基于UC3842B和STM8S103F2的鋰離子電池充電器

介紹

隨著便攜式設(shè)備和電動(dòng)工具的發(fā)展，電池的性能要求也在不斷提高，尤其是可充電鋰離子電池。同時(shí)，鋰離子電池充電電路的設(shè)計(jì)和優(yōu)化也在不斷完善。本文設(shè)計(jì)的鋰離子電池充電電路是一種基于三個(gè)系列10.8v電池組的智能鋰離子電池充電器。實(shí)驗(yàn)所用電池型號(hào)為韓國(guó)三星inr18650-13q型號(hào)電池。電池的額定容量為1300mAh，額定工作電壓為3.60v，充電時(shí)充電電壓達(dá)到4.20v，默認(rèn)充值狀態(tài)，電池要使用cc-cv(恒流-恒壓)充電。基于STM8S103F2單片機(jī)控制和電流模式控制器UC3842B調(diào)節(jié)，通過軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)恒流恒壓充電過程和轉(zhuǎn)換。詳細(xì)介紹了該鋰離子電池充電器的硬件和軟件工作原理，重點(diǎn)介紹了恒流恒壓充電的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)充電器的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

充電方式比較

目前國(guó)內(nèi)外鋰離子電池的充電方式并不多，大致可以分為以下兩種:

2.1直流充電方式

這種方法比較簡(jiǎn)單。市電的220V電壓通過變壓器轉(zhuǎn)換為電壓值，再用恒流對(duì)鋰離子電池直接充電，直到電池電壓達(dá)到一定值。這種方法雖然簡(jiǎn)單，充電時(shí)間快，但是對(duì)電池的損傷很大，很難將電池充滿。長(zhǎng)期使用此充電器會(huì)導(dǎo)致電池壽命下降。

圖1:常規(guī)充電方式

2.2常規(guī)充電方式

如圖1所示，這是最常見的方法。當(dāng)電池插入充電器時(shí)，充電器首先進(jìn)入預(yù)處理狀態(tài)，預(yù)處理狀態(tài)重要檢查電池。使用約C/15的充電電流對(duì)電池進(jìn)行輕度充電，測(cè)試電壓是否能達(dá)到2.5v的閾值。否則，視為電池?fù)p壞;假如可以，它將進(jìn)入恒流區(qū)，以高電流(約1C)快速給電池組充電。當(dāng)恒流充電達(dá)到4.2v閾值電壓時(shí)，電池進(jìn)入恒壓區(qū)。在恒壓區(qū)，電池以恒壓充電。隨著電池電壓持續(xù)升高，充電電流持續(xù)減小，直至充電電流降至C/10至C/15，充電停止，整個(gè)充電狀態(tài)結(jié)束。在充電效果和電池?fù)p耗方面，直流電法遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)方法。雖然充電時(shí)間短，但使用頻率仍然很低。相比之下，傳統(tǒng)方法的充電效果和電池?fù)p耗均能滿足要求，且實(shí)現(xiàn)起來比其他方法簡(jiǎn)單。因此，傳統(tǒng)方法已成為鋰離子電池最常用的充電方法。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是基于傳統(tǒng)的方法。

圖2:UC3842B芯片的簡(jiǎn)化框圖

芯片介紹和電路結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)重要應(yīng)用于高性能電流模式控制芯片UC3842B。

3.1UC3842B芯片介紹

UC3842B芯片是一種高性能的電流PWM控制器。該芯片電路開關(guān)頻率可調(diào)，具有電流反饋和電壓反饋雙環(huán)控制的特點(diǎn)，電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率高。外圍電路簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，性能優(yōu)良，價(jià)格低廉。UC3842B芯片內(nèi)部重要包括:5V參考電壓、輸入欠壓鎖定電路、誤差放大器、振蕩器、脈寬調(diào)制器。圖2是8針封裝的UC3842芯片的簡(jiǎn)化框圖。

各腳的功能如下:腳1是誤差放大器的輸出;腳踏2是誤差放大器的逆輸入，通常通過電阻分壓器連接到開關(guān)電源的輸出，啟動(dòng)電壓反饋使用;腳3為當(dāng)前采樣針;Foot4用于輸入PWM