鋰離子電池憑借其能量密度高、使用壽命長、自放電率低、無記憶效應以及綠色環保[1]等獨特優勢，成為了便攜式電子產品的首選電池。與此同時，隨著信息化社會的不斷發展，鋰離子電池將會在通信、汽車電子、儀器儀表、特種航天等各個領域得到更深層次的開發應用。針對目前市場上充電器的充電效率低、充電時間長、降低電池壽命等缺陷以及鋰離子電池的充電特性，本文利用LM3S9B92作為主控制器，在鋰離子電池的充電過程中對其進行智能控制，嚴格控制充電電流和電壓。圖1為所設計的鋰離子電池充電器框圖，主要包括變壓整流、穩壓部分以及電源變換器、LM3S9B92嵌入式微控制器、采樣電路和鋰離子電池。

1LM3S9B92嵌入式微控制器采用Stellaris系列的基于Cortex-M3內核的LM3S9B92作為主芯片。該控制器包含很多個GpIO口、2個10bit的ADC模塊、3個模擬比較器、8個可用于運動和能源領域的pWM輸出、4個32bit定時器以及UART、I2C、SpI、I2S、USB、LCD、以太網接口等各種豐富的外設功能[2，3]，因此非常適合用作智能型充電器的控制單元。LM3S9B92的任務是：(1)實時采集電池的充電狀態，通過計算決定下一階段的充電電流，并產生合適的pWM信號來控制充電電流；(2)通過LCD實時顯示采樣數據，當采集的電池參數不正常時產生報警信號。2鋰電池充電器硬件設計2.1可調直流穩壓電源電路變壓整流和穩壓部分電路如圖2所示，市電經過變壓器變壓后，通過由4只二極管組成的橋式整流電路或者整流橋堆輸出直流電，再通過電容器濾波后作為集成穩壓塊LM338的輸入，調節集成穩壓塊外接的可調電阻R2就可以調節輸出端電壓。

2.2鋰電池充電主電路圖3為鋰電池充電主電路部分，該部分主要包括電源變換電路和采樣電路。

電源變換部分采用容易控制的、效率高的BUCK變換器[4-5]，通過LM3S9B92產生的pWM信號控制，通過控制pWM的占空比來控制開關管Q4的輸出電壓或者電流。BUCK電路開關管Q4的驅動采用“圖騰柱”電路，“圖騰柱”屬于推挽電路，因此可以主動對開關管的柵極進行放電，這樣一來，柵極泄放電阻R7可以省略，也可以取比較大的數值，這種驅動相比于其他形式的直接驅動，驅動能力更強[6]。驅動所需的pWM信號來源于LM3S9B92，LM3S9B92既可以利用其pWM模塊產生所需的pWM信號，也可以利用定時器模塊的16位pWM功能來產生pWM信號。如果直接利用pWM模塊產生pWM信號，在設定好周期時，可以適時改變pWM的匹配值來改變占空比；如果利用定時器模塊在16位pWM工作模式下產生pWM波，則定時器配置為16位的遞減計數器，通過配置適當的裝載值（決定pWM周期）和匹配值（決定pWM占空比）來自動產生pWM方波信號，并從相應的管腳輸出。本方法的基本思想是利用LM3S9B92所具有的pWM管腳，在不改變pWM方波周期的前提下，通過軟件編程的方法調整pWM控制寄存器的數值來調整pWM的占空比，從而控制充電電流。在調整充電電流前，處理器應讀取充電電流的大小，然后把設定的充電電流與實際讀取的充電電流進行比較，若實際電流偏小，則向增加充電電流的方向調整pWM的占空比；若實際電流偏大，則向減小充電電流的方向調整pWM的占空比。采樣電路是指對充電電壓和充電電流的采樣，采樣的電壓和電流通過LM3S9B92的一個集成的10bitADC模塊送到LM3S9B92控制芯片中，LM3S9B92對數據進行處理與保存。ADC模塊支持16個輸入通道，并含有4個可編程的序列發生器，這些序列發生器無需控制器干預即可自動對多個模擬輸入源進行采樣。ADC可使用片內3V參考電壓，也可使用片外參考電平。圖3中R8、R9分壓后再經過RC低通濾波，最后接到LM3S9B92的ADC引腳作為電池正端電壓采樣，其目的是防止進入ADC引腳的電壓太大而損壞芯片，為安全起見，在RC濾波后采取限壓保護措施，例如采用鉗位保護二極管等。為了降低成本，設計中對電流的采樣不外加傳感器，而是通過一個傳感電阻R11將流過電池的電流轉換成電壓后，再進行ADC轉換取樣。流過電池的電流可能會很大，如果R11取得很大，就會產生較大的電壓降，根據功率計算公式p=I2R可知，若消耗的功率太大會產生較多的熱量，為此本設計中取R11=0.5Ω。ADC轉換需要一個基準電壓為參照來完成模擬電壓信號到數字信號的量化。基準電壓直接影響電壓和電流的采樣結果。LM3S9B92內部集成了可編程選擇的3V基準穩壓源，可確保基準電壓的準確性，不需要采用外部的穩壓源，可以節省設計成本。3軟件程序設計

鑒于電壓和電流的響應很快，因此在軟件設計時，控制算法就簡單很多，即使不使用傳統的pID控制算法也能取得良好的控制效果。鋰離子電池采用三階段充電方式，即小電流充電、恒流充電和恒壓充電三個階段，其充電主控制程序流程圖如圖4所示。

本設計是針對12V、5000mAh的鋰電池而言的，對于容量不同的鋰電池只要根據需要改變硬件電路參數即可，同時采用功能強大的LM3S9B92微控制器，使得充電電流和電壓能夠得到嚴格控制，具有數字化和智能化的特點，因此具有一定的推廣和應用價值。參考文獻[1]王海明，鄭繩楦，劉興順.鋰離子電池的特點及應用[J].電氣時代，2004（3）：132-134.[2]TI.StellarisLM3S9B92microcontrollerdatasheet[A].2011.[3]馬忠梅，李奇，徐琰，等.ARMCortex核TI微控制器原理與應用[M].北京：北京特種航天大學出版社，2011.[4]Off-lineLi-Ionbatterychargerwithp89LpC916[A].2004.[5]尚繼良，王光光.基于EasyARM1138的電能收集充電器設計[J].微型機與應用，2010，29（7）：40-42.[6]吳紅奎.場效應管基礎與應用實務[M].北京：科學出版社，2011.