中心議題：

• 電動自行車能源轉變趨勢
• 采用MSP430F20X3設計鋰電池充放電保護電路

解決方案：

• MOSFET宜選擇高速、導通電阻小、最大漏極電流大的
• 單節電池電壓/電流/溫度檢測采用輪回檢測技術 

本文從電動自行車能源轉變趨勢論述了采用超低功耗、高性能MSP430F20X3設計電動自行車的鋰電池充、放電保護電路的方案。該方案從係統架構
、充放電電路、檢測及保護電路設計的每一個細節論述設計的全過程，為電動自行車電源的設計者提供了比較全麵的參考。

隨(sui)著(zhe)電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)使(shi)用(yong)的(de)逐(zhu)漸(jian)普(pu)及(ji)，電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)的(de)能(neng)源(yuan)也(ye)成(cheng)為(wei)眾(zhong)人(ren)關(guan)心(xin)的(de)焦(jiao)點(dian)。以(yi)前(qian)所(suo)使(shi)用(yong)的(de)鉛(qian)蓄(xu)電(dian)池(chi)體(ti)積(ji)大(da)，質(zhi)量(liang)重(zhong)且(qie)不(bu)回(hui)收(shou)會(hui)汙(wu)染(ran)環(huan)境(jing)，而(er)鋰(li)離(li)子(zi)電(dian)池(chi)正(zheng)在(zai)成(cheng)為(wei)鉛(qian)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)替(ti)代(dai)品(pin)，它(ta)以(yi)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)能(neng)量(liang)重(zhong)量(liang)比(bi)和(he)能(neng)量(liang)體(ti)積(ji)比(bi)，無(wu)記(ji)憶(yi)效(xiao)應(ying)，可(ke)重(zhong)複(fu)充(chong)電(dian)次(ci)數(shu)多(duo)
，使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)較(jiao)長(chang)的(de)優(you)點(dian)成(cheng)為(wei)電(dian)動(dong)自(zi)行(xing)車(che)的(de)首(shou)選(xuan)能(neng)源(yuan)。

目前應用於電動自行車的多為3並10串或4並10串電池組。 但它對充電器、保護電路的要求比較苛刻。要求較高的控製精度(精度高於1％),充(chong)電(dian)方(fang)式(shi)是(shi)恒(heng)流(liu)恒(heng)壓(ya)方(fang)式(shi)

，有(you)過(guo)壓(ya)充(chong)電(dian)保(bao)護(hu)。且(qie)能(neng)對(dui)於(yu)電(dian)壓(ya)過(guo)低(di)的(de)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)預(yu)充(chong)，充(chong)電(dian)終(zhong)止(zhi)檢(jian)測(ce)除(chu)電(dian)壓(ya)檢(jian)測(ce)外(wai)
，還(hai)需(xu)采(cai)用(yong)其(qi)他(ta)的(de)輔(fu)助(zhu)方(fang)法(fa)作(zuo)為(wei)防(fang)止(zhi)過(guo)充(chong)的(de)後(hou)備(bei)措(cuo)施(shi)，如(ru)檢(jian)測(ce)電(dian)池(chi)溫(wen)度(du)
、限定充電時間，為電池提供附加保護。

采用集成度高，超低功耗的MSP430F20X3係列的單片機做此方案具有優勢。MSP430F20X3係列為高速

、低功耗、模數混合信號單片機
，集成度高
，功能強，體積小，低功耗。它適用於小型產品設計中尋求較高精度測量的應用。

MSP430F2013的結構特性
與其它類型的單片機相比
，MSP430F20X3係列有以下特性：
　　·低電壓範圍1.8~3.6V；
　　·超低功耗五種省電模式；
　　·從待機到喚醒不超過1mS；
　　·16位精簡指令集

；
　　·帶2個捕獲/比較寄存器的16位定時器TimerA_2
；
　　·集成差分PGA輸入和內部參考電壓的16位A/D；
　　·通用串行接口(USI)
，支持SPI和I2C；
　　·電源電壓監測。

係統架構
本方案所需要外加的外圍電路少


，結構簡潔。可進行完善的過流

、過壓以及超溫保護
，顯示充電管理過程。結構框圖如圖1。 充電/放電控製電路
充電控製電路設計的核心是利用PWM控製MOSFET管的導通，MSP430F20X3係列時鍾頻率最高為16MHz。如果取PWM分辨率為9位
，MOSFET管工作頻率為16000000/512=32768 (Hz)，在音頻範圍外，不會產生噪聲。考慮到脈衝寬度與電源的輸出並非線性關係
，電源輸出最多能控製到1/256，完全滿足設計精度的需要。原理圖如圖2。
此外必須選擇適合的MOSFET，一般選擇一些高速
、導通電阻小、最大漏極電流大器件的，如ROHM的RTF020P02。

電池組電壓/電流/溫度檢測電路
由於MSP430F20X3係列的指令速度可達16MIPS，且SD_16的采樣速度為4kSPS

，而且電池電壓/電流/溫度變化緩慢
，因此對電池組中單節電池電壓/電流/溫度檢測采用輪回檢測即可完全滿足係統設計需要

；16位的高精度保證了對每節電池溫度、恒流、恒壓等要求的準確控製。對單節鋰電池充電的曲線如圖3。 結語
基於混合信號的MSP430F20X3係列MCU支持高頻PWM工作(32kHz)

、高速響應(納秒級響應)
，並可將濾波器件的尺寸縮到最小。此外
，係統還可以準確判斷充電的不同階段設定充電電流。對低成本充電器提供強有力的MCU 解決方案。

參考文獻:
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3. 李建保
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，2005年11月
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5. 現代電源設計
，華興經濟情報研究所