池完全充满的时间小于两小时的充电器则可
以解决这个问题因为这些充电器是使用高充电电流来缩短充电时间的因此对于锂离子电池来说监测
它的温度是至关重要的因为电池在过充电时会发生爆裂在所有的充电阶段都应该随时监测温度的变化
并且在温度超过最大设定值时立即停止充电
锂离子电池充电器–硬件部分
与其他的化学电池相比锂离子电池具有较高的能量和容量比以及能量和重量比等性能使得锂离子电
池成为大多数应用首选的化学电池现在使用的大多数锂离子电池充电器用渐弱终止充电和最小化电流参
见图2 的方法来确保电池完全充电在本应用笔记的最后给出了程序示例源代码
快速转换器
实现一个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一个用一个电感和/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