主頁(yè)（http://www.130131.com）：無(wú)線(xiàn)設(shè)備中的可編程電池充電技術(shù)(2)

電池和充電器狀態(tài)可以通過(guò)I2C接口讀取。狀態(tài)包括空閑、預(yù)充、快充和充電結(jié)束等充電器狀態(tài)，以及電池沒(méi)裝、過(guò)壓或欠壓、過(guò)溫和欠溫等電池狀態(tài)。用戶(hù)也可以通過(guò)該二線(xiàn)接口獲得三個(gè)充電階段的充電定時(shí)器狀態(tài)。另外，充電控制器經(jīng)過(guò)編程可以自動(dòng)開(kāi)始另一個(gè)再充電循環(huán)，并能通知用戶(hù)目前的充電循環(huán)是否是控制器開(kāi)始工作后的第一次循環(huán)，或控制器開(kāi)始工作后的充電循環(huán)是否已經(jīng)結(jié)束。

一旦電池選定后就可以開(kāi)始實(shí)際的設(shè)計(jì)工作。本案例選擇的是一個(gè)滿(mǎn)充電壓為4.2V、容量為1,000mAh的鋰電池。選用USB端口作為充電電源并要求盡可能快地對(duì)電池進(jìn)行充電。為了方便設(shè)計(jì)，可以運(yùn)行如圖2所示的Windows GUI工具，并通過(guò)點(diǎn)擊上面的“標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置”按鈕獲得需要用戶(hù)設(shè)置的所有參數(shù)。

圖2：通過(guò)Windows GUI可以方便地對(duì)充電參數(shù)進(jìn)行編程

為了防止USB端口輸出電流超過(guò)限值，根據(jù)最大充電電流規(guī)定，可以將充電電流定為稍小于USB最大輸出電流減去電池充電器本身和外圍電路偏置電路所需的數(shù)十毫安電流。參考GUI工具可以發(fā)現(xiàn)450mA是非常理想的充電電流，即使再加上偏置電路的消耗，也不會(huì)超過(guò)USB端口允許的最大輸出電流限定值。充電電流檢測(cè)電阻選用100mΩ。

雖然充電器電流可以設(shè)得再高一點(diǎn)，但要考慮充電器工作電流和其它外圍支持電路(如上拉電阻和可視LED指示器)的電流消耗，必須留有余量以確保USB端口最大輸出電流不被超過(guò)。在完成完整的充電曲線(xiàn)后，將預(yù)充和終止電流分別設(shè)在100mA和25mA。同時(shí)選擇100uA/10k的熱敏電阻以增加熱保護(hù)功能，浮充和預(yù)充到快充的門(mén)限分別設(shè)為4.2V和3.0V。

下一步選擇開(kāi)關(guān)電感和大容量輸出電容。電感的選擇標(biāo)準(zhǔn)是在所選的1.25MHz開(kāi)關(guān)頻率上來(lái)處理20%~25%的紋波電流。L的數(shù)值根據(jù)下式進(jìn)行粗略的計(jì)算：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可選用15uH的電感。具有低等效串聯(lián)電阻的陶瓷電容是大容量電容的理想選擇。可以選擇等效串聯(lián)電阻為8mΩ的10uF電容，這種電容性?xún)r(jià)比高，其容量足夠用來(lái)濾波紋波電壓，而該紋波電壓為流經(jīng)電感器的紋波電流和等效串聯(lián)電阻的乘積。在輸入端增加一個(gè)大容量電容和一個(gè)旁路電容、為充電器偏置引腳增加一對(duì)旁路電路即可完成整個(gè)設(shè)計(jì)。

USB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了輸入大電容的值，原則上是USB端口電壓在熱插撥時(shí)下降幅度不允許超過(guò)規(guī)定值。充電器偏置電容用來(lái)維持內(nèi)部電壓參考和模擬電路的完整性。增加一個(gè)500mA、10V的肖特基飛輪二極管，并使用簡(jiǎn)單的RC與充電器互導(dǎo)放大器組合對(duì)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行頻率補(bǔ)償，從而進(jìn)一步穩(wěn)定工作狀態(tài)。

利用二線(xiàn)串行數(shù)據(jù)接口并在低級(jí)別微處理器的幫助下，充電器可以極大地?cái)U(kuò)展它的用途。當(dāng)電池供應(yīng)商發(fā)生變化時(shí)，可以通過(guò)串行接口重新定義充電曲線(xiàn)以及目前為止電池維護(hù)所需的所有其它參數(shù)，不需要更換充電器或改變?nèi)魏瓮獠吭�件。切換到圖3所示的GUI中的“狀態(tài)/控制”欄，可以發(fā)現(xiàn)大量可以在充電過(guò)程中由微處理器讀取并作出反應(yīng)的易失性狀態(tài)和故障寄存器。

圖3：顯示充電狀態(tài)的狀態(tài)和故障寄存器。命令寄存器開(kāi)始/終止充電

充電過(guò)程可以如圖所示那樣開(kāi)始或結(jié)束。還有其它一些操作，包括將充電器切換到USB集線(xiàn)器工作模式，此時(shí)工作電流為100mA。圖4給出了帶二線(xiàn)串行接口的電池充電器的完整原理圖。

圖4：用戶(hù)可編程USB供電的開(kāi)關(guān)模式鋰電充電器原理圖

技術(shù)創(chuàng)新又一次獲得成功，因?yàn)橛糜谠鰪?qiáng)PC功能的那些器件現(xiàn)在可以用作許多種手持設(shè)備的電池充電源。USB端口通信能力也進(jìn)一步提升了充電器的性能，使充電器從最初的獨(dú)立型充電器發(fā)展成智能的只需附帶一根價(jià)格低廉的USB線(xiàn)纜的全功能擴(kuò)展充電平臺(tái)。

現(xiàn)在仍然是家庭中常見(jiàn)設(shè)備的笨重的交流適配器，將變成電池供電設(shè)備的可選附屬設(shè)備，而將主導(dǎo)地位讓位于更受歡迎的USB充電器。