信號調理電路的設計

　　為了使TP8002可對高于8.4V的電池進行恒流充電，并可調節充電電流，在TP8002的BAT和SENSE端與采樣電阻之間加入一級信號調理電路。該電路的主要功能是對采樣電阻兩端的信號進行運算，針對不同化學性質的電池，將相應的信號送給TP8002。該信號調理電路如圖3所示。

　　圖3信號調理電路的功能圖

　　這里定義采樣電阻兩端的電壓值是VBAT和Vsense，那么充電電流在采樣電阻上的壓降VRS為：VRS=Vsense-VBAT，該信號為減法器的輸出。設乘法器的乘系數為K，那么乘法器的輸出為KVRS。對于鋰子電池，二選一開關將選通電池電壓VBAT；對于鎳鎘電池，二選一開關將選通7V恒定電壓。這里設二選一模擬開關的輸出為V1，那么加法器的輸出Vs應為：Vs=KVRS+V1，這樣一來，送到TP8002的BAT和SENSE兩端的電壓之差應為KVRS。只要正確控制K值，就可以使充電電流為正常充電電流的1/K。因此，可以通過二選一開關控制電流為恒流充電時的10%或30%。

　　對于TP8002的BAT端輸入值，當開關選通鋰離子電池時，BAT的輸入即是電池電壓。此時，TP8002可以控制整個鋰離子的充電過程。不需任何外界的干預。

　　當開關選通了7V恒定電壓后，BAT端的輸入恒定為7V，此時，TP8002無法知道電池的真實電壓，只認為電池電壓為7V。所以，盡管電池電壓高于 8.4V，仍會以恒定電流對電池進行充電。在這種情況下，需要微控制器的干預，否則，會造成電池的過充。由于微控制器內部帶有ADC，可以監測電池電壓的變化。當電池電壓達到指定值時，減小充電電流，直至電池充滿。這樣就可以對9.2V的鎳鎘電池進行充電了。

　　脈沖充放電電路的設計

　　由于TP8002是恒流充電控制芯片，因此，必須使用微控制器控制其充電使能引腳COMP。當需要TP8002輸出充電脈沖時，使控制COMP引腳的端口變為高阻態，使COMP引腳自行升至360mV以上時，便有充電電流輸出。放電時，必須將COMP引腳拉低，使TP8002關斷充電電流。之后，再打開放電電路。微控制器選用PIC16F873，它是一款基于Flash的8位微控制器。內部有定時器、看門狗電路、10位ADC等模塊。

　　圖4充電單元主程序流程圖

　　微控制器以1s為周期對鎳鎘電池進行脈沖充放電。

　　系統軟件設計

　　系統軟件總體設計

　　充電單元中的微控制器主要負責充電過程的控制和與總控板的通信，程序流程如圖4所示。充電單元首先判斷是否有電池，如果有電池放入，則判斷充放電狀態，默認是充電狀態，該狀態可由總控單元改變。若充電單元處于充電狀態，則繼續判斷電池的化學性質，針對不同的電池采用不同的充電方式。若處于放電狀態，則對電池組進行放電，直到電池電壓低于閾值電壓后，轉為充電狀態。

　　除主程序外，總控單元與充電單元的通信是在中斷服務程序中實現的。當充電單元收到總控單元的指令后，進入中斷。若指令是查詢數據指令，則向總控單元發送需要的數據。若是充電狀態設置指令，則依據指令設置充電單元的充電狀態。

　　通信協議的實現

　　通過與電池組中電能計量芯片通信的方法來判斷電池的性質。本系統可以與遵循HDQ16接口協議的智能電池組進行通信，除了電池組的化學性質外，還可以將電池組的容量、電壓、充電電流、編號等數據一并讀取，供充電器顯示之用。

　　充電單元可以通過HDQ總線對智能電池進行讀操作。HDQ16接口協議是基于指令的協議。一個處理器發送8位指令碼給智能電池，這個8位的指令碼由兩部分組成，7位HDQ16指令碼（位0~6）和1位讀/寫指令。讀/寫指令指示智能電池存儲接下來的16位數據到一個指定的寄存器，或者從指定的寄存器輸出 16位數據。在HDQ16里，數據字節（指令）或者字（數據）的最不重要的位會優先傳輸。

　　一個塊的傳輸包括三個不同的部分。第一部分經由主機或者智能電池把HDQ16引腳置邏輯低狀態一個tSTRH:B時間后開始發送。接下來的部分是真正的數據傳輸，數據位在tDSU:B時間間隔里是有效的，負邊界用來開始通信。數據位被保持一個tDH:DV時間間隔，以便允許主機或智能電池采樣數據位。

　　在負邊界開始通信后，最后一部分通過返回給HDQ16引腳一個邏輯高狀態，至少保持tSSU:B時間間隔來停止傳輸。最后一個邏輯高狀態必須保持一個tCYCH:B時間間隔，以便有時間讓塊傳輸完全停止。

　　如果發生通信錯誤（e.g.，tCYCB＞250ms），主機就發送給智能電池一個BREAK信號，讓其控制串行接口。當HDQ16引腳在一個時間間隔，或者更長時間里為邏輯低狀態時，智能電池就會偵測BREAK。然后，HDQ16引腳回到其正常預設高邏輯狀態一個tBR時間間隔。然后，智能電池就準備從主機那里接收指令。

　　HDQ16引腳是開漏的，需要一個外部的上拉電阻。

　　圖5是用邏輯分析儀顯示的一次HDQ總線上的通信波形。

　　圖5一次HDQ總線通信波形

　　結語

　　本文提出的充電系統從技術上很好地解決了上述問題，通過LCD顯示屏可以清晰便捷地讀出電源的剩余容量、已有充放電次數、充電及放電電流、電池電壓、容量統計和電池特性等重要內容，并且通過設定，可以判斷電源是否達到報廢標準，及時提醒操作者更新電源。

　　LED背光驅動IC