2 测量电路

图 2-1 显示了充电器的块级原理图。

恒流和恒压充电阶段会使用降压转换器。降压转换器使用电感器作为输出负载阻抗（也就是电池）的电流源。PNP 和 NPN 晶体管构成一个开关，该开关由 PWM 信号进行控制。MSP430 MCU 上的 Timer_A3 可以使用 PWM 功能控制电池充电电流。当此开关闭合（导通）时，电流会流过电感器，而电容器会进行充电（请参阅图 2-2）。当该开关打开（断开）时，电感器上会通过感应生成电压来尝试维持电流不变，因为电感器无法出现瞬间电流变化。电流现在会流过二极管，同时电感器会给电容器充电（请参阅图 2-3）。LC 网络充当低通滤波器，如果 PWM 频率远大于 LC 网络的截止频率，电容器电压会保持恒定并等于降压转换器输入电压的平均值。

电感器的值可以通过Equation1 计算得出。

其中

• 占空比 = PWM 的占空比
• T = PWM 的周期
• V_O = 电压输出
• V_sat = 开关上的电压损耗
• V_I = 开关的电压输入
• I_O = 恒流阶段的电流

假设 V_I 为 6V，V_sat 为 0.5V，I_O 为 500mA，V_O 为 4.575V，1/T 为 15kHz，而占空比为 50%：

电感器应该至少为 31µH。此实现中使用的值为 75µH。当计时器由频率为 3.84MHz 的 DCO 提供时钟信号时，TACCR0 值必须为 255，才能实现 15kHz (3.84MHz / 256) 的 PWM 频率。计时器以向上计数模式工作，而计时器输出会以切换/设置模式开关。计时器输出 (TA1) 的占空比可以通过调整 TACCR1 的值来进行控制。8 位 PWM 分辨率就足以在恒流充电阶段控制电池上的恒定电流，并在恒压充电阶段维持电池上的恒定电压。如果电容器为 220µF，而电感器为 75µH，LC 网络的截止频率为 1.2kHz ( $1/\left(2\times \pi \times \sqrt{L\times C}\right)$ )，该值远小于 PWM 频率。这有助于电容器有效地减少输出电压纹波，并维持直流电压电平。

MSP430 MCU 上 10 位 ADC 的三个通道（A0、A1、A2）可用于监测电池电压、电池温度和电池电流。1LSB 等于 V_ref / (N – 1)，其中 V_ref 为基准电压，而 N 是 ADC 的分辨率（以位为单位）。当片上基准为 1.5V 时，1LSB 等于 1.5 / 1023 = 1.47mV。

ADC 需要检测的电压范围计算方法如下：

恒流充电阶段的最大电压 V_O 为 4.575V。因分压器 (R1 = 2.1 × R2) 而出现 ADC 输入端的电压为 4.575 / 3.1 = 1.5V。该值在 V_ref 范围内，并可以由 ADC 进行解析。

ADC 需要检测的最小电压出现在恒压阶段，用于检测电池电流并停止充电过程。ADC 需要检测 0.1C 电流在电池上产生的压降。本例中为 50mA × 0.75 = 37.5mV。这大概等于 25 LSB 分辨率，并可以由 ADC 进行解析。

在本应用中，热敏电阻器 (RT1) 连接到电池的负极。热敏电阻器的电阻会随着温度升高而下降，热敏电阻电压也是如此。本例使用的是 10k 热敏电阻器。

异常低压表示出现过热，这时必须停止充电过程。该电压可由 ADC 输入检测。