【導讀】puters,thelastoneminute.

　　

【正文】 MH 為高端領域中。 資料顯示 1997 年在歐洲和日本電池電芯市場表現出一個變化對于 鋰 離子在多數的電話的應用中。 鋰 離子的電池是一種令人興奮的電池技術必須給于高度的關注。要想 了解這些新的電池，這設計引導者解釋這些原則，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，對高性能、小尺寸、重量輕的電池充電器的需求也越來越大。電池技術的持續(xù)進步也要求更復雜的充電算法以實現快速、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 已經在競爭中領先了一步，被證明是下一代充電器的完美控制芯片。 Atmel AVR 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 MASK ROM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和電池特性參數，如保存充電記錄以提高實際使用的電池容量。 10位 A/D 轉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計的 8 位微處理器。 AT90S4433 參考設計就是用 “C”寫的，說明用高級語言進行軟件設計是多么的簡單。 C 代碼似的此設計很容易進行調整以適合當前和未來的電池。而 ATtiny15 參考設計則是用匯編語言寫的，以獲得最大的代碼密度。 現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 (LiIon) 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商的規(guī)定 ( 典型值為)， 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。在電池包里第一個被完全放電的單元會發(fā)生反轉。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 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 (LiIon) 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商設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 ) 需要能夠對單元電壓、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。最大充電電流往往以電池容量的數值來表示。例如，電池的容量為 750 mAh，充電電流為 750 mA，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到電池的過程。能量以化 學反應的方式保存了下來。但不是所有的電能都轉化為了電池中的化學能。一些電能轉化成了熱能，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致電池過熱，此時電流限制是非常關鍵的。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先設定的數值時停止充電。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，但是更適合于作為備份方案。溫度超出設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。請參考電池生產商的規(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。 本參考設計完全實現了電池充電器設計的最新技術，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一個完整的充電器產品系列。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品上市的時間，而且只需要庫存一種硬件。本設計提供完整的適合 SLA、 NiCd、 NiMH 和 LiIon 電池的庫函數。