基于Microchip MCP19125 高弹性设计的锂电池18W充电方案

本方案要为各位介绍一片由Microchip 所开发的混合式半数位电源开发板--ADM00745.这片开发板是基于MCP19125芯片并采用Fly-back方式设计成单通道的锂电池充电器，非常适合初学者进入混合式半数位电源充电器的世界。拥有单通道输出、电压与电流双回路补偿、还有GPIO与I2C..等界面，方便日后扩充相关的控制与通讯功能，例如可以设计成定电压回路(例:Power Supply)与定电流回路(例:Battery charger, LED driver)…等等的产品。

尤其搭配Microchip 所提供的多套免费的开发软体，让不懂写程式的硬体工程师，可以在短时间内不用写一行程式就可以看到自己设定的电压与电流输出，(细节请参考【大大鱼干的半数位电源讲堂】--4.牛刀小试之硬体与软体设定: https://www.wpgdadatong.com/blog/detail?BID=B1310)

也可以让不懂电源的软体工程师看到电源的稳定输出…诸如此类的的小小成果。这片开发板的功能非常齐全、搭配原厂提供的GUI 可以在正式开发程式前先评估电池充电的特性曲线、记录并输出至excel file。

 

接下来就让我们看看一般的3.7V/18650锂电池充电过程的介绍:

 

 

Step 1：涓流充电(Trickle, precondition)--涓流充电用来对完全放电的电池单元进行预充(恢复性充电)。

在电池电压低于3V左右时采用涓流充电，涓流充电电流可自由设定调整、但通常会是恒流充电电流的十分之一即0.1c (以恒定充电电流为1A举例，则涓流充电电流为100mA)。

但为了判定是否为无法充电之失效电池，故在pre-condition 阶段加入计数时间，当一定的时间内没有让电池电压≧3V 则可以判定该电池失效。

 

Step 2：恒流充电(Constant Current-C.C)——当电池电压上升到预充电电压值以上时，即提高充电电流进入恒流充电(C.C)，恒流充电的电流在0.2C至 1.0C之间、也可以设计 >1C 进入所谓的快充。

当电池电压随著恒流充电过程逐步升高(一般单节3.7V电池设定的电压为3.0-4.2V)，达到4.2V则进入Step 3 的恒压(Constant Voltage—C.V)充电。

 

Step 3：恒压充电—— 当电池电压上升到4.2V时，脱离恒流模式并进入恒压充电阶段。

此时充电电流会根据电芯的饱和程度，随著充电过程慢慢减少，当减小到0.01C时判定充饱而进入充电终止Step 4。

 

 

Step 4：充电终止——通常有两种典型的充电终止方法:

第一种是采用最小充电电流判断或采用定时器(或者两者的结合)。

最小电流法监视恒压充电阶段的充电电流，并在充电电流小于0.02C时终止充电。

第二种方法就是从恒压充电阶段开始时计时，持续充电N个小时后终止充电过程。

 

 

Step 5 (option): 此阶段可视产品应用被选择。

因当电池长时间期静置在充电器或是装置之中时，有可能内阻的关系或是设计的因素造成已充电完成之电池电压很缓慢的下降，但除非是已经快损坏的电池，否则健康状态下的电池自放电率非常的小，一般说来至少要半年以上才会消耗10~20%左右(视电池产品规格)，倘若是紧急照明设备的装置，此阶段是有必要存在的。

✽（C是以电池标称容量对照电流的一种表示方法，如电池是1000mAh的容量，1C就是充电电流1000mA。）

 

MCHP DEPA 系列因为已经包含了MCU+PWM 相关的硬体控制，故在设计上相当的简单方便，配合风味工程师的写作能力可以轻易的设计出LED 驱动控制、电池充电器、小型不断电系统、紧急照明灯…等等。

可以想像一下DEPA 就是将具有:Core Independent Peripheral (CIP--独立于内核的外设)的8bit MCU + PWM IC整合成一颗“可以自己设计的电源IC”。

 

请参考下列和DEPA同为混合式半数位电源控制的CIP充电器方案，也可以达到相类似的功能:

“基于Microchip pic161777+MCP1631的智能充电器”https://www.wpgdadatong.com/solution/detail?PID=1315