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基于UC3842B和STM8S103F2的锂电池充电器

时间:2014-12-25 10:43:45来源:文/杨镇遥 胡越黎 杨文荣浏览次数:
引言
随着便携式设备与电动工具的不断发展,对电池性能,特别是可充电锂电池的性能要求也在不断提高。与此同时,对于锂电池充电电路的设计与优化也持续进步。本文所设计锂电池充电电路是基于三串10.8V 电池组设计的一款智能锂电池充电器。实验使用的电池型号为韩国三星公司(SAMSUNG)的INR18650-13Q 型号电池,该电池额定容量为1300mAh,额定使用电压为3.60V,充电时充电电压达到4.20V 默认为满状态,并且该电池要求采用CC-CV(恒流- 恒压)方式充电。基于STM8S103F2 单片机的控制与电流模式控制器UC3842B 调整,通过软硬件结合的形式实现了充电过程中的恒流与恒压过程及转换。文中详细阐述该款锂电池充电器的软硬件工作原理,特别是恒流与恒压充电的具体实现,并分析了充电器的实验结果。

充电方法的比较

目前,国内外对于锂电池的充电方法不多,大致分为以下两种:
2.1 直流充电法
这种方法较为简单,通过变压器将市电220V 电压通过变压器转换为某一电压值,再用恒流直接为锂电池进行充电,直至电池电压达到某一值结束。这种方法虽然简单且充电时间较快,但是对电池损伤非常大,而且也几乎不能将电池充至满状态,长期使用这种充电器,会导致电池寿命下降。

图1:常规充电方法
2.2 常规充电方法
如图1,这种方法是最为常用的方法。当电池插入充电器时,充电器首先进入预处理状态,该状态主要对电池进行检查,使用大约C/15 大小的充电电流对电池进行温和充电,测试其电压是否能够达到门限值2.5V。如果不能,则认为电池损坏;如果能则进入恒流区,以较高的电流(大约1C)对电池组进行快速充电。当电池恒流充电达到门限电压4.2V时进入恒压区。在恒压区内,对电池进行恒电压充电,随着电池电压的不断上升,充电电流不断减小,直到充电电流下降到C/10 到C/15 的量级时,充电停止,整个充电状态结束。在充电效果,电池损耗方面的比较上,直流法远不如常规法,虽然充电时间较短,但其使用频率依旧很低。相比之下,常规法的充电效果和对电池的损耗都可以达到要求,并且常规法的实现也较其他一些方法简便。因此,常规法成为了当今应用频率最高的锂电池充电方法。本系统的设计也是基于常规法。

图2:UC3842B 芯片简化方框图

芯片介绍与电路架构

本系统中主要应用到了高性能电流模式控制芯片UC3842B。
3.1 UC3842B芯片介绍
UC3842B 芯片是一款高性能电流型PWM控制器。该芯片电路开关频率可调节,具有电流反馈和电压反馈双环控制的特点,电压调整率和负载调整率高。并且具有外围电路简单,安装与调试方便,性能优良,价格低廉等优点。UC3842B 芯片的内部主要包括:5V 参考电压,输入欠压锁定电路,误差放大器,振荡器,脉宽调制器。图2 是8 脚封装的UC3842 芯片的简化方框图。
各引脚功能如下:脚1 为误差放大器输出;脚2 是误差放大器反相输入,通常通过一个电阻分压器连接至开关电源输出,起电压反馈做用;脚3 为电流取样引脚;脚4 用于给PWM
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