基于Microchip pic161777+MCP1631的智能充电器

随着便携式可充电应用市场的不断增长,对独特或者定制电池充电器设计的需求也在增加。同时,电池的化学特性也在不断提升,需要更灵活的充电方式方法与之适应。

现在microchip的pic16F1777+MCP1631就为大家提供一个解决方案


MCP1631是一款高速PWM控制器,可以提供电流模式,电压模式供客户选择,通过外部的MCU对其进行设定,可以转换为恒压,恒流充电方式,可以方便的适应不同类型电池的充电曲线。使得充电器在高速充电同时又能确保电池的寿命与安全

不同电池的充电曲线如下

镍镉镍氢电池的充电曲线


    从充电曲线上可以看出,镍镉镍氢电池初始阶段采用小电流调整充电,当电池电压超过0.8V受进入快充阶段,当检测到温度快速上升时候,结束快充。进入恒压 小电流充电阶段。
 

锂离子电池充电曲线


   锂离子电池充电开始用小电流调理充电,当电压达到2.8V时候进入快速充电,当电池温度开始上升时刻立即转入恒压充电。
 
  从充电曲线看,镍镉镍氢电池与锂离子电池的充电曲线完全不同因此需要在充电开始对电池类型进行判断,并提供相应的充电方式。
  在充电器中应用到多种开关稳压的拓扑结构,降压,升压,SEPIC,反激式等。目前常用的是SEPIC其优点如下
 
  1 电容隔离,把输入输出隔离开
  2 初级电感转换器,平滑输入电流,减化输入滤波结构,降低噪声
  3 低侧单开关,降低了mosfet驱动以及保护的电路复杂性
  4 具有降压,升压能力
 
   下图是一个SEPIC的转换器结构图

 
 
多种类型的化学电池的充电,除了PWM控制器外还需要有MCU的介入,通过把不同类型的充电曲线算法放到MCU内,通过MCU对PWM控制器的设定,来实现对不同电化学特性的电池进行充电管理

 PIC16F1777是Microchip公司推出的具有丰富外设的增强型8bit MCU
 
1 具有内部ADC参考源,有2048,4096两档供客户选择,方便做对电池电压的检测
2 内部具有Op运放,可以简化外部的信号采集电路
3 具有10bit分辨率的DA输出,可以对MCP1631的输出进行精确控制

pic16F1777 负责对化学电池特性以及电压进行甄别与监测。确保充电高效同时保证电池安全。如果遇到外部异常情况MCU负责切断充电回路同时发出警示

MCU的代码调试页如下,Maplab XIDE 是microchp免费为大家提供的开发环境



 pic16F1777的代码调试工具,PICKIT3 是一款具有调试编程功能的便携工具,还可以提供脱机下载的编程功能



       microchip的pic16F1777+MCP1631智能混充充电器方案的特点如下


  1. 方案整体的充电以及保护的功能比较完善,充电电流控制精度较高

  2. 方案具备电池入仓检测,电池类型识别,电池性能检测,快充,标充,防止反接等功能

  3. 该方案预留外设接口,如果加载蓝牙模块,可以通过手机了解电池充电的试试状况,并对充电器进行模式设置。

  4. 该方案拥有四路独立的充电电路可以支持不同电池的混充,最大充电电流1.2A,最大充电电流4W,目标是单节镍镉镍氢,锂电池充电

场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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核心技术优势

该方案主要依靠microchip公司的pic16F1777的内部CIP外设对MCP1631进行精准的充电控制,pic16F1777的内部CIP,可以通过寄存器配置后,不依赖于MCU的控制,而独立运行。同时内部具有可调整的FVR,(AD参考源),DA(10bit)模块。通过这些模块可以对MCP1631的充电工作状态进行精准控制管理,并且每一路的充电管理是相对独立的,因此可以对不同电池类型进行甄别以及充电。同时对于充电电流可以通过10bitDA做精准控制,对电池的电压以及温度做实时的精确测量,防止电池出现过冲,发热

方案规格

1 系统供电电压范围16V-5V 2 系统最大充电电流1.2A 3 每一路充电电路相对独立,可以做空仓以及电池类型检测 4 每一路充电电路都有电流以及温度,电压检测,保护充电电池的安全 5 系统预留外部接口,根据需求可以外扩蓝牙模块

技术文档

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