基于EasyARM1138的电能收集充电器设计

基于EasyARM1138的电能收集充电器设计

随着计算机技术和电力电子技术的发展，移动手机、数码产品、手提电脑、便携仪器等设备正成为人们生活中不可或缺的工具与这些产品相对应的充电器的设计也越来越受到关注，且充电器的好坏将会直接影响到产品的性能和使用寿命。现代生活中充电设备数量迅速增多，而各个厂商所出的充电接口又各不相同，与此同时，市场上充电器的种类特别繁多，且充电器的较典型的实现方法是用一个专门功能的集成电路IC去控制充电电流/电压的范围，这种普通的恒流或恒压充电器都有充电效率低、充电时间长、降低电池寿命等缺陷。本文针对锂离子可充电池的充放电特性及实际使用中的需求，利用新型的嵌入式芯片LM3S1138为主控制器，在锂离子电池充电的过程中，进行智能控制，严格控制充电电流、电压、温度等物理参数，从而实现数字化、智能化、节能化的特点。
1 电能收集充电器硬件设计
电能收集充电器的硬件设计，主要包括直流电源、电源变换器、EasyARM1138、PWM发生器、采样电路、可充电池等部分的设计与整合，形成一个循环系统。其电路模块如图1所示。

1.1 EasyARM1138嵌入式微处理器
EasyARM1138嵌入式微处理器采用了Luminary Micro公司Stellaris系列基于Cortex-M3内核的LM3S1138芯片，该芯片包含一个低压降的稳压器，集成的掉电复位和上电复位功能，仿真比较器，10 bit的ADC，SSI，GPIO，看门狗和通用定时器，UART，I2C及运动控制的PWM等各种丰富的外设功能，可直接通向GPIO管脚，不需要特性的复用[1]。非常适合用作智能型充电器的控制单元。
EasyARM1138的任务是从采样电路处实时采集电池的充电状态，通过计算决定下一阶段的充电电流，并产生合适的PWM信号来控制充电电流；通过UART、LCD来实时地传输和显示采样数据，采集的电池参数不正常时，可以产生报警信号。
1.2 电源变换和控制电路
1.2.1 BUCK电源变换电路
在电能收集过程中，充电器通过控制电压或者电流来实现不同的充电策略。设计采用容易控制的、效率高的BUCK变换器。BUCK变换器是用EasyARM1138产生的PWM信号控制的，通过控制PWM的占空比，来控制开关管Q2输出电压或者电流。BUCK变换电路如图2所示。

Vi、Vo分别为输入输出电压，D1是续流二极管。BUCK变换器的工作原理：当PWM输出高电平时，开关管导通，电流通过晶体管和电感到电池。在这一阶段，电感吸收能量，电容被充电。当PWM输出低电平时，开关管关断，电流经二极管D1续流，电感两端的电压反向，电流由二极管提供。电感和电容作为滤波器输出电压和电流。