低成本锂离子电池充电器MCP1630参考设计及使用指南

在电子设备的设计中，电池充电器是一个关键的部分。今天我们来详细探讨一下Microchip公司的MCP1630低成本锂离子电池充电器，它为我们提供了一种高效、可靠且经济的电池充电解决方案。

文件下载：MCP1630RD-LIC2.pdf

一、产品概述

1.1 产品简介

MCP1630低成本锂离子电池充电器主要用于评估Microchip的MCP1630在SEPIC电源转换器应用中的性能。该充电器能够在6V至18V的输入电压下为单节锂离子电池组充电，具备恒流、恒压充电功能，还支持预充电、电池温度监测和电池组故障监测，并能提供状态或故障指示，同时可自动检测电池组的插入或移除。

1.2 产品定义

MCP1630低成本锂离子电池充电器是一款完整的独立式恒流、恒压单节锂离子电池组充电器。通过对固件进行小幅度修改，它也能为不同化学类型的电池（如三个串联的镍氢或镍镉电池）充电；对硬件进行小幅度修改后，还能为多节串联的锂离子电池组充电。

1.3 产品套件内容

该套件包含以下物品：

• MCP1630低成本锂离子电池充电器电路板（编号102 - 00069）
• MCP1630低成本锂离子电池充电器用户指南（DS51555）
• MCP1630数据手册（“高速、微控制器适配的脉宽调制器”，DS21896）
• MCP6291/2/3/4/5数据手册（“1.0 mA，10 MHz，轨到轨运算放大器”，DS21812）
• PIC12F683数据手册（“基于8引脚闪存的8位CMOS微控制器，具备纳瓦技术”，DS41211）

二、安装与操作

2.1 工作原理

MCP1630低成本锂离子电池充电器展示了Microchip的高速脉宽调制器（PWM）MCP1630在电池充电器应用中的使用。当与微控制器配合使用时，MCP1630可控制电源系统的占空比，以实现输出电压或电流的调节。PIC12F683微控制器可用于调节输出电压、电流、开关频率和最大占空比。MCP1630根据各种外部输入生成占空比，并提供快速过流保护，外部信号包括输入振荡器、参考电压、反馈电压和电流检测。输出信号为方波脉冲，其采用的功率级是单端初级电感转换器（SEPIC）。

2.2 产品特点

• 可编程参数：可在固件中修改。
• 工厂设置：预充电电流为200 mA，预充电阈值为3 V，恒流快充电流为1.5 A，恒压充电电压为4.2 V，充电终止阈值为100 mA。
• 多重保护功能：具备过压保护（电池移除时）、过充保护、过流保护（电池短路时）、电池反接保护、输入短路保护和过温保护。
• 软启动功能：上电时通过保持参考电压低来实现软启动。
• 充电终止方式：在恒压充电期间检测预定义的充电电流阈值，或达到指定的时间后终止充电。
• 灵活性：可针对新电池技术、不同电池化学类型或不同电池组配置优化充电算法，还可通过修改PIC12F683中的固件添加专有功能。
• 代码可用性：提供工厂编程的源代码，能适应环境影响，如环境温度。

2.3 操作步骤

2.3.1 电源输入和输出连接

• 电源供电：将输入电压施加到输入端子块J1，输入电压源应限制在0V至+18V范围内，正常工作时输入电压应在+6V至+18V之间，绝对最大输入电压不得超过+20V。将输入源的正极（+）连接到J1的引脚1，负极（ - ）连接到J1的引脚2。
• 连接负载：将负载的正极（B +）连接到J2的引脚1，负极（B -）连接到J2的引脚5。使用电子负载或接地参考负载时需小心。电池组中应使用参考（B -）的热敏电阻，若没有热敏电阻或不需要，应在电池插头J2的引脚4和5之间放置一个10 kΩ的电阻。安装的固件会在电池端电压低于3V时阻止电路板进入快充模式，上电时电路板总是先进行涓流充电，因此使用纯电阻负载无法实现涓流和快充电流。评估充电器的最佳方法是使用单节锂离子电池组或推荐的模拟电池负载。

• 状态指示灯：MCP1630低成本锂离子电池充电器有一个LED用于指示充电状态或故障状态。不同充电周期状态下LED的状态如下：	充电周期状态	LED状态
  资格验证	关闭
  预充电	开启
  恒流快充	开启
  恒压充电	开启
  充电完成	关闭
  安全定时器故障	闪烁（2 Hz，50%占空比）
  电池温度无效	闪烁（1 Hz，50%占空比）
  电池断开连接	关闭
  输入电源移除	关闭

• 编程：提供了用于在线系统编程的插头J3。如果修改了工厂安装的固件或对PIC12F683进行了重新编程，则需要对电路板进行校准。校准方法是将4.2V电源施加到电池插头，首次施加输入电源时，电路板将进行自校准，校准完成后LED会闪烁。校准完成后应移除4.2V电源并循环输入电源以进行正常操作。

三、附录信息

3.1 原理图和布局

附录A包含了MCP1630低成本锂离子电池充电器的原理图和布局图，包括电路板原理图、组装图、顶层覆盖图、顶层和底层图。这些图纸对于理解电路板的设计和布线非常有帮助。

3.2 物料清单

附录B列出了构建MCP1630低成本锂离子电池充电器所需的零件，包括电容、电感、电阻、二极管、晶体管、集成电路等，为硬件设计和采购提供了详细的参考。

3.3 评估板固件

附录C提供了有关应用固件的信息以及源代码的获取位置。最新版本的MCP1630低成本锂离子电池充电器用户指南固件可在Microchip的官方网站（www.microchip.com）上获取。

四、总结

MCP1630低成本锂离子电池充电器为电子工程师提供了一个优秀的电池充电解决方案。它具有丰富的功能和良好的性能，适用于多种电池类型和应用场景。通过对其原理、特点和操作步骤的了解，工程师们可以更好地利用该充电器进行产品设计。大家在实际应用中是否遇到过类似充电器的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。