这篇文章的类似版本出现在1998年5月7日的经济日报。

考虑到现代系统中电池类型和充电要求的混合，化学无关的充电器是那些使用和维护便携式设备的人的欢迎工具。这种充电器检测安装的电池的类型，并相应地调整充电程序。

不依赖化学反应的充电器还有其他几个好处。例如，它们使原始设备制造商能够跟上电池发展的步伐，而无需昂贵的硬件更改。他们还允许用户升级产品的电池，而不是购买设备。此外，对于与智能电池系统(SBS)规范兼容的系统，充电器、电池和主机的指定标准接口使用户可以选择任何与SBS兼容的电池。

大多数可以为多种电池充电的充电器必须能够将其输出特性从电压源转换为电流源。它们还必须能够监测电池的充电电流和电压，在某些情况下，还必须能够监测电池的温度和充电时间。

考虑收费要求

目前使用的最常见的电池是NiCd，镍氢(NiMH)，锂离子(Li-ion)和铅酸。NiCd和NiMH类型需要用恒流电压源充电。为了确定充电何时应该终止，充电器必须检测电池电压(dV/dt)或温度(dt /dt)的变化。锂离子电池和铅酸电池需要用电压限制的电流源充电，这些类型的充电器必须包括一个计时器，在指定的时间间隔后终止充电。在这些应用中，电流源精度通常不重要，但对于锂离子电池，电压极限精度必须优于1%。

需要在电压源和电流源之间切换是有问题的，因为要求冲突:充电器的输出阻抗对于电压源应该是低的，但是对于电流源应该是高的，从而导致对稳定性的不同要求。这种能力很难在单个电路中实现。

另一方面，稳定性通常是非关键的，因为在正常的充电周期中，充电器的输出电压和电流变化缓慢。然而，如果充电器的输入源看到负载变化导致其输出出现纹波或阶跃变化，就像廉价的壁面立方源一样，那么环路稳定性的妥协可能会导致电池充电电压或电流出现过多的纹波。对于锂离子电池来说，这个问题非常严重，因为锂离子电池对施加电压的公差要求很高。如果锂离子电池的充电电压过低，会导致电池不能完全充电。如果电压过高，电池就会永久损坏，这就是为什么锂离子电池制造商通常指定的充电电压精度高于1%。

检测电压和温度

对于镍镉电池和镍氢电池，确定何时终止充电周期的首选方法是监测电池电压的变化。对于镍镉电池，充电时端子电压保持相对恒定，当电池充满电时达到峰值并下降。因此，当dV/dt变为负值时，镍镉电池应终止充电。镍氢电池应在dV/dt等于零时终止;它们表现得像镍镉，但电压下降得更慢。作为确定充电结束的备用措施，NiCd和NiMH电池的制造商通常建议监测电池的温度和电压。

给锂离子电池和铅酸电池充电需要充电器施加恒定的电流，然后施加恒定的电压。充电器监视电池电压，以确定何时应该发生这种切换。锂离子或铅酸电池充电器还必须监测电池电压，以尽量减少充电器对电池施加调节电压的时间，因为长时间的“浮动”间隔会损坏这些电池。因此，充电器必须对所有四种电池类型的电池电压进行采样，以确定NiCd和NiMH类型的充电结束以及铅酸和锂离子类型从电流调节到电压调节的切换。

打造智能充电器

为了控制充电，所有与化学无关的电池充电器都需要某种形式的“智能”存在于电池或充电器中。例如，微控制器使“智能充电器”能够确定电池类型并根据需要修改其充电程序。

电池组本身不需要智能;它只需要一种方法来告知充电器它的化学类型和电池的数量。电池组可以使用电池组上的键控连接器或充电器可以读取的存储代码来提供这些信息。无论哪种方式，充电程序都可以驻留在软件中，安装新类型的电池只需更新软件即可。因此，充电器可以容纳在充电器首次亮相时不可用的电池类型。

向软件提交收费程序还允许制造商通过软件升级延长其产品的寿命。例如，消费者可以通过简单地安装电池升级附带的软件升级来升级电池组。软件还允许制造商在制造电池供电产品时不改变硬件就可以升级电池类型。

充电控制IC和µC制作智能充电器

您可以使用低成本的µC构建智能充电器，例如PIC16C73，以及与化学无关的电池充电器控制器，例如MAX846(图1)。在这种情况下，用户已经预置了充电控制器(IC(1))来为锂离子电池充电。IC(1)具有内部0.5%精度的基准，能够产生内部预置的调节电压(一个电池4.2V;8.4V(两个电池)，控制器驱动充电电压和电流。

PIC16C73µC, IC(2)，包括PWM输出CCP(1)和CCP(2)。CCP(2)的滤波版本驱动IC(1)的V(SET)引脚来控制电压设定点。CCP(1) PWM输出通过设置I(SET)上的电压来控制电池电流。µC使用可通过an(1)引脚访问的内部A/D转换器，通过测量IC(1) I(SET)引脚电压的电流来监测电池电流。µC通过内部A/D转换器监测电池电压，该转换器由R(5)/R(6)分压器驱动。

µC工作频率为4MHz，为了达到所需的精度，其PWM输出频率为25kHz。每个PWM输出驱动RC滤波器，后面跟着一个单位增益运算放大器缓冲器。3.3V低压差稳压器依赖于参考电源为µC供电(内部到IC(1))，因此µC的PWM输出跟踪该参考电源。以这种方式为µC供电可以提高精度，因为这种方法会使PWM输出跟踪参考电压的变化。

电压V(SET) (IC(1)的引脚6)通过20k欧姆电阻连接到内部1.65V基准，决定了充电器的电压限制。这个电压是µC的CCP(2)输出滤波后的PWM输出，等于3.3V乘以CCP(2)的占空比D(2):

充电器的电压限制是

V(LIMIT)可在V(ADJ)范围内调节，其中

图1中R(1)的值(825k欧姆)使该调整范围约为4.7%。

通过设置CELL(2)的状态，IC(1)的引脚10，用户将标称电压限制设置为4.2V或8.4V，使充电器兼容单节或双节锂离子电池。一个小的调整范围使充电器适应制造商推荐的限制。将V(ADJ)限制在V(LIMIT)的10%左右，即使使用R(1)的1%电阻，也可以确保浮压的1%精度。

这个充电器也可以处理镍镉和镍氢电池，因为他们不需要浮动电压。这些类型所需的最大充电电压通常为1.75V。因此，图1中的充电器可以处理多达四个单元的NiCd或NiMH电池。

由IC(1)的I(SET)引脚提供的电流控制充电电流。电流检测电阻R(2)上每毫伏的电流等于1µA。用一个电阻器终止I(SET)产生一个电压，将这个电压调节到1.65V调节充电电流。R(3)和R(4)的20k欧姆值将I(set)阻抗设置为10k欧姆，并将空载电压设置为3.3 × D(1)，其中D(1)为CCP(1)占空比。充电电流如下:

当CCP(1)占空比为1且输出保持高时，该关系将充电电流设置为零。当占空比为零时，电路提供最大充电电流。因此，最大电流为0.165/R(2) = 825mA。

处理温度效应

虽然作为一个独立的充电器很好，但图1中的安排可能不适合便携式设备，因为与pnp晶体管的功耗相关的温升。这个损耗等于充电电流乘以输入电压和电池电压之差的乘积。您可以通过使用开关电源(图2)来最小化这种麻烦的温度上升，其更高的效率允许从输入电压降压到电池电压，功耗更小，因此温度更低。如图1所示，PIC16C73µC控制化学无关充电器(MAX1648)。µC的A/ d转换器输入AN(0)通过电阻分压器R(4)/R(5)监测电池电压，µC的PWM输出设置充电电流和电压的限制。

为了达到锂离子电池所需的1%的精度，该系统包括一个0.2%，4.096V的外部参考IC(3)。该参考文件通过三个SPDT开关IC(2)设置IC(1)的充电水平和pwm输出电压水平。为了避免参考电压过低(可能影响pwm输出精度)，µC从IC(1)内部的5V VL稳压器接收功率，而不是从参考电压接收。如图1所示，µC工作在4MHz, PWM输出工作在25kHz。

低通滤波器(R(1)/C(1))产生直流电压，通过IC(1)的SETV输入控制充电电压。一个类似的滤波器，它产生直流电压来控制SETI输入端的充电电流，还包括一个1比4的分压器(R(2)/R(3))，该分压器建立所需的参考电压的四分之一水平。5%精度的电阻器足以满足10%精度的充电电流要求。

充电电压上限为参考电压的4倍，即16.384V。允许的最大充电电流取决于0.1欧姆电流检测电阻和IC(1)内部的电流检测阈值(0.185V): 0.185V/0.1欧姆 = 1.85A。充电器的工作取决于THM(引脚9)的电压，而THM的电压又取决于IC(2)中顶部开关的位置，该位置由µC的RA(1)输出控制。当电池温度过高或过低时，将THM连接到热敏电阻上会导致IC(1)关闭。将THM连接到地面会关闭充电器。

智能电池

在SBS中为电池充电所需的信息驻留在电池组本身中，电池组通过控制充电器实现适当的充电顺序。因此，充电器和主机系统不需要知道电池的类型或充电状态。智能充电器是不必要的，但电池组必须是智能的。因此，SBS中的电池组“知道”它所需的充电算法。该包通过SMBus与充电器“对话”，SMBus是提供系统内通信的I(2)C总线的扩展。此配置适用于与SBS规范兼容的电池和设备。

图3中的化学无关电池充电器IC (MAX1647)是智能电池充电器的控制器，它具有与智能电池规格兼容的SMBus接口。在从输入电压降压到所需电压或电流的过程中，IC分别从DH和DL输出为两个外部mosfet(开关晶体管和同步整流器)提供驱动。在较低的电池电压下，开关模式控制器提供比线性类型更好的效率，同步整流器提供比二极管整流器更好的效率。这些在效率方面的增益将电路的工作温度降至最低，从而优化了便携式设备。

为了达到必要的精度，线性电流源产生1mA到31mA的充电电流。当开关模式电流源打开以提供更高的充电电流时，该线性源保持打开以确保单调性。Q(1)通过降低大部分I(OUT)电压来最小化电池充电器IC的功耗。