靈活的電池充電系統設計

便攜式電子設備（無論是個人電子，遠程科學儀器，還是簡單的車庫手電筒）都有一個共同點：電池。可以是鎳鎘電池，鎳氫電池，鋰電池，或任何其他可充電電池。本文將討論一種靈活的電池充電系統，其可以應用于各種電壓，化學成分，和充電特性的電池。

當使用不同的電池容量給多種電池充電時，在不同的充電階段，電池電壓可能高于或低于電源電壓。因此需要電源電壓升壓或降壓來匹配電池電壓。例如，當3.3伏的電源電壓給一節鎳氫電池(通常是1.25 V)充電時需要降低。當給鋰電池(4.1 V)充電時，則需要升高輸入電壓。要處理這種情況，主充電路徑要選擇為單端初級電感變換器(SEPIC)。開關型DC-DC轉換具備比較大范圍的降壓和升壓能力，可以提供靈活的供電電壓。

這篇文章將會以兩種不同的可充電電池—鎳氫電池(NiMH)和鋰電池(Li-Ion)為例進行介紹。這兩種化學物質的電池需要不同的充電特性，但這兩者都能容易的使用相同靈活的充電結構為我們服務。從一種電池切換到另一種既靈活又簡單，可以用微控制器在軟件上實現。通過設計模塊化的充電子系統，把功能封裝到各種組件，根據系統需求，同樣的應用程序可以使用不同的微控制器實現。組件的使用簡化了設計，這里輸入和/或輸出可以是硬件和/或軟件。這種方法使得開發人可以把電池充電功能作為一個額外特色加到主應用中，如馬達控制，準確醫學測量等。

電池充電器必須要確定電池狀態(如電壓、電流、溫度)并控制充電電流。確定電池狀態的硬件是通用的。電池電壓可以高于或低于微控制器的輸入范圍，因此，電壓測量通常是使用一個電阻分壓電路來弱化電壓。電流測量可以在**(要進入電池的電流)，或低端 (從電池出來的電流)，如果是SEPIC變換器，在二次側電感使用一個電阻。電池通常有一個嵌入式熱敏電阻，其提供**電池溫度狀態。有時在一些商業電池上為了降低成本就把它省掉了。在這種情況下，可以在接觸電池的外部放置一個熱敏電阻。

在此基礎上測量的參數，電池充電電流由微控制器確定并控制。從充電器的角度來看，不同化學成分電池的主要區別是充電特性。鋰和鎳氫電池的充電特性如圖1所示

如圖1所示，電流由微控制器控制，電池的電壓和溫度會發生變化。鋰電池使用恒流恒壓充電。通常電池容量一般用 “CA”表示。在啟動階段，如果電池電壓低于恒流閾值（Vrapid_start)，充電器供應少量電流(大約0.1 CA)。這是預處理階段，電池電壓隨著這個小充電電流逐漸增加。當電壓達到快速充電閾值，充電電流由微控制器增加到約1 CA。這是恒流階段，這個階段一直持續到電池電壓達到指定電壓(Vfull)。然后電池充電器進入恒壓階段，這時充電電流較小，而電池電壓維持在Vfull。電流降低一直到結束，同時保持電池電壓，電池充電終止。在整個充電過程電池電流會有幾個°C的變化。如果有任何一個電池狀態（電壓、電流或溫度）超出充電器相應規定范圍，為了**，充電器都會停止充電。