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目前，應用比較廣泛的快速充電管理芯片基本上有兩種類型。一種是單片機，另一種是快速充電管理專用集成電路。成都國騰微電子有限公司成功開發出一款鎳氫/鎳鎘電池快速充電智能管理芯片——GM6801。該芯片的外部管腳控制功能可編程，無需外部控制器支持，使充電過程檢測控制完全自動化，所需外圍器件少，應用設計簡單。 GM6801應用方案的優勢 GM6801是快速充電管理專用集成電路。與單片機相比，由專用集成電路實現快速充電管理的優勢主要體現在幾個方面： 1. 專用集成電路在硬件中集成了對快速充電管理的全部算法，無需開發控制軟件，從而有效縮短產品的設計周期，簡化設計流程，所需外圍器件少，使應用設計變得簡單； 2. 采用單片機實現中高端快速充電器時，對單片機有較高要求，比如需要較多的I/O口，需要自帶AD等，還要開發相關軟件，這樣采用單片機所需成本往往較高； 3. 專用集成電路可以實現對快速充電過程的精確控制，比如GM6801就采用了帶瞬間放電過程的脈沖充電形式。這樣可以在快速充電過程中及時消除大電流造成的電極化效應，使電池充電效果更佳； 4. 由于快速充電器涉及安全問題，專用集成電路良好的一致性和穩定性相對普通單片機來說更具優勢。 此外，GM6801本身采用一些個性化的設計：GM6801內置10位AD轉換器，可以實時采集每節電池的電壓和溫度信息，自帶的“Condition fit”功能能夠避免環境變化帶來的干擾，保證對快速充電/放電過程的檢測判斷準確可靠。GM6801對每節電池充電/放電過程的檢測判斷方法有電壓負增長(-ΔV)、最大電壓、最大充電時間、最高溫度四種方式，通過多參數評估來進行綜合判斷，以確保電池被最大化充滿，同時避免過充，從而延長電池使用壽命。 GM6801自動判斷電池有效性、自動識別電池種類，具備超溫保護和最大充電時間保護，保證了充電過程的安全性。更完善的功能包括：可直接驅動4個雙色LED顯示各個電池的狀態；可對充電/放電狀態進行聲音提示；在高溫情況下可以自動啟動風扇；具備充電/放電狀態數據輸出功能，可直觀顯示各個電池的電量。 GM6801解決方案設計 GM6801應用方案如圖1所示，設計的第一步需要確定智能快速充電器的電源電流。根據充電電池的容量以及想要達到的充電速度，可以計算出快速充電器的電源電流值。 
圖1：GM6801應用方案示意圖 例如，設計一個針對2,000mAh充電電池的充電器，若需要把充滿兩節電池的最大時間控制在90分鐘以內，那么根據GM6801數據手冊中的相關參數可以確定充電時間為1C，由此確定平均充電電流IC=2,000mA。放電電流Idischg由放電回路的電阻值確定，假定放電電流IDISCHG≈1,000mA，再根據GM6801數據手冊中的計算公式可以推算出充電器電源的實際電流值為： ICHG＝(IC+IDISCHG/32)×(64/31)＝(2,000mA+1,000mA/32)×(64/31)≈4,200mA。 即設計充電器時，充電器電源電流值應該設計成等于或略大于4,200mA。另外需要強調的是，選擇熱敏電阻非常重要。 熱敏電阻是GM6801應用系統中采集溫度的關鍵元件。在GM6801應用電路中，熱敏電阻必須直接或通過導熱材料與被測電池緊密接觸。熱敏電阻的B值=3,300K，熱敏電阻的電阻值根據應用電路確定，按照GM6801數據手冊中提供的應用電路(如圖2所示)，熱敏電阻(RT)與一個電阻(R)串聯，電阻另一端連接+5V電源(Vi)，熱敏電阻另一端接地，熱敏電阻與電阻的連接點引出反應溫度變化的電壓采樣信息(Vt)。
圖2：GM6801應用方案中熱敏電阻應用電路示意圖 要求在不同的溫度點采集到的電壓Vt值與GM6801數據手冊中提供的數據基本一致，這樣才能保證由該熱敏電阻網絡采集到的電池溫度信息與設計中的溫度刻度一致。推薦RT和R的標稱值都采用27kΩ(25℃時)。 接下來，需要完成一些控制引腳和輸入輸出引腳的設定。
圖3：GM6801控制部分應用電路圖 如圖3所示，在GM6801的應用電路中，鎳氫/鎳鎘電池選擇引腳(NH/ND)與一個外部開關連接，通過開關選擇該引腳接高電平或低電平來決定充電電池類型，低電平為鎳氫，高電平為鎳鎘，當該引腳狀態改變時，同時具有復位功能；充電/放電選擇引腳(CHG/DISCHG)與一個外部開關連接，通過開關選擇該引腳接高電平或低電平來決定充電或放電，低電平為充電，高電平為放電；充電時間選擇引腳(CHGTIME0/CHGTIME1)分別與外部電路連接，通過設定該引腳接高電平或低電平，由CHGTIME0/CHGTIME1兩個引腳的狀態決定充電時間(即C值)。 GM6801系列QFP44封裝的芯片采用四路充電/放電回路獨立控制，可對最多4節不同型號、容量接近的鎳氫/鎳鎘電池任意組合進行并聯充電/放電管理。如圖4所示，在應用于四路并聯充電/放電控制方式時，GM6801的VCC和Vref通常接+5V，其中Vref要求加10uF旁路電容增加穩定性。工作時鐘選用32.768kHz的無源晶振。
圖4：GM6801應用于四路并聯充電/放電管理方案輸入輸出部分電路圖 GM6801分別提供充電控制輸出、放電控制輸出、電池電壓采集輸入、風扇驅動輸出、蜂鳴器輸出、雙色LED控制輸出以及串行數據輸出，這些功能管腳的定義和功能分別為：充電控制輸出(CHGCTRL1~4)高電平有效，控制對應充電回路開關的打開或關閉；放電控制輸出(DISCHG1~4)低電平有效，控制對應放電回路開關的打開或關閉；電池電壓采集輸入口(CELVOLT1~4)分別與四路充電回路中的一個電池正極相連，用于采集每節電池的電壓值；電池溫度采集輸入口(CELTMP1~4)分別與四個溫度傳感器中的一個相連，采集相應的電池溫度信息；風扇驅動輸出(FANDRV)高電平有效，與風扇的正輸入腳相連，在一定條件下可直接驅動風扇；蜂鳴器輸出(BUZZER)高電平有效，與蜂鳴器的正輸入腳相連，在一定條件下可直接驅動蜂鳴器；顯示電池充電/放電狀態的雙色LED控制輸出(LED1A/LED1B~LED4A/LED4B)低電平有效，其中LED1A~4A分別與四個雙色LED紅色極的陰極相連，LED1B~4B分別與四個雙色LED綠色極的陰極相連，這四個雙色LED采用共陽極的方式；串行數據輸出引腳(SERIES_OUT)以串行數據方式實時送出電池的電量信息，用于直觀顯示電池電量。 GM6801系列QFP44封裝的芯片也可以對串聯電池組進行充電/放電管理。在針對串聯電池組進行充電/放電控制時，只需要GM6801其中的一路充電/放電控制回路即可實現。 例如：設定對一個四節電池串聯的電池組進行充電/放電，采用GM6801的第一個控制回路進行充電/放電管理。
圖5：GM6801應用于串聯電池組充電/放電管理方案輸入輸出部分電路圖 應用方案如圖5所示，在針對串聯電池組的充電/放電管理方案中，GM6801控制引腳和輸入輸出引腳的設定與并聯充電/放電管理的不同之處為：電池電壓采集輸入口(這里取CELVOLT1)通過一個分壓電路與串聯電池組正極相連，串聯電池組的電壓值經過分壓電路把相當于一節電池的電壓值送到電池電壓采集輸入口(CELVOLT1)；原來為了實現自動判斷充電/放電回路是否有電池而在電壓采集輸入口(CELVOLT1)之前加的+5V上拉電路不再適用，去掉該上拉電路后，充電/放電的開始由芯片使能開關控制，當芯片使能開關接通地電位(GND)時，開始充電/放電，充電/放電過程的管理及控制由GM6801自動完成。當芯片使能開關接通+5V時，芯片停止工作。 |
