鋰電池充電器的設(shè)計介紹根據(jù)其尺寸，重量和能量儲存優(yōu)點，鋰-離子可再充電電池正在被用于許多的應(yīng)用領(lǐng)域。這些電池已經(jīng)被考慮為優(yōu)先的電池于手提式計算機的應(yīng)用,移置NiMH和NiCad電池,而且行動電話正在飛快地成為鋰電池的第二個主要的市場。理由是明顯的。鋰-離子的電池提供很多的好處對與終端消費者。對于手提式計算機來說,鋰-離子電池在相同條件和大小并減少重量的情況下能夠提供比NiCad和NiMH更為持久的電力。相同的優(yōu)點對于蜂窩電話更是真實的。一個電話能被做得更小和更輕如果使用李-離子的電池的話而不犧牲續(xù)航時間。當鋰-離子的電池費用降下來的話,甚至更多的應(yīng)用將會轉(zhuǎn)變到這一個更輕巧和更小巧的技術(shù)上來。當消費者一直要求方便的時候，市場的趨勢表明一個持續(xù)不斷的增長在所有的可再充電的電池中。根據(jù)以前市場的資料大約在1997年的時候表明大約二億個鋰-離子電芯將會被裝船運送,相比較于600百萬個NiMH的電芯。然而,有必要說明的是三個NiMH的電芯相當于一個鋰-離子的電芯在被包裹為電池包裝的時候。因此，真實的體積對兩者來說是非常接近一樣的。1997年也被標記為第一年鋰-離子作為電池類型用于在大多數(shù)的手提式的計算機中,移置NiMH為高端領(lǐng)域中。資料顯示1997年在歐洲和日本電池電芯市場表現(xiàn)出一個變化對于鋰-離子在多數(shù)的電話的應(yīng)用中。鋰-離子的電池是一種令人興奮的電池技術(shù)必須給于高度的關(guān)注。要想了解這些新的電池，這設(shè)計引導(dǎo)者解釋這些原則，要價需求以及符合這些需求的線路。隨著越來越多的手持式電器的出現(xiàn)，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術(shù)的持續(xù)進步也要求更復(fù)雜的充電算法以實現(xiàn)快速、安全的充電。因此需要對充電過程進行更精確的監(jiān)控，以縮短充電時間、達到最大的電池容量，并防止電池損壞。AVR已經(jīng)在競爭中領(lǐng)先了一步，被證明是下一代充電器的完美控制芯片。AtmelAVR微處理器是當前市場上能夠以單片方式提供Flash、EEPROM和10位ADC的最高效的8位RISC微處理器。由于程序存儲器為Flash，因此可以不用象MASKROM一樣，有幾個軟件版本就庫存幾種型號。Flash可以在發(fā)貨之前再進行編程，或是在PCB貼裝之后再通過ISP進行編程，從而允許在最后一分鐘進行軟件更新。EEPROM可用于保存標定系數(shù)和電池特性參數(shù)，如保存充電記錄以提高實際使用的電池容量。10位A/D轉(zhuǎn)換器可以提供足夠的測量精度，使得充好后的容量更接近其最大容量。而其他方案為了達到此目的，可能需要外部的ADC，不但占用PCB空間，也提高了系統(tǒng)成本。AVR是目前唯一的針對象“C”這樣的高級語言而設(shè)計的8位微處理器。AT90S4433參考設(shè)計就是用“C”寫的，說明用高級語言進行軟件設(shè)計是多么的簡單。C代碼似的此設(shè)計很容易進行調(diào)整以適合當前和未來的電池。而ATtiny15參考設(shè)計則是用匯編語言寫的，以獲得最大的代碼密度。現(xiàn)代消費類電器主要使用如下四種電池：密封鉛酸電池(SLA)鎳鎘電池(NiCd)鎳氫電池(NiMH)鋰電池(Li-Ion)在正確選擇電池和充電算法時需要了解這些電池的背景知識。密封鉛酸電池(SLA)密封鉛酸電池主要用于成本比空間和重量更重要的場合，如UPS和報警系統(tǒng)的備份電池。SLA電池以恒定電壓進行充電，輔以電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。只要電池單元電壓不超過生產(chǎn)商的規(guī)定(典型值為2.2V)，SLA電池可以無限制地充電。鎳鎘電池(NiCd)NiCd電池目前使用得很普遍。它的優(yōu)點是相對便宜，易于使用；缺點是自放電率比較高。典型的NiCd電池可以充電1,000次。失效機理主要是極性反轉(zhuǎn)。在電池包里第一個被完全放電的單元會發(fā)生反轉(zhuǎn)。為了防止損壞電池包，需要不間斷地監(jiān)控電壓。一旦單元電壓下降到1.0V就必須停機。NiCd電池以恒定電流的方式進行充電。鎳氫電池(NiMH)在輕重量的手持設(shè)備中如手機、手持攝象機，等等鎳氫電池是使用最廣的。這種電池的容量比NiCd的大。由于過充電會造成NiMH電池的失效，在充電過程中進行精確地測量以在合適的時間停止是非常重要的。和NiCd電池一樣，極性反轉(zhuǎn)時電池也會損壞。NiMH電池的自放電率大概為20%/月。和NiCd電池一樣，NiMH電池也為恒定電流充電。鋰電池(Li-Ion)和本文中所述的其他電池相比，鋰電池具有最高的能量/重量比和能量/體積比。鋰電池以恒定電壓進行充電，同時要有電流限制以避免在充電過程的初期電池過熱。當充電電流下降到生產(chǎn)商設(shè)定的最小電流時就要停止充電。過充電將造成電池損壞，甚至爆炸。電池的安全充電現(xiàn)代的快速充電器(即電池可以在小于3個小時的時間里充滿電，通常是一個小時)需要能夠?qū)卧妷?、充電電流和電池溫度進行精確地測量，在充滿電的同時避免由于過充電造成的損壞。充電方法SLA電池和鋰電池的充電方法為恒定電壓法要限流；NiCd電池和NiMH電池的充電方法為恒定電流法，且具有幾個不同的停止充電的判斷方法。最大充電電流最大充電電流與電池容量(C)有關(guān)。最大充電電流往往以電池容量的數(shù)值來表示。例如，電池的容量為750mAh，充電電流為750mA，則充電電流為1C(1倍的電池容量)。若涓流充電時電流為C/40，則充電電流即為電池容量除以40。過熱電池充電是將電能傳輸?shù)诫姵氐倪^程。能量以化學(xué)反應(yīng)的方式保存了下來。但不是所有的電能都轉(zhuǎn)化為了電池中的化學(xué)能。一些電能轉(zhuǎn)化成了熱能，對電池起了加熱的作用。當電池充滿后，若繼續(xù)充電，則所有的電能都將轉(zhuǎn)化為電池的熱能。在快速充電時這將使電池快速升溫，若不及時停止充電就會造成電池的損壞。因此，在設(shè)計電池充電器時，對溫度進行監(jiān)控并及時停止充電是非常重要的。停止充電的判別方法電池的不同應(yīng)用場合及工作環(huán)境限制了對判斷停止充電的方法的選擇。有時候溫度不容易測得，但可以測得電壓，或者是其他情況。本文以電壓變化率(-dV/dt)為基本的判斷停止充電的方法，而以溫度和絕對電壓值為輔助和備份。但是本文所描述的硬件支持以下講述的所有的方法。t時間這是決定何時停止充電的最簡單的方法。通常用于快速充電時的后備方案。有時也作為普通充電(14-16小時)方法的基本方案。適用于各種電池。V電壓當電壓超出上限時停止充電。通常與恒定電流充電配合使用。最大電流由電池決定，通常為1C。為了防止充電時電流過大導(dǎo)致電池過熱，此時電流限制是非常關(guān)鍵的。這個方法是鋰電池的基本充電和停止方案。實際鋰電池充電器往往在達到最大電壓之后還繼續(xù)進行第二階段的充電，以達到100%的電池容量。對于NiCd電池和NiMH電池本方法可以作為后備的判斷停止充電方案。-dV/dt電壓變化率這個判斷停止充電的方法利用了負的電壓變化率。對于某些類型的電池，當電池充滿后繼續(xù)充電將導(dǎo)致電壓的下降。此時本方案就非常合適了。這個方法通常用于恒定電流充電，適用于對NiCd電池和NiMH電池的快速充電。I電流當充電電流小于某個預(yù)先設(shè)定的數(shù)值時停止充電。通常用于恒定電壓充電法。適用于SLA電池和鋰電池。T溫度絕對溫度可以作為NiCd電池和NiMH電池停止充電的依據(jù)，但是更適合于作為備份方案。溫度超出設(shè)定值時任何電池都得停止充電。dT/dt溫度上升速率快速充電時溫度的變化率可以作為停止充電的依據(jù)。請參考電池生產(chǎn)商的規(guī)范(NiCd電池的典型值為1oC/min)適用于NiCd電池NiMH電池。DT超出環(huán)境溫度的溫度值當電池溫度和環(huán)境溫度之差超過一定門限時需要停止充電。此方法可以作為NiCd電池和SLA電池停止充電的方案。在寒冷環(huán)境中充電時這個方法比絕對溫度判定法更好由于大多數(shù)系統(tǒng)往往只有一個溫度探頭，只好將充電之前的溫度作為環(huán)境溫度。dV/dt=0零電壓差這個方法與-dV/dt方法極其類似，而且在電壓不會再升高的情況下更準確。適用于NiCd電池和NiMH電池。本參考設(shè)計完全實現(xiàn)了電池充電器設(shè)計的最新技術(shù)，可以對各種流行的電池類型進行快速充電而無須修改硬件，從而圍繞單個硬件平臺實現(xiàn)一個完整的充電器產(chǎn)品系列。只需要將新的充電算法通過ISP下載到處理器的FLASH存儲器就可以得到新的型號。很顯然，這種方法可以大大縮短新產(chǎn)品上市的時間，而且只需要庫存一種硬件。本設(shè)計提供完整的適合SLA、NiCd、NiMH和Li-Ion電池的庫函數(shù)。ThedesignofthelithiumbatterychargerIntroductionLi-Ionrechargeablebatteriesarefindingtheirwayintomanyapplicationsduetotheirsize,weightandenergystorageadvantages.Thesebatteriesarealreadyconsideredthepreferredbatteryinportablecomputerapplications,displacingNiMHandNiCadbatteries,andcellularphonesarequicklybecomingthesecondmajormarketplaceforLi-Ion.Thereasonisclear.Li-Ionbatteriesoffermanyadvantagestotheendconsumer.Inportablecomputers,Li-IonbatterypacksofferlongerruntimesoverNiCadandNiMHpacksforthesameformfactorandsize,whilereducingweight.Thesameadvantagesaretrueforcellularphones.AphonecanbemadesmallerandlighterusingLi-Ionbatterieswithoutsacrificingruntime.AsLi-Ionbatterycostscomedown,evenmoreapplicationswillswitchtothislighterandsmallertechnology.Markettrendsshowacontinualgrowthinallrechargeablebatterytypesasconsumerscontinuetodemandtheconvenienceofportability.Marketdatafor1997showsthatapproximately200millioncellsofLi-Ionwillbeshipped,comparedto600millioncellsofNiMH.However,itisimportanttonotethatthreecellsofNiMHareequivalenttooneLi-Ioncellwhenpackagedintoabatterypack.Thus,theactualvolumeisveryclosetothesameforboth.1997alsomarkedthefirstyearLi-Ionwasthebatterytypeusedinthemajorityofportablecomputers,displacingNiMHforthetopspot.DataforthecellularmarketshowedashifttoLi-Ioninthemajorityofphonessoldin1997inEuropeandJapan.Li-Ionbatteriesareanexcitingbatterytechnologythatmustbewatched.Tomakesenseofthesenewbatteries,thisdesignguideexplainsthefundamentals,thechargingrequirementsandthecircuitstomeettheserequirements.Alongwithmoreandmoretheemergenceofthehandheldelectricappliances,tothehighperformance,babysize,weightneedofthelightbatterychargeralsomoreComemorebig.Thebatteryistechnicaltoprogresstoalsorequestcontinuouslytorefreshthecalculatewaymorecomplicatedlyisfastwiththerealization,safetyofrefresh.ThereforeneedWanttocarryonthemoreaccuratesupervisiontowardsrefreshingtheprocess,toshortentorefreshtimeandattainthebiggestbatterycapacity,andpreventfromthebatteryBad.TheAVRhasalreadyledtheonestepinthecompetition,isproveisperfectcontrolchipofthenextgenerationcharger.ThemicroprocessorofAtmelAVRiscurrentandcanprovideFlash,EEPROMand10ADCsesbysinglesliceonthemar