延续之前的思路，我们在深入了解MCU的功能模块时，设定一个实用性很强的主题，通过设计实现来加深对MCU资源的认识并积累经验。
大家在开发应用电池充电管理时一定遇到过各种品牌的电池充电管理芯片，有进口的，有国产的，五花八门的各种集成功能都有，基本上都能找到一款对应的管理芯片来使用，那大家有没有考虑过用通用MCU来实现充电管理的功能呢？且不说这样做的商业价值有多大，但对于我们开发人员真正理解电池管理原理来说是非常有帮助的。本文将尝试通过MCU搭配外围控制电路来实现分段式充电管理功能。
希望通过设计充电管理电路这个主题，从而完成对电池管理原理的深度理解，并对分段式充电管理功能的进一步优化，做出比普通集成管理芯片更智能、更灵活、成本更低的设计方案。更智能体现在可以完成更多个性化的功能设计，更灵活则是可通过简单修改外围电路就可以让芯片方案应用于各种电池种类，不局限于锂电池、铅酸电池、镍氢等等充电电池，也不局限于电池的电压等级、功率等级；成本更低就更好理解了，通过采用通用的高性价比的MCU，可以比专用芯片更低的成本。
我们先来看看传统的分段式充电管理IC是具备哪些功能：
（1）分段式充电管理是指电池接入充电器后，先进行涓流充电，然后是恒流充电，最后是恒压充电至充满为止。
注意下图中的恒压充电分为2个恒压电压段，这种做法主要用于铅酸蓄电池充电器；而普通的锂离子和锂聚合物充电器在恒压阶段就是一个电压值进行充电的，这个需要留意。
（2）芯片具备充电状态指示、充满电指示。
（3）芯片具备过温限流保护功能、具备电池检测功能（当电池未接入，或电池短路时，自动进入待机保护状态）、防反灌保护、输出短路保护。
（4）恒流充电电流可配置（通过外部电阻阻值进行设置）
（5）管理芯片内部集成高压mosfet, 集成了对输入端VIN的持续实时监测，符合工作条件情况下，才启动后端的充电电路。
（6）部分管理芯片是支持DC-DC 降压或DC-DC升压功能的，转换出电池充电所需要求的电压值。
我们还是以一个具体的管理芯片电路为例吧：（5V输入三节锂电池升压充电电路）
上图是某款充电管理芯片的应用电路图，（为避免广告之嫌，隐去芯片型号，如对此芯片有兴趣，可私信我获取）；输入VIN=5V；输出Bat的充电最高电压为12.6V（单节4.2V，三节锂电池级联进行充电）；它内置同步升压电路，集成650Khz开关频率的同步升压型转换器和功率MOSFET，转换效率高达 92%，充电电流最大为1A；支持三段式充电管理。
上图电路工作原理说明：芯片第1脚用于测量电池温度，外部接NTC热敏电阻实现（实质上等同于MCU内部的ADC采样监测）；
电源从Pin2输入，芯片内部支持欠压和过压保护功能；输入电源进入内部的DC-DC升压模块，输出至电池BAT；通过ISET的电阻来设置充电电流，通过ILIM管脚来限流保护设置。TM为充电时间限制设定端；Pin13和PIN14则是LED灯充电状态指示。
总结下来，电源管理芯片完成的核心功能包括 （1）电源的升压、降压变换，（2）电流的过流、恒流控制，（3）电压的过压、恒压控制，（4）电源开关的通断控制 （5）充放电状态指示 （6）其他：过温保护
在采用MCU设计方案之前，我们分析一下充电管理芯片的缺陷，有以下几点：
（1）某个芯片只能针对单节、多节锂离子电池进行管理，通常以单节~3节为典型；限制了电池节数。
（2）芯片对电池类型也有要求，主要受限于对电压调整的输出值有限制，比如单节锂电池通常是 5V输入，4.2V输出；这样就导致这种芯片方案无法适应铅酸电池的电压等级（2V、12V）。
（3）充电管理的电流值有限制，通常就是几百mA ~几A 不等，能实现的充电功率有限；且一旦固定了，就不可调，灵活度很低。
专用芯片的缺点正是我们通用MCU解决方案的长项，灵活可变就是我们设计方案的关键，下面开始进入我们MCU的方案吧：
先上电路方框图；对整体方案的各个模块有个基本了解；并大致梳理出我们需要用到MCU的哪些内部资源？（定时器、ADC、运放、比较器、GPIO、DAC ？）
从上面的电路规划图来看，是不是就非常清晰了，每个功能模块可能会需要用到MCU的什么资源，基本一目了然，当然有些电流采样反馈、电压采样反馈控制电路也不一定都直接使用 ADC的资源，也可以在外部采用 比较器搭建分立电路去实现 ，典型的以恒流源、恒压源电路为例，则可以通过GPO 去控制DC-DC升压电路的反馈来控制电流、电压输出。
在DC-DC升降压电路里，我们可以用MC34063芯片搭建我们想要的升压或降压的Demo电路，当然也可以更换其他芯片，达到我们想要的电压值和充电电流；这样就摆脱了集成管理芯片对电池电压和电流的约束。
MCU在控制每个功能模块协调工作时，可以做的更灵活，既可以实现普通锂电池的三段式充电管理，也可以实现铅酸电池的 四段式充电管理；同时因为可以调整DC-DC的电路模块，也就可以灵活的应对不同的电池节数的充电电压要求，改变参数配置，通过MCU的在线升级，快速实现功能切换；这就是通用MCU的价值所在。当然就某个高度确定性的应用对象来说，专用的集成IC 还是有非常多的优势的，我们实际使用时可以灵活选择，最终实现方案的最优化。
上图的电路方案还是一个初步的设想，略显粗糙，还有很多细节有待我们深入设计和优化，我们留待后续的文章里继续跟大家一起探讨，也欢迎朋友们留下你们宝贵的建议或者你们感兴趣的话题！
来源：电路开发实战小课堂
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