基于MCU设计的离线锂电池充电器

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温度监视可用来确保执行安全的充电步骤，因为随着电池充满，任何额外的电能都将被转换成热量。尽管MCU必须为其完成的功能增加温度监视，但当今市场上的大多数锂电池都带有内置过充电保护，故温度监视尽管需要但却很少使用。

降压转换器设计

图4：测试电路

若要设计一种带锥形端接特性的充电器，最有效及最经济的方法是采用降压转换器来作为开关调整器。降压转换器使用电感来储存电能。图1a及1b分别为开关处于通/断位置时的降压转换器工作示意图。

来自PWM的信号控制充电开关。当开关闭合时(图1a)，电流由于充电器提供的电压(充电器Vin)而流过电路，此时电容通过电感充电。

当开关打开时(如1b所示)，电感试图通过感应电压来保持电流流动，但它不能立刻充电。然后电流流过肖特基二极管并给电容充电。此过程循环往复。

当通过减少PWM占空比来缩短开关“通”时间时，平均电压减少。相反，当通过增加PWM占空比来延长开关“断”时间时，平均电压增加。故通过控制PWM占空比来使MCU调整充电电压(或电流)可达到所需的输出值。

在讨论设计细节以前，需先讨论与电感及电容有关的两个要点：

1．电感大小

不难看出，确定降压转换器电感的大小是达到合适充电电压及电流的关键。电感大小也与成本有关。电感容量可用公式1来计算：

公式1

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其中：Vi：输入至开关的充电器电压；

图5：输出电压测试结果　

       Vsat：开关“通”时开关的电压损失；
       Vo：电压输出；
       T：PWM周期；
       DutyCycle：PWM占空比；
       Io：电流输出(亦即恒定电流充电)。

公式1显示PWM的开关频率越高(亦即开关周期T越小)，则所需的电感越小，这有助于减少器件成本。

2．电容大小

还需注意的是，此电路中的电容完全是用来减少纹波电流，故越大越好，因为纹波与电容值成反比。

设计要点

本设计基于飞利浦P89LPC916型MCU，其整体设计思想是，通过先用恒定电流充电、然后再用恒定电压充电来实现尽可能快的充电。MCU还控制用于指示充电器工作状态的LED。

1．精密电源
　

图6：输出电流测试结果

VDD需采用精密电压源，因为此电压被用作DA-DA转换器的电压参考。低压降(LDO)调整器为该电压源的最佳选择，且本设计采用3端LDO LM1117来为VDD提供精密3.31 V电源。

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