M

介绍

PICREF-2

PICREF- 2概述

Microchip的技术PICREF -2智能电池

充电器（ IBC ）参考设计提供了一个现成的

电池充电器解决方案。该参考设计是焦油

针对性的电池充电器的应用，如

摄像机，便携式音频设备，便携式

手机和便携式电动工具。

与翻译者2参考设计中，用户将

能简单地挑选自己完整的电池充电

系统通过完成上市的步骤：

1.

2.

挑选所需要的电池管理功能

从所提供的模块化的源代码。

挑关键的电池参数，

修改全局常量那些特定网络连接的钙

系统蒸发散。

智能电池充电器参考设计

通常情况下，简单的电池充电器不提供

智能不同的电池技术，充电或

电池具有相同的技术，但不同的电压

年龄和能力。在最好的情况，这可能会使电池

不当收费。在最坏情况下，它可能会造成严重的

安全隐患。微控制器可以提供的Intelli

gence ，以克服这些问题。

除了智能控制，单片机就可以

提供一种低成本，灵活的解决方案，用于充电batter-

IES 。完整的电池充电应用可能

利用微控制器快速开发。再加上

该microcontrol-的串行通信能力

LER ，实时数据记录和监控是可能的。

简单的电池充电器使用所有的模拟组件

实现其功能。然而，通过使用微

控制器，电池充电器可智能化。

微控制器贝内连接TS

灵活地处理不同的技术，电压

年龄和能力。

可变电压发电控制

充电/放电的多个电池组

“窗”A / D高分辨率

在硬件设计中包含必要的电路

为支持充电和放电的算法，电荷

终止的方法，以及RS-232通信。

模块化的源代码是用C语言编写，由

充电终止算法，排放的算法，

掐间通信，和RS-232通信

系统蒸发散模块。

基于PC的软件提供了一种手段

请求和显示电池的状态信息。

PICREF- 2主要特点

在整个电池技术的兼容性

低成本

灵活的开发环境

快速充电速率

高充电电流能力

大电流放电能力为条件 -

ING

实时调试

数据记录

用户可选择内置充电终止

算法

本出版物中包含的信息是通过唯一的建议旨在它们可能由更新所取代。没有

陈述或保证，并给出不承担责任由Microchip公司对于准确

活泼或使用这些信息，或者侵犯此类使用或以其他方式产生的专利的。它的职责

每个用户都可以确保每个电池充电器设计恰当，安全，并与所有兼容的条件

它的使用过程中遇到的。 “典型”参数，并会根据不同的应用。所有的操作参数，

包括“典型” ，必须为每个客户的应用，受到客户的技术专家进行验证。利用

Microchip的产品用作生命维持系统中的关键组成部分不承担任何责任明确书面

审批通过Microchip的。转让任何许可证，暗中或以其他方式，在任何知识产权。

1997 Microchip的技术公司

DS30451C第1页

PICREF-2

目录

系统概述........................................................................................................................................ 3

硬件概述.................................................................................................................................... 4

固件Overview................................................................................................................................... 10

测试结果 - NiCd................................................................................................................................... 24

测试结果 - 镍氢电池.................................................................................................................................. 25

PICREF- 2与PC软件Overview........................................................................................................ 26

设计Background.................................................................................................................................. 32

设计Modifications................................................................................................................................ 35

附录A ：系统规格....................................................................................................... 37

附录B ：最低充电器原理............................................ ................................................ 38

附录C ：完全充电示意图..................................................................................................... 39

附录D ：固件Listing................................................................................................................. 42

附录E ： PICREF - 2与PC协议......................................... .................................................. ........ 43

附录F ： PCB布局&晶圆厂绘图.......................................... .................................................. ... 55

附录G ：材料清单（ BOM ） ....................................................................................................... 56

附录H ：电池充电器示范单位........................................... ..................................... 59

致谢

项目首席工程师：

罗伯特·施赖伯，

微芯科技公司

参考设计文档：

贝丝·麦克洛克林，

微芯科技公司

系统及程序开发：

TriSys公司顾问

商标

金霸王是金霸王公司的注册商标。

Windows是微软公司的商标。

微软是微软公司的注册商标。

汤浅是汤浅的商标。

I

2

C是飞利浦公司的商标。

DS30451C第2页

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PICREF-2

系统概述

的翻译者2的系统框图中示出

图1.该参考设计可充电或解散

充电单或双电池相同类型的。

该PIC16C7XX微控制器包含嵌入

DED充电算法和控制外部charg-

荷兰国际集团的组件和降压，或降压，转换器。对

开发的充电算法，所述翻译者2具有

发展模式。一旦算法已

发达，翻译者-2可被放置在

单机模式。

该电压为电池充电是通过生成

降压转换器，其由PIC16C7XX的控制

硬件PWM 。

该PIC16C7XX控制电池充电和显示

通过电池充电选择和BAT-充电

tery放电选线。电池温度和

电池电压线提供的信息费之三

mination算法计算和状态。趋势/涌流

感测线监视当前被传递到

充电状态信息时的电池。

A / D转换功能是使用实现了机载

在PIC16C7XX的A / D转换器。

电气特定网络连接的阳离子为系统中列出

附录A.

发展模式

为了发展的网络固件的PICREF- 2系

统，开发模式已经包括在内。

该模式支持到PC通过RS- 232串行链路

电池状态的通信。该PIC16C73A还

包含嵌入的充电算法和反对

指令对外部充电组件和降压转换

变频器。

发展模式提供收费的实时调试

终止算法。在这种模式下，充电参

TER值可以在佛罗里达州通过微控制器来改变

软件和电池数据可以被记录。

单机模式

一旦正确的充电算法一直是人员开发

OPED和充电参数已经确定，

全局常量可以被用于独立设置

模式。没有RS - 232通讯或放

容量在这种模式下。

图1：

PICREF- 2智能型充电器（ IBC ）框图

电压

调节器

巴克

变流器

滤波器

B

ATTERY

1

C

哈耶

/

D

ISCHARGE

电池充电1选择

DC IN

PIC16C7XX

RC1

RS-232

RC6

RC7

RB0

电池放电1

5V

电池1

RA1

LED灯

RB1

:

RB5

MCLR

RB1

:

RB4

RB7

RA4

RA2

RA5

RC5

电池1温度（A / D）

电池充电2选择

B

ATTERY

2

C

哈耶

/

D

ISCHARGE

推挽

按钮

RB6

电池2放电选择

5V

电池2

RA3

2电池温度（ A / D）

C

光凭目前

/

V

oltage

S

恩瑟

+

-

+

-

参考电压

跨接器

SELECTS

RA0

RA2

RA5

电流检测（A / D）

电池电压1 （A / D）

2电池电压（A / D）

+

-

当前

SENSE

电阻器

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PICREF-2

硬件概述

本节介绍了PICREF - 2硬件和

它在智能电池充电器是如何发挥作用（ IBC ）

系统。硬件细节（原理图）中可以找到

附录C.

稳压器

输入电压（+ V_FUSED ）所使用的电压

稳压器来产生所需的板+5 VDC 。

电压调节器LT1118CS8-5 （U10 ）可以是

由U14 （ NJM7805 ）所取代。

注意：

U10和U14是+ 5V稳压器。 U14可

填充到位U10的在

设计师的选择。

微控制器

该PIC16C7XX微控制器提供了PICREF- 2

参考设计灵活性。更改可

使用软件而不是硬件，和充电algo-

rithms可轻松定制，以适应

用户的特定连接的C电池组。

进行充电和放电以单BAT-的能力

tery或两节电池相同类型的装置，更大

灵活性。

PWM控制电压产生的（通过降压转换

变频器）和A / D监测电压是指预

过电压CISE控制用于充电

电池。

发展模式使用PIC16C73A microcontrol-

不可测量（图2 ），其提供更多的存储器和一个

USART （RS-232 ），用于开发通信端口

换货网络固件的。单机模式将使用

PIC16C72 （图3） 。该PIC16C72或

PIC16C73A可在任一28针插座插

（ U17或U19 ） 。

降压（降压）转换器

在充电电池中最关键的参数是

控制动力源的。是否电流或电压

充电使用（ PICREF -2采用恒定电流

租金法）中，电源的控制是必要

适当的电池充电。

用动力源这个设计是一个降压转换器。一

降压转换器被选择，因为它简单，

EF网络效率和低散热。简化dia-

克的转换器电路示于图4中。

图4：

精简型降压

变流器

V

i

PWM

L

V

o

D

C

o

图2：

PIC16C73A引脚

SDIP ， SOIC ，窗侧面钎焊陶瓷

MCLR / V

PP

RA0/AN0

RA1/AN1

RA2/AN2

RA3/AN3/V

REF

RA4/T0CKI

RA5/AN4/SS

V

SS

OSC1/CLKIN

OSC2/CLKOUT

RC0/T1OSO/T1CKI

RC1/T1OSI/CCP2

RC2/CCP1

RC3/SCK/SCL

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

RB7

RB6

RB5

RB4

RB3

RB2

RB1

RB0/INT

V

DD

V

SS

RC7/RX/DT

RC6/TX/CK

RC5/SDO

RC4/SDI/SDA

其中：

PWM

V

i

V

o

D

C

o

L

=从单片机的PWM输入

=输入电压

·输出电压

=肖特基二极管

=输出电容

=电感

PIC16C73A

降压转换器的基础知识

该PIC16C7XX微控制器控制的降压转换

换器，通过使用硬件PWM模块和

外部电流检测电阻。硬件PWM

和电流检测电阻反馈是显着的

提供精确的和可重复充电于方法

易学。

降压转换器的操作如下。当

PWM输出为高时，电流通过

晶体管和电感器到电池。在这种状态下，

电感器被激励和电容器被充电。

当PWM输出为低时，电感器电压

反向，并且电流通过二极管提供。

电感和电容充当滤波器的输出

电压和电流。

图3：

PIC16C72引脚

SDIP ， SOIC ，窗侧面钎焊陶瓷

MCLR / V

PP

RA0/AN0

RA1/AN1

RA2/AN2

RA3/AN3/V

REF

RA4/T0CKI

RA5/AN4/SS

V

SS

OSC1/CLKIN

OSC2/CLKOUT

RC0/T1OSO/T1CKI

RC1/T1OSI

RC2/CCP1

RC3/SCK/SCL

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

RB7

RB6

RB5

RB4

RB3

RB2

RB1

RB0/INT

V

DD

V

SS

RC7

RC6

RC5/SDO

RC4/SDI/SDA

PIC16C72

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PICREF-2

有两种模式，其中降压转换器可以

操作：（1）连续的，其中电流是佛罗里达州超欠

连续地，或（2）不连续的，其中电流

下降到零一段时间。对于大电流

负载，该转换器将在连续模式。

在轻负载条件下，然而，降压转换

换器的电流可能下降到零一段时间。

在本参考设计的转换器被控制

使得其总是以连续模式操作。因此，

它产生于图5中所示的锯齿波形。

对于V

D

, V

i

, V

SAT

和T不变，增大或

降低吨

on

会增加或减小输出电压

年龄，V

o

。因此，对于不同的电池技术

需要不同的充电电压，V

o

可以改变

通过改变吨

on

.

使用快速恢复或肖特基二极管是中建议

谁料二极管D.无论二极管提供neces-

萨利正向电压和开关速度要求。一

快速恢复二极管被用在翻译者2 。一个Schot-

TKY可以使用，如果需要更低的正向电压。

输出电容被选择为使得：

C

o

I

pk

T / 8V

纹波

其中：

I

pk

I

OMAX

t

on

T

图5：

降压转换器输出

当前

感应器

当前

二极管

当前

(2)

= 2 I

OMAX

=最大输出电流

= PWM周期

=输出电压纹波

纹波

T

V

纹波

对于给定的输入电压和输出电压，则

这个电感器电流波形的峰 - 峰振幅

形式保持不变。随着负载电流的上升或下降，

整个锯齿波电流波形也上升或下降。

该波形的平均DC值等于

DC负载电流。

为了尽量减少纹波，选择一个较大的值，低ESR

（等效串联电阻）电容器对C

o

.

降压转换器的电感值由下式确定：

L = （V

i

- V

SAT

- V

o

)t

on

/ I

pk

其中：

V

i

V

o

V

SAT

I

pk

I

OMAX

t

on

=输入电压

·输出电压

=饱和晶体管的电压

= 2 I

OMAX

=最大输出电流

= “准时”的PWM

(3)

降压转换器的详细信息

单片机的PWM输出如下图6所示。

图6：

PWM输出

t

on

T

PWM输出和输出之间的关系

电压为：

t

on

/ T = （V

o

+ V

D

) / (V

i

- V

SAT

+ V

D

)

其中：

t

on

T

V

i

V

o

V

SAT

V

D

= “准时”的PWM

= PWM周期

=输入电压

·输出电压

=饱和晶体管的电压

=二极管正向偏置电压降

(1)

从这个等式中， PWM之间的关系（叔

on

)

和电感值（L）就可以看出。最小电感

器值（L

民

）可以从吨计算

最大持续时间

。该

这个缺点是PWM的分辨率是

减小频率增加。不过，

减小电感尺寸降低了整体的降压转换

换器的尺寸和价格。

这个方程是有效的0 <吨

on

< T.由于公式

推导假设当前溢流在电感中，

吨的特殊情况

on

= 0（晶体管关断为T）和

t

on

= T （晶体管开关上T）不适用于此

方程。

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