如何设计离线锂电池充电器

供精密3.31 V 电源。

2 PMW输出解决方案

Timer0(定时器0)的一个通道用来产生控制降压转换器开关的PWM 信号。由于LPC916 带有其自己的片上RC 振荡器，故充电更加稳定而有效--尤其在电压控制工作模式下。所需的PWM 频率仅大约为14kHz，故能很好地控制在片上振荡器的频率范围内。可通过改变降压转换器的“开”时间来调整PWM 占空比。

系统设计

图2为锂电池充电器系统组成框图。其中PWM 输出控制充电开关，且其占空比可根据需要用充电电压及电流的反馈来调整。LPC916 的8 位片上高速A/D 转换器提供了监视充电电压所需的高精度。避免锂离子应用中的过充电非常重要，因为将充电保持在其最大值以内可延长电池的使用寿命。表1 为该电路的输入/输出参数规格。

下一步是计算电感值，首先必须指出的是，公式1 给出了占空比、输出电流、PWM 周期及其他变量之间的关系。电感值可通过假设Vi＝5.1V、所需输出电压Vsat＝0.5V(在Io=350mA 上，Vo＝4.25V、所需输出电流Io＝350mA 、1/T＝14.7kHz 以及占空比为50%来计算)。采用以上这些值，用公式1 可计算出电感值不小于10μH。在本设计中，建议电感值为33-10μH 。尽管可以采用大于5.1V 的输入电压，但更高的输入电压要求采用更高频率的PWM 或更大的电感，从而使器件成本提高。

锂电池应以三个独立的阶段来充电。如果电池电压低于3V，则需要有预充电阶段且充电电流应保持为65mA。一旦电池电压达到3V+-1% ，即开始进入快速充电阶段，并采用350mA 的恒定充电电流。通过调整控制脉冲可使充电电流保持恒定。当电池电压达到4V+-1% 时，即开始接恒定电压充电阶段。此时电压被保持在4.23V，充电电流处于监视下。

在恒定电压充电阶段之后，电池被另外再充电50 分钟，同时保持充电电流小于30mA。充电时间可用一个计时器来控制，但监视充电终结的方法有三种：检测充电电流、使用计时器以及 监视温度(可选)。

充电过程如图3 所示。从一个阶段进入到另一个阶段的准确标志如下：预充电阶段(当需要时)：如果Vbat3.0(1%，则设置 Iout=10%；Ireg=65mA ；快速充电阶段(恒定电流充电)：当Vbat=4.00+-1%V 时，设置Iout=Ireg=350mA；计时器控制充电阶段(恒定电压充电)：当Ibat60mA 时，设置Vout=Vreg=4.23V(50 分钟)以保证电池充分充电，但使充电电流小于30mA。充电在4 小时内完成。考虑到最终用户，设计中采用了LED 状态指示灯，以提供有关充电序列状态的信息。

设计方案的测试

可用来在充电过程中测试该设计的电路框图如图4 所示。用两块万用表来测量Vout 及Vsense_res 读数。Vout=Vbat+Vsense_res ，充电电流可用公式Iout=Vsense re