![[UNIFIVE]AC适配器&开关电源制造商](common/img/header-logo.svg){kind=logo}
什么是搭载MCU的电池充电器/充电器?实现小型化、高效率、长寿命的下一代充电技术
MCU搭载电池充电器, 充电器通过单芯片高精度控制充电曲线及OVP/OCP等保护功能. 通过固件更新也可轻松变更规格, UNIFIVE可根据用途提供定制化支持.
目次
本文要点
- 搭载MCU的电池充电器是一种通过单芯片实现高精度数字控制充电控制、保护功能与状态监测的新一代充电技术。
- 仅通过固件更新即可更改充电曲线和保护阈值，无需更改硬件即可实现规格变更和功能扩展。
- UNIFIVE可根据客户的用途和电池规格提供搭载MCU充电器的定制服务。欢迎在企划阶段随时咨询。
搭载MCU的电池充电器是一种通过微控制器(MCU)单芯片控制充电曲线(方式)以及OVP、OCP等多种保护功能的充电技术。与传统的模拟控制式充电器相比, 通过MCU的高级数字控制实现了高精度充电和更高的安全性, 并且可通过固件更新灵活更改规格。
本文将从AC适配器厂商的技术视角, 介绍搭载MCU的充电器的原理、优势、可设置参数以及充电控制方式。
什么是MCU? - 微控制器基础
MCU (Microcontroller Unit) 是将CPU/内存/I/O集成在单一芯片上的超小型计算机。广泛应用于家电和工业设备, 近年来也被内置于电池充电器中, 用于实现高级数字控制。
传统上由模拟IC或硬件电路完成的充电控制, 通过软件实现后, 可以实现功能集成和灵活控制。内置MCU的充电器可实时读取电池电压/电流及温度信息, 并通过软件算法调节为最佳充电电流和电压。
MCU搭载电池充电器被选择的3个理由
图1: MCU搭载充电器被选择的3个理由
1. 多功能化与系统集成
可将电池状态诊断(电压·温度监测)、充电控制、与外部设备的通信,以及OVP(过压保护)・OCP(过流保护)等保护控制集成到单一芯片中。以往需要独立IC或电路实现的功能,现在通过一个MCU即可完成,从而减少元器件数量并提升电路设计的灵活性。
2. 通过软件灵活变更规格
可仅通过软件改写即可实现对充电算法和配置文件的调整。例如,可将标准的CC-CV充电方式更改为脉冲充电方式,或将充电电压・电流阈值调整为符合电池制造商推荐值等,这些定制都可通过固件更新实现。无需更改硬件即可增加或改进功能,有助于缩短开发周期,并打造更具未来升级能力的设计。
3. 多重保护与实时监控
由于MCU能够高速处理传感器信息，因此可以高精度执行OVP・OCP・OTP(过温保护)等多种保护功能。在检测到异常时，可立即停止充电或进行安全关断，实现实时保护。同时还能对充电过程中的电压、电流值及温度进行持续监控与记录，可用于掌握电池状态及预测老化情况。
搭载MCU的电池充电器的主要特点
| 特点 | 内容 |
|---|---|
| 保护功能的自定义设置 | OVP·OCP·OTP等各类保护的阈值和动作延迟时间可根据应用需求任意设置。在避免不必要停机的同时, 有效保护设备。 |
| 长时间峰值电流的自动控制 | 即使在需要瞬时大电流的情况下, 也可通过程序控制峰值电流的持续时间。例如可实现"允许最大输出的150%持续5秒"等灵活的电流曲线配置。 |
| 多路输出的集中监控 | 通过一个MCU即可对多通道输出电压和电流进行统一监测与控制。有助于简化布线和控制系统, 并优化整体系统效率。 |
| 风扇ON/OFF的温度联动 | 根据温度传感器的数值自动控制风扇运转。仅在必要时运行, 实现降噪·节能·减少灰尘吸入。 |
| 报警信号外部输出 | 在检测到电源异常或电池异常时, MCU会立即向外部系统输出报警信号。也可支持物联网时代的智能监控。 |
MCU电路集成在AC适配器的哪里?
图2: AC适配器内部的MCU布局(结构图)
MCU电路通常集成在AC适配器内部的低压侧(二次侧电路)。对于隔离型AC适配器, MCU被放置在由变压器隔离的二次侧, 并通过光耦等器件控制一次侧的开关IC。
MCU在监测电池电压和电流的同时, 通过驱动用于充电的DC-DC转换器和开关器件, 实现跨越一次侧和二次侧的数字反馈控制。原本由模拟控制器IC承担的功能由MCU软件替代, 作为充电器的"大脑"发挥作用。
MCU软件可调的主要参数
在搭载MCU的电池充电器中, 以下充电控制参数可以通过软件进行精细设置和调整。根据电池类型和用途定制为最佳数值, 可提升充电的安全性与效率。
| 参数 | 概要 | 设置示例 |
|---|---|---|
| 预充切换电压 | 从预充电切换至主充电的电压阈值。用于安全恢复深度放电电池的起点。 | 锂离子电池: 约3.0V |
| 预充电流 | 对深度放电电池在初期阶段施加的预充电电流。通常为满充电电流的约10%(0.1C)。 | 2000mAh电池: 约200mA |
| 后充启动电压 | 主充电完成后开始补充充电(涓流充电)的电压阈值。 | 如铅酸电池的浮充切换点 |
| 后充电流 | 用于维持满电状态的微小涓流电流。长期使用时需控制在适当数值。 | "以○○mA维持充电○小时"等 |
| 充电完成电压 | 判定为满充的目标电压(浮充电压)。也可为延长寿命而设为较低值以提升安全性。 | 锂离子: 4.2V/单节(4.1V~4.35V可调) |
| 再充电电压 | 满充后因电压下降而自动重新开始充电的阈值。设置时加入迟滞。 | 锂电: 满充4.2V对应约4.1V |
| 电池检测时间 | 用于判断电池是否存在及其状态的检测时间。若在规定时间内电压未恢复, 则判定为异常或未连接。 | 以微小电流测试数秒 |
| 输出过压保护(OVP) | 充电过程中若电压可能超过设定值, MCU会立即降低或切断输出。阈值可通过程序设定。 | 锂电: 超过4.25V即切断 |
| 输出过流保护(OCP) | 检测到超过预期的大电流时限制或切断电流。延迟时间也可精细设定。 | 端子短路或内部短路时立即切断 |
| 安全计时器时间 | 整个充电过程的超时时间。若在规定时间内未完成充电, 则视为异常并强制终止。 | 根据电池容量设定 |
| 预充计时器 | 预充电专用超时计时。若在规定时间内电压未恢复, 则判定电池故障并停止。 | 30分钟内未达到规定值则报错 |
通过优化各类阈值、计时器以及电流电压数值, 可实现针对不同电池类型和状态的定制化充电曲线, 实现快速充电、安全保障与电池寿命延长的兼顾。
代表性的充电控制方式
搭载MCU的充电器可通过软件实现多种充电方式,因此可根据用途采用最合适的控制算法。
恒流・恒压控制(CC-CV方式)
图3: CC-CV充电曲线示意图
这是锂离子电池中标准采用的方式。首先通过CC（恒流）充电使电池电压逐渐上升，当达到设定的最大电压（充电终止电压）后，切换为CV（恒压）充电，在电流逐渐减小的同时继续充电。在CV阶段当电流降低到足够小时即判定为充电结束。在MCU控制中，可以灵活设置CC电流值、CV电压值以及结束判定电流（终止电流）等参数。
脉冲充电 & 刷新充电
脉冲充电是一种以间歇电流脉冲进行充电的方式, 对铅酸电池等尤为有效。通过施加高电压脉冲, 可去除蓄电池内部积累的硫酸铅结晶(硫化现象), 有助于恢复容量并降低内阻。
对于镍氢电池(Ni-MH)和镍镉电池, 为缓解因记忆效应导致的容量下降, 通常会先放电后再重新充电, 即采用刷新充电。通过MCU控制, 这些复杂模式也可以通过软件实现, 从而根据电池特性实现最佳充电。
联系我们
MCU搭载电池充电器是大幅提升充电高精度、安全性和运行灵活性的关键技术。
UNIFIVE基于丰富的实绩，通过多重保护设计和固件定制支持，为客户提供最优化的充电解决方案。
从特殊充电曲线的实现到量产，我们在企划阶段起即提供支持。
常见问题(Q&A)
MCU搭载充电器与传统模拟充电器有什么区别?
传统的模拟充电器通过硬件电路进行充电控制, 而MCU搭载充电器则通过软件进行数字控制. 因此, 可以灵活更改充电参数, 高精度执行多重保护功能, 并可通过固件更新实现规格变更.
MCU搭载充电器可以支持哪些电池?
可支持锂离子电池, 镍氢电池, 铅酸电池等多种电池. 由于充电曲线(CC-CV, 脉冲充电, 维护充电等)可通过软件切换, 因此能够根据电池类型实现最佳充电控制.
充电参数可以自定义到什么程度?
包括充电电压、电流阈值, 保护功能(OVP·OCP·OTP)的动作点, 安全定时器时间, 预充电条件等, 几乎所有与充电相关的参数都可以通过软件进行设置和更改. 也可根据电池制造商的推荐值进行调整.
量产后可以更改充电规格吗？
搭载MCU的充电器的一大优势是可以通过固件更新来更改规格。无需更改硬件即可调整充电曲线和阈值,因此也能轻松应对量产后的升级以及适配新的电池。
UNIFIVE可以提供哪些定制服务？
我们可根据客户的电池规格和用途设计充电曲线,优化保护阈值,进行固件定制开发及小型化设计等,从方案规划到量产提供一站式支持。欢迎随时联系我司销售咨询。