高效、低成本及可靠的電池充電器設計可用各種方法來實現，但采用8位閃速MCU不僅能縮短設計時間、降低成本及供應安全可靠的產品，而且還能使設計人員以最少的工作量來進行現場升級。

圖1：(a)：降壓轉換器開關“開”；(b)：降壓轉換器開關“關”

考慮到電池安全充電的成本、設計效率及重要性，基于MCU的解決方法可為設計者們供應諸多優勢。通過選擇帶適當外圍與閃存的8位MCU，工程師們能充分利用其優勢來設計一種離線鋰離子電池充電器。帶2KB閃存及適當外圍以供應一種廉價解決方法的飛利浦80C51型MCU就是這樣一個例子。集成化閃存還能供應高效及方便地調試應用代碼并進行現場軟件升級(假如要)的能力。

由于設計界不僅熟悉而且廣泛接受8位MCU，故軟硬件開發可快速進行。由眾多廠商供應的各種功能強大且并不昂貴的應用開發工具，也是這種方法的另一項優勢。

利用這種方法，設計團隊不僅能極大地縮短設計周期，而且還能進行更為復雜的設計，并使項目的整體材料費(BOM)不超出可接受的范圍。

圖2：由LpC916控制的鋰離子電池充電器解決方法

外圍電路集成

譬如，當MCU集成有內部振蕩器時，離線鋰離子電池充電器設計可從以下兩方面獲益。首先，可省掉外部振蕩器，從而節省成本及pCB占位；其次，內部振蕩器可提高系統啟動時的穩定性。

四通道A/D轉換器是設計工程師們應該尋求集成到芯片中的另一種有價值的外圍電路。除能比使用外部A/D轉換器更節約成本外，還能用它來檢測充電電壓、電流及電池溫度--幾乎包括安全電池充電操作中的所有重要參數。

用來實現以下所介紹設計的MCU(p89LpC916)不僅集成了上述所有這些特性而且還擁有可同時在兩個時鐘上執行指令的高性能處理器架構，從而將其性能提高至標準80C51器件的6倍。Time0(計時器0)很容易被配置成pWM輸出，故易于設置及使用pWM功能。

基本電池充電標準

圖3：鋰離子電池充電過程

本設計為專門針對額定700-750mAh、3.6V放電電壓及4.2V電壓極限的鋰離子電池充電器解決方法。

充電順序分成以下三個階段：預充電階段、恒定電流充電階段及恒定電壓充電階段。

當電池只剩下很少的電量且因此而只能出現很低的輸出電壓時，就必須有預充電階段。在此情況下，必須采用低電流充電以保護電池。但假如被充電電池可出現較高電壓(>3V)，則可省略掉預充電階段。當然，這是最普遍的情況。

大部分電能是在恒定電流及恒定電壓充電階段從充電器流入電池。電池的最大允許充電電流由該電池的額定容量決定。關于快速充電，例如額定700mAh的電池，可用350-400mA電流來充電。

在鋰離子電池情況下，MCU必須在保持電池正常充電電壓的同時還監視充電電流，以在電池充滿時能終止充電過程。

溫度監視可用來確保執行安全的充電步驟，因為隨著電池充滿，任何額外的電能都將被轉換成熱量。盡管MCU必須為其完成的功能新增溫度監視，但當今市場上的大多數鋰離子電池都帶有內置過充電保護，故溫度監視盡管要但卻很少使用。

降壓轉換器設計

圖4：測試電路

若要設計一種帶錐形端接特性的充電器，最有效及最經濟的方法是采用降壓轉換器來作為開關調整器。降壓轉換器使用電感來儲存電能。圖1a及1b分別為開關處于通/斷位置時的降壓轉換器工作示意圖。

來自pWM的信號控制充電開關。當開關閉合時(圖1a)，電流由于充電器供應的電壓(充電器Vin)而流過電路，此時電容通過電感充電。

當開關打開時(如1b所示)，電感試圖通過感應電壓來保持電流流動，但它不能立刻充電。然后電流流過肖特基二極管并給電容充電。此過程循環往復。

當通過減少pWM占空比來縮短開關“通”時間時，平均電壓減少。相反，當通過新增pWM占空比來延長開關“斷”時間時，平均電壓新增。故通過控制pWM占空比來使MCU調整充電電壓(或電流)可達到所需的輸出值。

在討論設計細節以前，需先討論與電感及電容有關的兩個要點：

1．電感大小

不難看出，確定降壓轉換器電感的大小是達到合適充電電壓及電流的關鍵。電感大小也與成本有關。電感容量可用公式1來計算：

公式1