基于微控制器实现充电功能的电路结构的制作方法
基于微控制器实现充电功能的电路结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于微控制器实现充电功能的电路结构，其中包括存储器、电压控制模块、一集成运放模块、多通道ADC模块和带隙基准模块。采用该种基于微控制器实现充电功能的电路结构，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电压和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中，对于整机装配的电阻电容精度要求不高，省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率；对于工作电压的要求也相应降低，因此无须稳压模块TL431来提供精确的5V工作电压，精简了成本，在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源，结构简单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
【专利说明】基于微控制器实现充电功能的电路结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子电路领域，特别涉及充电控制电路【技术领域】，具体是指一种基于 微控制器实现充电功能的电路结构。
【背景技术】
[0002] 铅蓄电池的充电过程分为恒流充、恒压充、浮空充三个阶段；这3个阶段的过程如 下：
[0003] (1)恒流充：这一阶段充电器对电池的充电电流保持在一个恒定值，随着充电时间 的增加，电池的电压不断的升高，电池可接受的充电电流能力在不断的下降。当电压升高到 一定值时，恒流充结束；
[0004] (2)恒压充：恒流充结束后，电池充电进入恒压充阶段；这一阶段充电器对电池的 充电电压保持在一个恒定值，随着充电时间的增加，电池的充电电流在不断的减小。当电流 下降到一定值后，恒压充结束。
[0005] (3)浮空充：在恒压充结束后，电池充电进入浮空充阶段；这一阶段充电器对电池 的电压比恒压充阶段要低一些，以减少蓄电池的出气量，避免蓄电池失水过热。浮空充也是 一个恒压充过程，只不过电压比恒压充要低。
[0006] 传统充电器通过硬件负反馈电路来实现恒压、恒流充阶段。其中恒压充和浮空充 阶段两个电压值的切换是通过MCU控制来实现的。请参阅图1所示，其中为采用义隆78P153 微控制器电路实现的充电器方案。
[0007] 在该电路设计方案中，恒流充控制部分用LM324运放参与负反馈来进行控制，恒 压充控制部分用TL431做的鉴幅器参与负反馈进行控制，而控制负反馈强弱的为一个线性 光耦，流过线性光耦电流越大，其变压器输出的电压越低，流过线性光耦电流越小，其变压 器输出的电压越商。
[0008] 当电池充电电压没有达到恒压充设定值时，恒压充控制部分TL431 -直输出一个 较高电平，控制负反馈强弱的光耦器件的电流通过恒流充控制部分的运放到地，而运放的 输入又是和采样电阻的电压值相关，当流过采样电阻的电流增大时，其运放输入的电压值 变大，使得运放输出的电压值变小，这样流过光耦的电流就变大，反过来控制变压器输出的 电压值变小，这样通过负反馈使得电流保持在设定范围内。这就是恒流充负反馈控制原理。
[0009] 当电池充电电压达到恒压充设定值时，恒压充控制部分TL431输出一个较低的电 平。由于TL431输出的电平比LM324输出的电平更低，因此恒流充控制部分不起作用，此 时由TL431组成的鉴幅器参与负反馈。当电池电压VBT升高时，TL431基准输入电压也会 变高，使得TL431输出电平变低，这样流过光耦的电流变大，反过来控制变压器输出电压变 低，这样通过负反馈使得充电电压保持在设定范围内，这就是恒压充负反馈控制原理。
[0010] 恒压充到一定阶段后，电池的充电电流越来越小，这样流过采样电阻的电流也越 小，采样电阻的电压值也越小。浮空充监测部分的LM324用作比较器，将采样电阻的电压值 和设定值进行比较，当采样电压值小于设定值时，比较器输出值发生翻转，产生一个中断源 给MCU。MCU进行中断响应，关闭参与负反馈引脚（图1示意中P60引脚）的低电平输出，使 得TL431基准输入电压值变高，控制TL431输出电平变低，流过光耦的电流变大，控制变压 器输出的电压变低，达到降压的目的。这就是浮空充控制原理。
[0011] 上述的充电器方案，其负反馈控制都是通过硬件来实现，一共用了 2个TL431、2个 LM324、和一个微控制器电路以及若干个精密电阻，恒流充电流的设定以及恒压充电压的设 定都是通过手动来校准。所用元器件成本及花费工人工时较多。
[0012] 在现有技术中还存在另外一种充电电路结构，请参阅图2所示。其中需要用到1 个二极管、6个电阻和2电容(无需采用精密电阻)实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控 制。
[0013] 其实现负反馈控制内部电路回路请参阅图3所示，其中用到了 2个运放和2路DAC 电压。因此外围元器件及芯片还是较多的，导致结构复杂，成本较高，电路稳定性降低。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够进一步简化外围元 器件、优化电路内部资源、结构简单实用、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的基于微 控制器实现充电功能的电路结构。
[0015] 为了实现上述的目的，本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构具有如下 构成：
[0016] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包 括：
[0017] 存储器，保存电路控制校准参数；
[0018] 电压控制模块，与所述的存储器相连接，在不同充电阶段选择性产生并输出恒流 充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压和浮空充参考电压；
[0019] 一集成运放模块，该集成运放模块的正端接入所述的电压控制模块所输出的恒流 充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压或者浮空充参考电压，该集成运放模块的负端 选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号，该集成运放模块的输出端与外部的 线性光耦控制回路相连接，且该集成运放模块的输出端与负端之间还跨接有负反馈电路；
[0020] 多通道ADC模块，与所述的集成运放模块的负端相连接，对充电过程中的电流信 号和电压信号进行实时采样检测；
[0021] 带隙基准模块，为所述的电压控制模块、多通道ADC模块和集成运放模块提供稳 定的基准电压。
[0022] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的存储器为非易失性存储器。
[0023] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的非易失性存储器为0TPR0M存储器 (One Time Programmable R0M，一次性可编程存储器）或者FlashROM存储器。
[0024] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的电压控制模块为电压型DAC模块。
[0025] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的集成运放模块的负端通过切换开 关选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号。
[0026] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的负反馈电路包括相互并联的电阻 和电容，所述的电阻和电容接于所述的集成运放模块的输出端与负端之间。
[0027] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的多通道ADC模块中至少具有二个 通道。
[0028] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括CPU内核，所述的CPU内核通 过数据总线和控制总线分别与所述的电压控制模块、集成运放模块、多通道ADC模块均相 连接。
[0029] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的还包括复位控制模块，所述的复位 控制模块用于通过所述的数据总线和控制总线对整个电路进行复位。
[0030] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括振荡器及时序电路。
[0031] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的振荡器及时序电路中包括主时钟 单元和次时钟单元，所述的主时钟单元通过所述的数据总线和控制总线与所述的CPU内核 相连接，所述的次时钟单元与所述的数据总线和控制总线相连接。
[0032] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括定时器，所述的定时器通过所 述的数据总线和控制总线与所述的次时钟单元相连接。
[0033] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括烧写和测试控制模块，所述的 烧写和测试控制模块与所述的CPU内核相连接。
[0034] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括看门狗定时器，所述的看门狗 定时器与所述的数据总线和控制总线相连接。
[0035] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括中断控制模块，所述的中断控 制模块与所述的数据总线和控制总线相连接。
[0036] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括通用输入输出模块，所述的通 用输入输出模块分别与所述的中断控制模块、数据总线和控制总线相连接。
[0037] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的通用输入输出模块中包括至少三 个通用输入输出端口。
[0038] 采用了该发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构，由于其中仅使用了 5个 电阻和1电容(无需采用精密电阻）即可以实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控制，其 中RB1、RB2为分压电阻，用作电池电压采样用，R23采样电阻用作充电电流采样；RA1、RA2、 RA4为运放负反馈电阻，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电 压和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充；CA1为负反馈消振电容，用于消除充电过 程切换时可能引起振荡现象，由于恒流充、恒压充各阶段参与负反馈用的电阻RA1、RA2、RA4 以及分压电阻RB1、RB2均可以使用非精密电阻，其电阻误差可以通过在工装校准阶段通过 设置的Vdacl、Vdac2值进行调整，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中（如： 0TPR0M、FlashR0M);这一校准过程可以在整机装配完毕后进行，由内置程序完成参数校准， 对于整机装配的电阻电容精度要求不高，可省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率； 同时，本发明的电路中内置的带隙基准电路可提供稳定的参考电压给DAC及ADC模块，对于 工作电压的要求也相应降低，因此无须稳压模块TL431来提供精确的5V工作电压，从而精 简了成本，在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源，结构简 单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1为现有技术中的采用义隆78P153微控制器电路实现的充电器电路原理图。
[0040] 图2为现有技术中的另一种充电电路原理图。
[0041] 图3为图2中的实现负反馈控制内部回路电路原理图。
[0042] 图4为本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构原理图。
[0043] 图5为本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构中的集成运放负反馈回 路电路原理图。
[0044] 图6为本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构中的简化的线性光耦控 制回路电路原理图。
[0045] 图7为采用本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构的【具体实施方式】电 路模块架构框图。
【具体实施方式】
[0046] 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
[0047] 请参阅图4至图7所示，该基于微控制器实现充电功能的电路结构，其中包括：
[0048] (1)存储器，保存电路控制校准参数；该存储器为非易失性存储器；该非易失性存 储器为0TPR0M存储器或者FlashROM存储器；
[0049] (2)电压控制模块，与所述的存储器相连接，在不同充电阶段选择性产生并输出恒 流充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压和浮空充参考电压；该电压控制模块为电压 型DAC模块；
[0050] (3) -集成运放模块，该集成运放模块的正端接入所述的电压控制模块所输出的 恒流充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压或者浮空充参考电压，该集成运放模块的 负端选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号，该集成运放模块的输出端与外 部的线性光耦控制回路相连接，且该集成运放模块的输出端与负端之间还跨接有负反馈电 路；该集成运放模块的负端通过切换开关选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入 信号；该负反馈电路包括相互并联的电阻RA4)和电容CA2,所述的电阻RA4和电容CA2接 于所述的集成运放模块的输出端与负端之间；
[0051] (4)多通道ADC模块，与所述的集成运放模块的负端相连接，对充电过程中的电流 信号和电压信号进行实时采样检测；该多通道ADC模块中至少具有二个通道；
[0052] (5)带隙基准模块，为所述的电压控制模块、多通道ADC模块和集成运放模块提供 稳定的基准电压。
[0053] 其中，该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括CPU内核，所述的CPU内 核通过数据总线和控制总线分别与所述的电压控制模块、集成运放模块、多通道ADC模块 均相连接；该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的还包括复位控制模块，所述的复 位控制模块用于通过所述的数据总线和控制总线对整个电路进行复位。
[0054] 同时，该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括振荡器及时序电路，所 述的振荡器及时序电路中包括主时钟单元和次时钟单元，所述的主时钟单元通过所述的数 据总线和控制总线与所述的CPU内核相连接，所述的次时钟单元与所述的数据总线和控制 总线相连接。
[0055] 不仅如此，所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括定时器，所述 的定时器通过所述的数据总线和控制总线与所述的次时钟单元相连接，其中还包括烧写和 测试控制模块，所述的烧写和测试控制模块与所述的CPU内核相连接；该基于微控制器实 现充电功能的电路结构中还包括看门狗定时器，所述的看门狗定时器与所述的数据总线和 控制总线相连接；该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括中断控制模块，所述 的中断控制模块与所述的数据总线和控制总线相连接；该基于微控制器实现充电功能的 电路结构中还包括通用输入输出模块，所述的通用输入输出模块分别与所述的中断控制模 块、数据总线和控制总线相连接，其中，所述的通用输入输出模块中包括至少三个通用输入 输出端口。
[0056] 在实际使用当中，本发明的技术方案在现有技术的基础上，进一步优化外围元器 件，省去一个二极管、1个电阻和1个电容，且进一步优化电路内部资源，省去1个运放和1 路 DAC。
[0057] 请参阅图4所示，从上面方案示意图可以看出，采用本发明电路后，只要用5个电 阻和1电容(无需采用精密电阻）即可以实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控制。其中 RB1、RB2为分压电阻，用作电池电压采样用，R23采样电阻用作充电电流采样；RA1、RA2、RA4 为运放负反馈电阻，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电压 和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充；CA1为负反馈消振电容，用于消除充电过程 切换时可能引起振荡现象。
[0058] 再请参阅图5所示，其中，VI为电流采样输入的模拟电压，VV为电压采样输入的模 拟电压；VB为运放AMP输出模拟电压；Vdac为电路内部提供的DAC电压值。AMP的负端输 入可以通过开关选择VI (VI电流采样输入)或者V2 (电压采样输入)，由此可以得到如下运 算公式：
[0059] VB =-(RA4/RA1) X (VI - Vdacl) = (Vdacl - VI) X (RA4/RA1) ...... (1)
[0060] VB =-(RA4/RA1) X (VV - Vdac2) = (Vdac2 - VV) X (RA4/RA1) ...... (2)
[0061] 公式（1)对应的是电流采样时的算式，Vdacl为电流采样负反馈时DAC的输出电 压；公式（2)对应的是电压采样时的算式，Vdac2为电流采样负反馈时DAC的输出电压。
[0062] 从这两个公式来看，完全可以利用单运放+单DAC的方式，通过开关选择在不同 充电过程中实现恒流充或恒压充负反馈。
[0063] 对线性光耦控制回路进行简化请参阅图6所示，恒流充和恒压充负反馈原理是一 样的。可以用恒流充负反馈实现来阐述。
[0064] 恒流充负反馈原理实现由公式VB = (Vdacl - VI)X (RA4/RA1)进行推导：Vdacl 为微控制器内部设定的1个DAC电压值，VI为电流采样电阻提供的采样电压值，RA4和 RA1为运放的负反馈放大系数比例电阻，假设RA4/RA1 = kl，则公式可简化为VB = klX (Vdacl - VI)。
[0065] 当流过采样电阻的电流比设定的恒流充电流大时，VI值增加，VB值下降，使得流 过线性光耦的电流增加，而线性光耦控制开关电源使变压器的电压下降，使得充电电流回 到设定值；当流过采样电阻的电流比设定的恒流充电流小时，VI值下降，VB值上升，使得流 过线性光耦的电流减小，线性光耦控制开关电源使变压器的电压增加，使得充电电流回到 设定值。
[0066] 恒流充结束后，可以通过开关，运放负端选择恒压充采样输入，进入恒压充负反馈 过程。
[0067] 以下过程为如何判断恒流充或者恒压充过程结束：
[0068] 需要用到电路内部的ADC模块对采样电压、采样电流进行检测。恒流充负反馈过 程中，ADC检测采样电压值是否达到进入恒压充阈值VH，恒压充负反馈过程中，ADC检测采 样电流输入的电压值是否达到进入浮空充阈值VL。
[0069] 再请参阅图7所示，其为利用本发明的一个实施例原理框图，其中：
[0070] 电路资源包括CPU内核、复位控制、振荡器及时序电路、烧写和测试控制、0TPR0M、 SRAM、堆栈、看门狗WDT、TCC定时器、中断控制、电压型DAC、运放AMP、多通道ADC、带隙基准 以及通用10等资源。数据总线和控制总结将CPU内核和片内这些资源联系在一起，CPU通 过数据总线和控制总线可以实现对这些资源的读写访问及控制。
[0071] (1) CPU内核：本发明实施例中央处理单元，是执行运算和控制的核心模块。
[0072] (2)复位控制模块：具有上电复位、外部复位、低电压复位功能。在电路刚上电时、 外部按RESET按键时或者电路处于低电压状态时，该模块发出复位信号，对整个电路进行 复位。
[0073] (3)振荡器及时序电路：产生电路工作的各个时钟，如主时钟MCLK，给CPU等提供 高速运算时钟；如次时钟SCLK，给低速模块如TCC定时器提供计数时钟。
[0074] (4)烧写和测试控制模块：提供电路的测试模式进入及内部0TPR0M烧写编程进 入。本发明实施例采用5线制烧写方式，只需要5根线(如VDD、GND、RESET/VPP、SCL、SDA) 即可进入电路的测试模式或者编程烧写模式。电路在正常工作模式下，该模块功能被禁止。
[0075] (5) 0TPR0M :-次可编程R0M，用于存放客户的方案程序、校准程序及校准参数。
[0076] (6) SRAM :数据存储器，用于存放数据。
[0077] (7)堆栈：用于保存中断现场PC指针。
[0078] (8)WDT :看门狗定时器，定时器溢出时，电路会产生复位。防止程序跑飞时出现死 机等不正常现象，提高电路的可靠性。
[0079] (9)TCC:定时器，对电路的低速时钟SCLK进行计数。充电器方案中往往需要用定 时器来限制充电时间。当充电时间到了以后，即使电池电量没有充满，也会进入浮空充。
[0080] (10)中断控制模块：可以响应外部中断、TCC中断、ADC中断等各个中断源发出的 中断请求。
[0081] (11)电压型DAC模块：CPU将校准后的参数写入到DAC模块，可以产生恒流充负反 馈、恒压充负反馈过程中各自所需要的Vdac电压（即在不同阶段分别产生Vdacl电压用于 恒流充负反馈、Vdac2电压用于恒压充负反馈、Vdac3电压用于浮空充负反馈；而这些电压 产生只需要CPU将不同的校准参数写入到DAC的参数寄存器中）。
[0082] (12)运放AMP模块：采用双端输入，其正端输入接收DAC模块输出的Vdac电压， 负端输入连接FB引脚，另外负端输入（即FB引脚）亦可通过开关选择Vv (电压采样）输入 或者Vi (电流采用）输入；运放输出和V0引脚相连。（在FB和V0引脚可接负反馈电阻和 电容，在Vv和Vi引脚各串一个电阻，即可以构成本发明中上面提及的负反馈回路。）
[0083] (13)多通道ADC模块：至少2个通道，可对双运放输入的Vi (电流采样电压)、Vv (电压采样电压）以及模拟通道AINs (s表示多个）进行采样，以检测充电电流和充电电压。
[0084] (14)带隙基准：可提供稳定的基准电压给DAC、ADC模块用作参考电压。内置带隙 基准可以省去外置的基准(如TL431稳压电路)，同时受电源电压及温度的漂移影响小，提高 了电路的稳定性。
[0085] (15)通用10模块：具有至少3个以上的通用10s，可实现充电器红灯、绿灯亮灭及 风扇的控制。
[0086] 本发明主要是通过一个简单的微控制器实施例，来描述充电器方案电路的设计思 想。本发明中，对于模块资源、功能性能介绍极为简单，不限于采用何种内核的CPU、多大容 量的0TPR0M或者FlashROM、SRAM、堆栈有无等，只要是微控制器电路，包含带隙基准、多通 路ADC、电压型DAC、运放、非易失性存储器0TPR0M或FlashROM这些资源，即与本发明的基 本思想相符合，属于本发明的保护范围内。
[0087] 恒流充、恒压充各阶段参与负反馈用的电阻RA1、RA2、RA4以及分压电阻RBI、RB2 均可以使用非精密电阻，其电阻误差可以通过在工装校准阶段通过设置的Vdacl、Vdac2值 进行调整，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中（如0TPR0M、FlashROM)。这 一校准过程可以在整机装配完毕后进行，由内置程序完成参数校准，对于整机装配的电阻 电容精度要求不高，可省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率。
[0088] 另外由于本发明电路中内置带隙基准电路，可提供稳定的参考电压给DAC及ADC 模块，对于工作电压的要求也可以降低，因此5V稳压模块方面也可以进行简化，不一定采 用TL431来提供精确的5V工作电压，这方面也可以精简成本。
[0089] 在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源。
[0090] 采用了上述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，由于其中仅使用了 5个电 阻和1电容(无需采用精密电阻）即可以实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控制，其中 RB1、RB2为分压电阻，用作电池电压采样用，R23采样电阻用作充电电流采样；RA1、RA2、RA4 为运放负反馈电阻，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电压 和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充；CA1为负反馈消振电容，用于消除充电过程 切换时可能引起振荡现象，由于恒流充、恒压充各阶段参与负反馈用的电阻RA1、RA2、RA4 以及分压电阻RB1、RB2均可以使用非精密电阻，其电阻误差可以通过在工装校准阶段通过 设置的Vdacl、Vdac2值进行调整，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中（如： 0TPR0M、FlashROM);这一校准过程可以在整机装配完毕后进行，由内置程序完成参数校准， 对于整机装配的电阻电容精度要求不高，可省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率； 同时，本发明的电路中内置的带隙基准电路可提供稳定的参考电压给DAC及ADC模块，对于 工作电压的要求也相应降低，因此无须稳压模块TL431来提供精确的5V工作电压，从而精 简了成本，在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源，结构简 单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
[0091] 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出 各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的 而非限制性的。
【权利要求】
1. 一种基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括： 存储器，保存电路控制校准参数； 电压控制模块，与所述的存储器相连接，在不同充电阶段选择性产生并输出恒流充负 反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压和浮空充参考电压； 一集成运放模块，该集成运放模块的正端接入所述的电压控制模块所输出的恒流充负 反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压或者浮空充参考电压，该集成运放模块的负端选择 性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号，该集成运放模块的输出端与外部的线性 光耦控制回路相连接，且该集成运放模块的输出端与负端之间还跨接有负反馈电路； 多通道ADC模块，与所述的集成运放模块的负端相连接，对充电过程中的电流信号和 电压信号进行实时采样检测； 带隙基准模块，为所述的电压控制模块、多通道ADC模块和集成运放模块提供稳定的 基准电压。
2. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的存储器为非易失性存储器。
3. 根据权利要求2所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的非易失性存储器为OTPROM存储器或者FlashROM存储器。
4. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电压控制模块为电压型DAC模块。
5. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的集成运放模块的负端通过切换开关选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信 号。
6. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的负反馈电路包括相互并联的电阻（RA4)和电容（CA2)，所述的电阻（RA4)和电容（CA2)接 于所述的集成运放模块的输出端与负端之间。
7. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的多通道ADC模块中至少具有二个通道。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特 征在于，所述的电路结构中还包括CPU内核，所述的CPU内核通过数据总线和控制总线分别 与所述的电压控制模块、集成运放模块、多通道ADC模块均相连接。
9. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括复位控制模块，所述的复位控制模块用于通过所述的数据总线和控制 总线对整个电路进行复位。
10. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括振荡器及时序电路。
11. 根据权利要求10所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所 述的振荡器及时序电路中包括主时钟单元和次时钟单元，所述的主时钟单元通过所述的数 据总线和控制总线与所述的CPU内核相连接，所述的次时钟单元与所述的数据总线和控制 总线相连接。
12. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括定时器，所述的定时器通过所述的数据总线和控制总线与所述的次时 钟单元相连接。
13. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括烧写和测试控制模块，所述的烧写和测试控制模块与所述的CPU内核 相连接。
14. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括看门狗定时器，所述的看门狗定时器与所述的数据总线和控制总线相 连接。
15. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括中断控制模块，所述的中断控制模块与所述的数据总线和控制总线相 连接。
16. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括通用输入输出模块，所述的通用输入输出模块分别与所述的中断控制 模块、数据总线和控制总线相连接。
17. 根据权利要求16所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所 述的通用输入输出模块中包括至少三个通用输入输出端口。
【文档编号】G05F1/46GK104218623SQ201310209978
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日
【发明者】陈长华, 邱丹, 顾宇飞, 徐佰新, 陈铭, 戈亦余, 谢兴华, 赵海, 王会刚, 王效 申请人:无锡华润矽科微电子有限公司
【专利摘要】本发明涉及一种基于微控制器实现充电功能的电路结构，其中包括存储器、电压控制模块、一集成运放模块、多通道ADC模块和带隙基准模块。采用该种基于微控制器实现充电功能的电路结构，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电压和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中，对于整机装配的电阻电容精度要求不高，省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率；对于工作电压的要求也相应降低，因此无须稳压模块TL431来提供精确的5V工作电压，精简了成本，在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源，结构简单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
【专利说明】基于微控制器实现充电功能的电路结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子电路领域，特别涉及充电控制电路【技术领域】，具体是指一种基于 微控制器实现充电功能的电路结构。
【背景技术】
[0002] 铅蓄电池的充电过程分为恒流充、恒压充、浮空充三个阶段；这3个阶段的过程如 下：
[0003] (1)恒流充：这一阶段充电器对电池的充电电流保持在一个恒定值，随着充电时间 的增加，电池的电压不断的升高，电池可接受的充电电流能力在不断的下降。当电压升高到 一定值时，恒流充结束；
[0004] (2)恒压充：恒流充结束后，电池充电进入恒压充阶段；这一阶段充电器对电池的 充电电压保持在一个恒定值，随着充电时间的增加，电池的充电电流在不断的减小。当电流 下降到一定值后，恒压充结束。
[0005] (3)浮空充：在恒压充结束后，电池充电进入浮空充阶段；这一阶段充电器对电池 的电压比恒压充阶段要低一些，以减少蓄电池的出气量，避免蓄电池失水过热。浮空充也是 一个恒压充过程，只不过电压比恒压充要低。
[0006] 传统充电器通过硬件负反馈电路来实现恒压、恒流充阶段。其中恒压充和浮空充 阶段两个电压值的切换是通过MCU控制来实现的。请参阅图1所示，其中为采用义隆78P153 微控制器电路实现的充电器方案。
[0007] 在该电路设计方案中，恒流充控制部分用LM324运放参与负反馈来进行控制，恒 压充控制部分用TL431做的鉴幅器参与负反馈进行控制，而控制负反馈强弱的为一个线性 光耦，流过线性光耦电流越大，其变压器输出的电压越低，流过线性光耦电流越小，其变压 器输出的电压越商。
[0008] 当电池充电电压没有达到恒压充设定值时，恒压充控制部分TL431 -直输出一个 较高电平，控制负反馈强弱的光耦器件的电流通过恒流充控制部分的运放到地，而运放的 输入又是和采样电阻的电压值相关，当流过采样电阻的电流增大时，其运放输入的电压值 变大，使得运放输出的电压值变小，这样流过光耦的电流就变大，反过来控制变压器输出的 电压值变小，这样通过负反馈使得电流保持在设定范围内。这就是恒流充负反馈控制原理。
[0009] 当电池充电电压达到恒压充设定值时，恒压充控制部分TL431输出一个较低的电 平。由于TL431输出的电平比LM324输出的电平更低，因此恒流充控制部分不起作用，此 时由TL431组成的鉴幅器参与负反馈。当电池电压VBT升高时，TL431基准输入电压也会 变高，使得TL431输出电平变低，这样流过光耦的电流变大，反过来控制变压器输出电压变 低，这样通过负反馈使得充电电压保持在设定范围内，这就是恒压充负反馈控制原理。
[0010] 恒压充到一定阶段后，电池的充电电流越来越小，这样流过采样电阻的电流也越 小，采样电阻的电压值也越小。浮空充监测部分的LM324用作比较器，将采样电阻的电压值 和设定值进行比较，当采样电压值小于设定值时，比较器输出值发生翻转，产生一个中断源 给MCU。MCU进行中断响应，关闭参与负反馈引脚（图1示意中P60引脚）的低电平输出，使 得TL431基准输入电压值变高，控制TL431输出电平变低，流过光耦的电流变大，控制变压 器输出的电压变低，达到降压的目的。这就是浮空充控制原理。
[0011] 上述的充电器方案，其负反馈控制都是通过硬件来实现，一共用了 2个TL431、2个 LM324、和一个微控制器电路以及若干个精密电阻，恒流充电流的设定以及恒压充电压的设 定都是通过手动来校准。所用元器件成本及花费工人工时较多。
[0012] 在现有技术中还存在另外一种充电电路结构，请参阅图2所示。其中需要用到1 个二极管、6个电阻和2电容(无需采用精密电阻)实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控 制。
[0013] 其实现负反馈控制内部电路回路请参阅图3所示，其中用到了 2个运放和2路DAC 电压。因此外围元器件及芯片还是较多的，导致结构复杂，成本较高，电路稳定性降低。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够进一步简化外围元 器件、优化电路内部资源、结构简单实用、工作性能稳定可靠、适用范围较为广泛的基于微 控制器实现充电功能的电路结构。
[0015] 为了实现上述的目的，本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构具有如下 构成：
[0016] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包 括：
[0017] 存储器，保存电路控制校准参数；
[0018] 电压控制模块，与所述的存储器相连接，在不同充电阶段选择性产生并输出恒流 充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压和浮空充参考电压；
[0019] 一集成运放模块，该集成运放模块的正端接入所述的电压控制模块所输出的恒流 充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压或者浮空充参考电压，该集成运放模块的负端 选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号，该集成运放模块的输出端与外部的 线性光耦控制回路相连接，且该集成运放模块的输出端与负端之间还跨接有负反馈电路；
[0020] 多通道ADC模块，与所述的集成运放模块的负端相连接，对充电过程中的电流信 号和电压信号进行实时采样检测；
[0021] 带隙基准模块，为所述的电压控制模块、多通道ADC模块和集成运放模块提供稳 定的基准电压。
[0022] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的存储器为非易失性存储器。
[0023] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的非易失性存储器为0TPR0M存储器 (One Time Programmable R0M，一次性可编程存储器）或者FlashROM存储器。
[0024] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的电压控制模块为电压型DAC模块。
[0025] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的集成运放模块的负端通过切换开 关选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号。
[0026] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的负反馈电路包括相互并联的电阻 和电容，所述的电阻和电容接于所述的集成运放模块的输出端与负端之间。
[0027] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的多通道ADC模块中至少具有二个 通道。
[0028] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括CPU内核，所述的CPU内核通 过数据总线和控制总线分别与所述的电压控制模块、集成运放模块、多通道ADC模块均相 连接。
[0029] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的还包括复位控制模块，所述的复位 控制模块用于通过所述的数据总线和控制总线对整个电路进行复位。
[0030] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括振荡器及时序电路。
[0031] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的振荡器及时序电路中包括主时钟 单元和次时钟单元，所述的主时钟单元通过所述的数据总线和控制总线与所述的CPU内核 相连接，所述的次时钟单元与所述的数据总线和控制总线相连接。
[0032] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括定时器，所述的定时器通过所 述的数据总线和控制总线与所述的次时钟单元相连接。
[0033] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括烧写和测试控制模块，所述的 烧写和测试控制模块与所述的CPU内核相连接。
[0034] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括看门狗定时器，所述的看门狗 定时器与所述的数据总线和控制总线相连接。
[0035] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括中断控制模块，所述的中断控 制模块与所述的数据总线和控制总线相连接。
[0036] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括通用输入输出模块，所述的通 用输入输出模块分别与所述的中断控制模块、数据总线和控制总线相连接。
[0037] 该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的通用输入输出模块中包括至少三 个通用输入输出端口。
[0038] 采用了该发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构，由于其中仅使用了 5个 电阻和1电容(无需采用精密电阻）即可以实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控制，其 中RB1、RB2为分压电阻，用作电池电压采样用，R23采样电阻用作充电电流采样；RA1、RA2、 RA4为运放负反馈电阻，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电 压和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充；CA1为负反馈消振电容，用于消除充电过 程切换时可能引起振荡现象，由于恒流充、恒压充各阶段参与负反馈用的电阻RA1、RA2、RA4 以及分压电阻RB1、RB2均可以使用非精密电阻，其电阻误差可以通过在工装校准阶段通过 设置的Vdacl、Vdac2值进行调整，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中（如： 0TPR0M、FlashR0M);这一校准过程可以在整机装配完毕后进行，由内置程序完成参数校准， 对于整机装配的电阻电容精度要求不高，可省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率； 同时，本发明的电路中内置的带隙基准电路可提供稳定的参考电压给DAC及ADC模块，对于 工作电压的要求也相应降低，因此无须稳压模块TL431来提供精确的5V工作电压，从而精 简了成本，在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源，结构简 单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1为现有技术中的采用义隆78P153微控制器电路实现的充电器电路原理图。
[0040] 图2为现有技术中的另一种充电电路原理图。
[0041] 图3为图2中的实现负反馈控制内部回路电路原理图。
[0042] 图4为本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构原理图。
[0043] 图5为本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构中的集成运放负反馈回 路电路原理图。
[0044] 图6为本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构中的简化的线性光耦控 制回路电路原理图。
[0045] 图7为采用本发明的基于微控制器实现充电功能的电路结构的【具体实施方式】电 路模块架构框图。
【具体实施方式】
[0046] 为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
[0047] 请参阅图4至图7所示，该基于微控制器实现充电功能的电路结构，其中包括：
[0048] (1)存储器，保存电路控制校准参数；该存储器为非易失性存储器；该非易失性存 储器为0TPR0M存储器或者FlashROM存储器；
[0049] (2)电压控制模块，与所述的存储器相连接，在不同充电阶段选择性产生并输出恒 流充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压和浮空充参考电压；该电压控制模块为电压 型DAC模块；
[0050] (3) -集成运放模块，该集成运放模块的正端接入所述的电压控制模块所输出的 恒流充负反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压或者浮空充参考电压，该集成运放模块的 负端选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号，该集成运放模块的输出端与外 部的线性光耦控制回路相连接，且该集成运放模块的输出端与负端之间还跨接有负反馈电 路；该集成运放模块的负端通过切换开关选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入 信号；该负反馈电路包括相互并联的电阻RA4)和电容CA2,所述的电阻RA4和电容CA2接 于所述的集成运放模块的输出端与负端之间；
[0051] (4)多通道ADC模块，与所述的集成运放模块的负端相连接，对充电过程中的电流 信号和电压信号进行实时采样检测；该多通道ADC模块中至少具有二个通道；
[0052] (5)带隙基准模块，为所述的电压控制模块、多通道ADC模块和集成运放模块提供 稳定的基准电压。
[0053] 其中，该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括CPU内核，所述的CPU内 核通过数据总线和控制总线分别与所述的电压控制模块、集成运放模块、多通道ADC模块 均相连接；该基于微控制器实现充电功能的电路结构中的还包括复位控制模块，所述的复 位控制模块用于通过所述的数据总线和控制总线对整个电路进行复位。
[0054] 同时，该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括振荡器及时序电路，所 述的振荡器及时序电路中包括主时钟单元和次时钟单元，所述的主时钟单元通过所述的数 据总线和控制总线与所述的CPU内核相连接，所述的次时钟单元与所述的数据总线和控制 总线相连接。
[0055] 不仅如此，所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括定时器，所述 的定时器通过所述的数据总线和控制总线与所述的次时钟单元相连接，其中还包括烧写和 测试控制模块，所述的烧写和测试控制模块与所述的CPU内核相连接；该基于微控制器实 现充电功能的电路结构中还包括看门狗定时器，所述的看门狗定时器与所述的数据总线和 控制总线相连接；该基于微控制器实现充电功能的电路结构中还包括中断控制模块，所述 的中断控制模块与所述的数据总线和控制总线相连接；该基于微控制器实现充电功能的 电路结构中还包括通用输入输出模块，所述的通用输入输出模块分别与所述的中断控制模 块、数据总线和控制总线相连接，其中，所述的通用输入输出模块中包括至少三个通用输入 输出端口。
[0056] 在实际使用当中，本发明的技术方案在现有技术的基础上，进一步优化外围元器 件，省去一个二极管、1个电阻和1个电容，且进一步优化电路内部资源，省去1个运放和1 路 DAC。
[0057] 请参阅图4所示，从上面方案示意图可以看出，采用本发明电路后，只要用5个电 阻和1电容(无需采用精密电阻）即可以实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控制。其中 RB1、RB2为分压电阻，用作电池电压采样用，R23采样电阻用作充电电流采样；RA1、RA2、RA4 为运放负反馈电阻，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电压 和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充；CA1为负反馈消振电容，用于消除充电过程 切换时可能引起振荡现象。
[0058] 再请参阅图5所示，其中，VI为电流采样输入的模拟电压，VV为电压采样输入的模 拟电压；VB为运放AMP输出模拟电压；Vdac为电路内部提供的DAC电压值。AMP的负端输 入可以通过开关选择VI (VI电流采样输入)或者V2 (电压采样输入)，由此可以得到如下运 算公式：
[0059] VB =-(RA4/RA1) X (VI - Vdacl) = (Vdacl - VI) X (RA4/RA1) ...... (1)
[0060] VB =-(RA4/RA1) X (VV - Vdac2) = (Vdac2 - VV) X (RA4/RA1) ...... (2)
[0061] 公式（1)对应的是电流采样时的算式，Vdacl为电流采样负反馈时DAC的输出电 压；公式（2)对应的是电压采样时的算式，Vdac2为电流采样负反馈时DAC的输出电压。
[0062] 从这两个公式来看，完全可以利用单运放+单DAC的方式，通过开关选择在不同 充电过程中实现恒流充或恒压充负反馈。
[0063] 对线性光耦控制回路进行简化请参阅图6所示，恒流充和恒压充负反馈原理是一 样的。可以用恒流充负反馈实现来阐述。
[0064] 恒流充负反馈原理实现由公式VB = (Vdacl - VI)X (RA4/RA1)进行推导：Vdacl 为微控制器内部设定的1个DAC电压值，VI为电流采样电阻提供的采样电压值，RA4和 RA1为运放的负反馈放大系数比例电阻，假设RA4/RA1 = kl，则公式可简化为VB = klX (Vdacl - VI)。
[0065] 当流过采样电阻的电流比设定的恒流充电流大时，VI值增加，VB值下降，使得流 过线性光耦的电流增加，而线性光耦控制开关电源使变压器的电压下降，使得充电电流回 到设定值；当流过采样电阻的电流比设定的恒流充电流小时，VI值下降，VB值上升，使得流 过线性光耦的电流减小，线性光耦控制开关电源使变压器的电压增加，使得充电电流回到 设定值。
[0066] 恒流充结束后，可以通过开关，运放负端选择恒压充采样输入，进入恒压充负反馈 过程。
[0067] 以下过程为如何判断恒流充或者恒压充过程结束：
[0068] 需要用到电路内部的ADC模块对采样电压、采样电流进行检测。恒流充负反馈过 程中，ADC检测采样电压值是否达到进入恒压充阈值VH，恒压充负反馈过程中，ADC检测采 样电流输入的电压值是否达到进入浮空充阈值VL。
[0069] 再请参阅图7所示，其为利用本发明的一个实施例原理框图，其中：
[0070] 电路资源包括CPU内核、复位控制、振荡器及时序电路、烧写和测试控制、0TPR0M、 SRAM、堆栈、看门狗WDT、TCC定时器、中断控制、电压型DAC、运放AMP、多通道ADC、带隙基准 以及通用10等资源。数据总线和控制总结将CPU内核和片内这些资源联系在一起，CPU通 过数据总线和控制总线可以实现对这些资源的读写访问及控制。
[0071] (1) CPU内核：本发明实施例中央处理单元，是执行运算和控制的核心模块。
[0072] (2)复位控制模块：具有上电复位、外部复位、低电压复位功能。在电路刚上电时、 外部按RESET按键时或者电路处于低电压状态时，该模块发出复位信号，对整个电路进行 复位。
[0073] (3)振荡器及时序电路：产生电路工作的各个时钟，如主时钟MCLK，给CPU等提供 高速运算时钟；如次时钟SCLK，给低速模块如TCC定时器提供计数时钟。
[0074] (4)烧写和测试控制模块：提供电路的测试模式进入及内部0TPR0M烧写编程进 入。本发明实施例采用5线制烧写方式，只需要5根线(如VDD、GND、RESET/VPP、SCL、SDA) 即可进入电路的测试模式或者编程烧写模式。电路在正常工作模式下，该模块功能被禁止。
[0075] (5) 0TPR0M :-次可编程R0M，用于存放客户的方案程序、校准程序及校准参数。
[0076] (6) SRAM :数据存储器，用于存放数据。
[0077] (7)堆栈：用于保存中断现场PC指针。
[0078] (8)WDT :看门狗定时器，定时器溢出时，电路会产生复位。防止程序跑飞时出现死 机等不正常现象，提高电路的可靠性。
[0079] (9)TCC:定时器，对电路的低速时钟SCLK进行计数。充电器方案中往往需要用定 时器来限制充电时间。当充电时间到了以后，即使电池电量没有充满，也会进入浮空充。
[0080] (10)中断控制模块：可以响应外部中断、TCC中断、ADC中断等各个中断源发出的 中断请求。
[0081] (11)电压型DAC模块：CPU将校准后的参数写入到DAC模块，可以产生恒流充负反 馈、恒压充负反馈过程中各自所需要的Vdac电压（即在不同阶段分别产生Vdacl电压用于 恒流充负反馈、Vdac2电压用于恒压充负反馈、Vdac3电压用于浮空充负反馈；而这些电压 产生只需要CPU将不同的校准参数写入到DAC的参数寄存器中）。
[0082] (12)运放AMP模块：采用双端输入，其正端输入接收DAC模块输出的Vdac电压， 负端输入连接FB引脚，另外负端输入（即FB引脚）亦可通过开关选择Vv (电压采样）输入 或者Vi (电流采用）输入；运放输出和V0引脚相连。（在FB和V0引脚可接负反馈电阻和 电容，在Vv和Vi引脚各串一个电阻，即可以构成本发明中上面提及的负反馈回路。）
[0083] (13)多通道ADC模块：至少2个通道，可对双运放输入的Vi (电流采样电压)、Vv (电压采样电压）以及模拟通道AINs (s表示多个）进行采样，以检测充电电流和充电电压。
[0084] (14)带隙基准：可提供稳定的基准电压给DAC、ADC模块用作参考电压。内置带隙 基准可以省去外置的基准(如TL431稳压电路)，同时受电源电压及温度的漂移影响小，提高 了电路的稳定性。
[0085] (15)通用10模块：具有至少3个以上的通用10s，可实现充电器红灯、绿灯亮灭及 风扇的控制。
[0086] 本发明主要是通过一个简单的微控制器实施例，来描述充电器方案电路的设计思 想。本发明中，对于模块资源、功能性能介绍极为简单，不限于采用何种内核的CPU、多大容 量的0TPR0M或者FlashROM、SRAM、堆栈有无等，只要是微控制器电路，包含带隙基准、多通 路ADC、电压型DAC、运放、非易失性存储器0TPR0M或FlashROM这些资源，即与本发明的基 本思想相符合，属于本发明的保护范围内。
[0087] 恒流充、恒压充各阶段参与负反馈用的电阻RA1、RA2、RA4以及分压电阻RBI、RB2 均可以使用非精密电阻，其电阻误差可以通过在工装校准阶段通过设置的Vdacl、Vdac2值 进行调整，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中（如0TPR0M、FlashROM)。这 一校准过程可以在整机装配完毕后进行，由内置程序完成参数校准，对于整机装配的电阻 电容精度要求不高，可省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率。
[0088] 另外由于本发明电路中内置带隙基准电路，可提供稳定的参考电压给DAC及ADC 模块，对于工作电压的要求也可以降低，因此5V稳压模块方面也可以进行简化，不一定采 用TL431来提供精确的5V工作电压，这方面也可以精简成本。
[0089] 在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源。
[0090] 采用了上述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，由于其中仅使用了 5个电 阻和1电容(无需采用精密电阻）即可以实现恒流充、恒压充及浮空充的负反馈控制，其中 RB1、RB2为分压电阻，用作电池电压采样用，R23采样电阻用作充电电流采样；RA1、RA2、RA4 为运放负反馈电阻，通过对采样电流和采样电压实时进行负反馈，控制充电器的充电电压 和充电电流，以实现恒流充、恒压充和浮空充；CA1为负反馈消振电容，用于消除充电过程 切换时可能引起振荡现象，由于恒流充、恒压充各阶段参与负反馈用的电阻RA1、RA2、RA4 以及分压电阻RB1、RB2均可以使用非精密电阻，其电阻误差可以通过在工装校准阶段通过 设置的Vdacl、Vdac2值进行调整，校准后的参数保持在微控制器的非易失性存储器中（如： 0TPR0M、FlashROM);这一校准过程可以在整机装配完毕后进行，由内置程序完成参数校准， 对于整机装配的电阻电容精度要求不高，可省去人工装配精密电阻环节，提高了生产效率； 同时，本发明的电路中内置的带隙基准电路可提供稳定的参考电压给DAC及ADC模块，对于 工作电压的要求也相应降低，因此无须稳压模块TL431来提供精确的5V工作电压，从而精 简了成本，在原充电电路结构的基础上进一步省去了外围元器件和电路内部资源，结构简 单实用，工作性能稳定可靠，适用范围较为广泛。
[0091] 在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出 各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的 而非限制性的。
【权利要求】
1. 一种基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括： 存储器，保存电路控制校准参数； 电压控制模块，与所述的存储器相连接，在不同充电阶段选择性产生并输出恒流充负 反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压和浮空充参考电压； 一集成运放模块，该集成运放模块的正端接入所述的电压控制模块所输出的恒流充负 反馈参考电压、恒压充负反馈参考电压或者浮空充参考电压，该集成运放模块的负端选择 性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信号，该集成运放模块的输出端与外部的线性 光耦控制回路相连接，且该集成运放模块的输出端与负端之间还跨接有负反馈电路； 多通道ADC模块，与所述的集成运放模块的负端相连接，对充电过程中的电流信号和 电压信号进行实时采样检测； 带隙基准模块，为所述的电压控制模块、多通道ADC模块和集成运放模块提供稳定的 基准电压。
2. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的存储器为非易失性存储器。
3. 根据权利要求2所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的非易失性存储器为OTPROM存储器或者FlashROM存储器。
4. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电压控制模块为电压型DAC模块。
5. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的集成运放模块的负端通过切换开关选择性接入电压采样输入信号或者电流采样输入信 号。
6. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的负反馈电路包括相互并联的电阻（RA4)和电容（CA2)，所述的电阻（RA4)和电容（CA2)接 于所述的集成运放模块的输出端与负端之间。
7. 根据权利要求1所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的多通道ADC模块中至少具有二个通道。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特 征在于，所述的电路结构中还包括CPU内核，所述的CPU内核通过数据总线和控制总线分别 与所述的电压控制模块、集成运放模块、多通道ADC模块均相连接。
9. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括复位控制模块，所述的复位控制模块用于通过所述的数据总线和控制 总线对整个电路进行复位。
10. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括振荡器及时序电路。
11. 根据权利要求10所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所 述的振荡器及时序电路中包括主时钟单元和次时钟单元，所述的主时钟单元通过所述的数 据总线和控制总线与所述的CPU内核相连接，所述的次时钟单元与所述的数据总线和控制 总线相连接。
12. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括定时器，所述的定时器通过所述的数据总线和控制总线与所述的次时 钟单元相连接。
13. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括烧写和测试控制模块，所述的烧写和测试控制模块与所述的CPU内核 相连接。
14. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括看门狗定时器，所述的看门狗定时器与所述的数据总线和控制总线相 连接。
15. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括中断控制模块，所述的中断控制模块与所述的数据总线和控制总线相 连接。
16. 根据权利要求8所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所述 的电路结构中还包括通用输入输出模块，所述的通用输入输出模块分别与所述的中断控制 模块、数据总线和控制总线相连接。
17. 根据权利要求16所述的基于微控制器实现充电功能的电路结构，其特征在于，所 述的通用输入输出模块中包括至少三个通用输入输出端口。
【文档编号】G05F1/46GK104218623SQ201310209978
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月29日 优先权日:2013年5月29日
【发明者】陈长华, 邱丹, 顾宇飞, 徐佰新, 陈铭, 戈亦余, 谢兴华, 赵海, 王会刚, 王效 申请人:无锡华润矽科微电子有限公司
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