具有SMBus接口的LPC845智能电池充电器

NXP管管 · 发表于 2021-1-11 15:07:45

具有SMBus接口的LPC845智能电池充电器

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1引言
电池无处不在，例如智能手机，笔记本电脑，可穿戴设备，手持式电子产品，智能小家电等用户一直想知道电池的温度，电压，电流，容量，可以充满电的时间，以及电池将耗尽的时间。
在充电过程中，确保电池安全非常重要充电并提供平滑且可控的充电曲线。以上智能充电器有望实现这些要求。智能充电建议使用LPC845实现的解决方案。
基于Arm®Cortex®-M0+内核，LPC84x是低成本的32位MCU系列
工作频率高达30 MHz。 LPC84x MCU系列支持到64 KB的闪存和16 KB的SRAM。该系列使用FRO作为时钟源，在低电流模式下具有出色的电源效率。
LPC84x MCU系列的外围产品包括：
•一台CRC引擎
•四个I2C总线接口
•多达五个UART
•多达两个SPI接口
•1个多速率计时器
•自唤醒定时器
•SCTimer / PWM
•一个通用的32位计数器/计时器
•一个DMA
•1个12位ADC
•两个10位DAC
•一台模拟比较器
•通过开关矩阵可配置功能的I / O端口
•一个输入模式匹配引擎
•多达54个通用I / O引脚

2概述

2.1功能框图

LPC845通过SMBUS总线与智能电池定期通信，以获取电池信息并动态控制PWM输出可调节充电电压。同时，充电状态通过LED显示，并且充电信息通过LCD屏幕显示。
2.2系统图
图2显示了系统图，包括NXP LPC845电池充电器板，+ 12适配器，智能电池，LCD和仿真器。

该系统可以用8.4 V的标称电压为智能电池充电。在充电过程中，电池电压，电流，温度和充电时间会实时显示在LCD屏幕上。在开发程序的过程中，我们使用LPC-link2仿真器将其下载到MCU，您可以使用任何其他具有1.27'10针SWD连接器的仿真器，例如J-Link，U-Link等。充电顺序也可以通过FreeMASTER软件实时绘制。在充电过程中，它经历了四个阶段：预充电，恒流充电，恒压充电和充满电。

3硬件
3.1硬件概述

图3显示了一个完整的演示系统，包括充电器板，LCD，智能电池和电源适配器。

使用12 V和5 A适配器作为电源。它为充电器板提供电源，为充电电池提供电压和电流源。对于电池充电电压源，智能电池的标准电压为8.4 V，LCD为320×240分辨率TFT屏幕。
3.2系统连接

3.3充电板

充电器板包括以下模块：
•+12 V电源插座：连接12 V电源适配器
•总共引出了64个MCU引脚：提供SPI等信号来驱动LCD屏幕
•智能电池接口：连接智能电池
•仿真器接口：连接MCU调试器
•板载LDO：提供3.3 V电源
•板块电路：为电池提供可调电压

•MCU控制器：LPC845

3.4智能电池

电池组是一种智能电池，由两节标准电压为8.4 V的锂离子电池组成。该电池组包含一个名为bq40z50的锂离子电池组管理器芯片。电池组支持两线制SMBus v1.1接口，可与MCU进行通信。此外，电池组包含一个10 k的PTC热敏电阻，MCU可以通过ADC采样电压以计算其温度。

3.5液晶显示板
LCD板来自Waveshare，一个用于Arduino的2.8英寸触摸LCD护罩。

其特点如下：

•2.8英寸，320×240分辨率的电阻式触摸屏TFT LCD
•标准Arduino接口，与开发板兼容，例如：Arduino UNO
•通过SPI控制，仅使用了几个Arduino引脚
3.6仿真器
LPC-Link 2由NXP和Embedded Artists联合开发，是一种可扩展的独立调试探针，可用于配置为支持具有各种不同的可下载固件映像的各种开发工具和IDE。它本身也可以用作NXP LPC4370三核MCU的评估板。

3.7 AC适配器
适配器将220 V AC转换为12 V 5A DC电源，为电路板和电池供电。也可以使用其他直流电源代替。

4软件
4.1源代码

该代码在MDK Keil5.28 IDE平台上开发，并使用最新的官方SDK软件开发工具包（SDK2.7.0）。
根据功能要求，外设包括UART，SPI，I2C，Ctimer，Multimer，ADC。
它们的功能如下：
•UART用于驱动串行输出。
•SPI用于驱动LCD屏幕。
•I2C负责与电池组通信。
•Ctimer产生PWM波以控制总体电路。
•Multimer会产生周期性中断，以进行周期性采样和调制。

•ADC用于收集热敏电阻电压并计算温度。

4.2程序流程图

电池充电过程包括四个阶段：
•预充电阶段
预充电阶段是为了防止由于电压过低而吸收大电流而损坏电池。如果超过一定电压，就会进入恒流充电状态。
•恒流阶段
恒流充电是电池的主要阶段。电池在恒定电流阶段获得最多的能量。在在这一阶段，电池电压继续上升。
•恒压级
当达到相对较高的电压时，它将进入恒定电压充电阶段。恒压阶段结束
当电池接近满容量时可以工作。此时，不宜提供大电流，而要提供稳定的电压代替。充电电流继续减小。
•充满电

当电流达到较小值时，可以认为电池已充满电。

4.3 PWM产生
PWM用于调整大电路的输出电压，并由Ctimer产生。
计数器/定时器模块设计用于对APB总线时钟或外部时钟的周期进行计数，并且可以选择通过匹配输出生成脉宽调制器。在此应用中，15 MHz APB时钟用作Ctimer的时钟源。

PWM的频率为70 kHz。最小占空比为百分之五十分。通过产生具有不同占空比的PWM波来产生不同的充电电压和充电电流。

4.4 SMbus通讯

LPC845中有四个支持SMBus的I2C模块。选择I2C1作为MCU与电池之间的通信总线。从给定的设备地址中读取与电池相关的寄存器的值，以获取充电信息，例如电压，电流，温度等。

4.5温度样本
GPIO输出一个高电压为热敏电阻供电，然后根据热敏电阻上的电压计算智能电池的实际温度。如果温度改变，则热敏电阻的电阻值也会改变。并且热敏电阻上的电压发生变化。可以通过在MCU上进行ADC采样来捕获变化。
在LPC845中，一个12位ADC具有多达12个输入通道，采样率高达1.2 Msamples / s。 ADC通道0负责采样热敏电阻电压，并计算相应的温度。一旦发生过热情况，请关闭PWM信号。

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