引言

　　鉴于市场上镍镉电池和锂电池共存的局面，本文设计的充电器可以对这两种电池进行充电，对镍镉电池组采用脉冲充电方式，对锂电池组采用恒流充电方式，这是依据电池的不同机理而设计的，真正做到了一机两用，此为该充电器的创新点，也是设计的难点。充电器的宽屏lcd可以同时显示4组充电器的充电状态，也可单独显示一组充电器上电池的各项参数，做到了对电池充电过程的实时监测。

系统整体设计

系统设计目标是：

　　1．可同时对4组8.4v的锂离子电池或9.2v的镍镉电池进行充放电。

　　2．可与电池组中的芯片通信，判断电池的化学性质。

　　3．对于不同化学性质的电池，将采用相应的充电方式。

　　4．可与电池组中的芯片通信，得到该电池组的电压、充电电流、容量等参数。

　　5．充电器带有lcd，可显示电池的各项数据。

系统硬件设计

总控单元的设计与实现

　　总控单元是由微控制器pic16f873和键盘控制芯片zlg7289a构成的。主要任务是负责与各个充电单元通信，并处理用户输入与lcd显示信息。键盘控制芯片在这里负责6个按键和12个led的控制。zlg7289a与微控制器之间通过spi总线进行双向通信。主控单元每秒查询一次各个充电单元，获取当前充电单元的信息，如有无电池、电池性质、电池电压等。之后由lcd模块向用户显示。

充电单元的设计与实现

　　ltc4002锂离子电池充电控制芯片

　　ltc4002是一款高效独立开关模式锂离子电池充电控制器。该控制器有4.2v和8.4v两个版本。ltc4002-8.4具有500khz开关频率，是高效电流模式的pwm控制器。通过驱动一个外部p沟道mosfet，它可以提供4a的充电电流，而效率可高达90％。输出电压设置为8.4v，最终浮动电压并具1％的精度，而充电准确度为5％。此外，该器件可在9v～22v范围内的多种墙上适配器上运行。与迟滞拓扑结构充电器相比，ltc4002-8.4的快速运行频率与电流模式架构使之能够使用小型电感器和电容器。

锂离子／镍镉电池两用充电单元的总体设计

　　从前面对ltc4002的分析可知，该芯片是针对锂离子电池的充电控制器，要实现对镍镉电池充电需要解决以下问题：首先，ltc4002对电池电压进行监测，保证电池电压不超过8.4v。但对于镍镉电池组，充电截止电压可以达到9.2v。其次，镍镉电池充电即将结束时，需要对电池进行以正常电流30％和10％的涓流充电。所以，第二个需要解决的问题是如何控制恒流充电的电流大小。此外，对镍镉电池充电应使用脉冲充电方式。即以1s为周期，95％的时间用来充电，1％的时间用来放电，其余时间不充电也不放电。最后，如何判断某一个电池是锂离子电池还是镍镉电池，因为若把锂离子电池误判为镍镉电池，会使充电电压高于8.4v，这对锂离子电池是十分危险的，而将镍镉电池误判为锂离子电池，则可能造成电池充电不足。因此，必须保证极低的误判率。

　　本部分根据ltc4002的工作原理，设计了既可以对锂离子电池进行恒流-恒压充电，又可以对镍镉电池进行脉冲式充电的电路。充电单元的总体功能框图如图2所示。其中，信号调理电路使充电器既可以对8.4v的锂电池充电，又可以对9.2v的镍镉电池充电，同时也起到控制充电电流大小的作用。

　　利用微控制器控制ltc4002的工作状态，配合放电电路使充电器可以对镍镉电池进行脉冲方式充电。

　　微控制器通过一定的通信协议(hdq16)与智能电池通信，确定其容量、化学性质等关键参数。

信号调理电路的设计

　　为了使ltc4002可对高于8.4v的电池进行恒流充电，并可调节充电电流，在ltc4002的bat和sense端与采样电阻之间加入一级信号调理电路。该电路的主要功能是对采样电阻两端的信号进行运算，针对不同化学性质的电池，将相应的信号送给ltc4002。

　　这里定义采样电阻两端的电压值是vbat和vsense，那么充电电流在采样电阻上的压降vrs为：vrs=vsense-vbat，该信号为减法器的输出。设乘法器的乘系数为k，那么乘法器的输出为kvrs。对于锂子电池，二选一开关将选通电池电压vbat；对于镍镉电池，二选一开关将选通7v恒定电压。这里设二选一模拟开关的输出为v1，那么加法器的输出vs应为：vs=kvrs+v1，这样一来，送到ltc4002的bat和sense两端的电压之差应为kvrs。只要正确控制k值，就可以使充电电流为正常充电电流的1／k。因此，可以通过二选一开关控制电流为恒流充电时的10％或30％。

　　对于ltc4002的bat端输入值，当开关选通锂离子电池时，bat的输入即是电池电压。此时，ltc4002可以控制整个锂离子的充电过程。不需任何外界的干预。