摘? 要: 介紹了一種新型鎳鎘電池" title="鎳鎘電池">鎳鎘電池快速充電" title="快速充電">快速充電器專用集成電路MAX712的原理，并給出了使用該芯片所構(gòu)成的鎳鎘電池快速充電器的實(shí)際應(yīng)用電路。
關(guān)鍵詞: MAX712? 鎳鎘電池? 快速充電? 涓流充電
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鎳鎘電池屬堿性電池的一種，它體積小、容量大、輸出電壓平穩(wěn)、堅(jiān)固耐用，已被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)及通信領(lǐng)域。對(duì)鎳鎘電池充電有兩種方法:一是快速充電，即在盡量短的時(shí)間內(nèi)用恒定的大電流將電池充足電;另一種是涓流充電" title="涓流充電">涓流充電，就是長時(shí)間用小電流對(duì)處于備用狀態(tài)的電池進(jìn)行充電，以補(bǔ)償其因自行放電而造成的能量損失，使之總保持電量充足的最佳狀態(tài)。
??? MAX712是MAXIM公司生產(chǎn)的鎳鎘電池快速充電器專用集成電路，具有多種可編程功能，可實(shí)現(xiàn)充電過程自動(dòng)化，充電時(shí)間短、效率高，使用方便靈活。
1 MAX712的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)
1.1 MAX712的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖1是MAX712的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖，主要包括:定時(shí)器、電壓斜率檢測器(內(nèi)含A/D轉(zhuǎn)換器)、+5V并聯(lián)式穩(wěn)壓器、上電復(fù)位電路(R1、C0和反相器F)、控制邏輯、電流和電壓調(diào)節(jié)器(內(nèi)含電流比較器" title="比較器">比較器和電壓比較器)、電池電壓比較器、溫度比較器(過溫度比較器、欠溫度比較器)、2.0V基準(zhǔn)電壓源、N溝道MOS場效應(yīng)管。
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1.2 引腳功能
MAX712采用DIP16封裝，各管腳功能如下:
BATT+、BATT-——分別接鎳鎘電池的正、負(fù)端;
V+——內(nèi)部+5V并聯(lián)穩(wěn)壓器的引出端，該端相對(duì)于BATT-端為+5V，電源電流最小值為5mA;
VLIMIT——用于設(shè)定BATT+～BATT-之間的最大電池電壓EM。設(shè)電池個(gè)數(shù)為N，此端接V+時(shí)，EM=1.65N，單位為V;接Vref端時(shí)，EM=VLIMIT×N，單位為V，并且VLIMIT應(yīng)小于+2.5V;
??? Vref——內(nèi)部2.0V基準(zhǔn)電壓源的輸出端，可提供1mA的輸出電流;
PGM0、PGM1——電池電壓比較器輸入端，用于設(shè)置串聯(lián)電池的數(shù)目N;
PGM2、PGM3——內(nèi)部定時(shí)器引出端，用于設(shè)定快速充電時(shí)間tFAST;
T——由負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻Rt檢測到的與溫度成正比的熱敏電壓輸入端?鴉
TH、TL——分別為過溫度比較器和欠溫度比較器的閾值輸入端?鴉
——漏極開路的快速充電邏輯電平輸出端(負(fù)邏輯)，外接上拉電阻。在快速充電時(shí)此端為低電平;在快速充電結(jié)束或轉(zhuǎn)入涓流充電時(shí)此端變成高電平；
CC——電流環(huán)路的補(bǔ)償端。在CC與TABB-之間接補(bǔ)償電容；
DRV——驅(qū)動(dòng)外部PNP管的引出端；
GND——公共地。
1.3 主要特點(diǎn)
(1)采用零電壓斜率檢測技術(shù)。對(duì)1～16節(jié)串聯(lián)的鎳鎘電池，能以C/3～C速率的大電流快速充電，也能以C/16的速率進(jìn)行涓流充電(鎳鎘電池的額定容量用A·h(安時(shí))表示，如果某電池額定容量為1A" title="1A">1A·h，若以1A電流充電，充電時(shí)間為1h，則稱為1C速率充電);
(2)可編程。可以編程設(shè)定充電電池?cái)?shù)量(1～16節(jié)電池串聯(lián))、充電時(shí)間(22～264min)、涓流充電電流的大小。只需改變相應(yīng)管腳的接法，即可實(shí)現(xiàn)編程;
(3)利用外部電阻可設(shè)定快速充電電流IFAST;
(4)內(nèi)含電壓斜率檢測器、溫度比較器、定時(shí)器。根據(jù)電壓斜率、電池溫度或充電時(shí)間的檢測結(jié)果，可判斷電池是否已充好電。一旦充好，就立即從快速充電自動(dòng)切換到涓流充電，確保電池不受損害;
(5)靜態(tài)功耗低，充電效率高，不充電時(shí)最大靜態(tài)電流僅為5μA。
2 編程方法
2.1 電池?cái)?shù)的編程方法
將PGM0、PGM1分別接V+、Vref、BATT-端或開路時(shí)，即可對(duì)充電電池?cái)?shù)(1～16節(jié))進(jìn)行編程，見表1。
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2.2 快速充電時(shí)間及涓流充電電流的編程方法
將PGM2、PGM3分別接V+、Vref、BATT-或開路時(shí)，可在22～264min之內(nèi)設(shè)定充電時(shí)間tFAST，見表2。
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PGM3端還設(shè)定了從快速充電切換到涓流充電時(shí)，涓流充電電流ITR的大小，見表3。
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3 鎳鎘電池快速充電器的實(shí)現(xiàn)
由MAX712構(gòu)成的鎳鎘電池快速充電器電路如圖2所示。
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要利用所示電路對(duì)3節(jié)AA型1A·h鎳鎘電池充電，選擇快速充電時(shí)間tFAST=90min。查表可知，應(yīng)將PGM0端接V+，PGM1端接Vref;PGM2、PGM3可接Vref。VDC為電源輸入端，它的電壓分3V、4.5V、6V、9V、12V、15V、18V等規(guī)格，輸入電流分150mA、200mA、300mA、450mA、500mA、750mA、800mA、1000mA等規(guī)格。在本電路中，VDC=9V，輸入電流為800mA。C1為輸入端濾波電容，R1是限流電阻。設(shè)VDC的最小電壓為VDCmin，內(nèi)部并聯(lián)式穩(wěn)壓器的電壓為5V，用R1將V+端的最小電源電流限定為5mA，R1的計(jì)算公式為:
設(shè)IFAST=1A時(shí)，VDCmin=6V，則R1=200Ω，VDC經(jīng)R1對(duì)C2充電;當(dāng)VC2=V+=+5V時(shí)開始快速充電。要求C2≥0.5μF，現(xiàn)取1μF。C3是補(bǔ)償電容，規(guī)定C3≥5000pF，現(xiàn)取0.01μF。VT為2N6109型PNP型功率管，其主要參數(shù)為:VCBO=80V，ICM=7A，PCM=40W，R2是基極偏置電阻。VD是阻塞二極管，可防止DRV端的導(dǎo)通電流影響VT的正常偏置，它選用1N4001型1A/50V的塑封硅整流管。RS為檢測電阻，用來設(shè)定快速充電電流IFAST值。因?yàn)锽ATT-與GND 之間的電壓差為0.25V，故RS=0.25/IFAST。當(dāng)IFAST=1A時(shí)，RS=0.25Ω，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻RT1、RT2采用13A1002型。該電路在快速充電、涓流充電時(shí)的充電電流分別為1A、1A/16=62.5mA，充電速率分別為C、C/16。
4 MAX712的充電曲線分析
圖3是實(shí)測的由MAX712構(gòu)成的鎳鎘電池快速充電器的充電曲線，充電過程分5個(gè)階段，見圖3。通電前，MAX712只從電池上汲取極少的電能，對(duì)應(yīng)于階段1，充電電流為μA級(jí)。在MAX712接通電源而它的上電復(fù)位信號(hào)到來之前，電池處于涓流充電狀態(tài)(階段2)，充電電流為mA級(jí)。當(dāng)復(fù)位信號(hào)到來時(shí)，只要EM/N>0.4V(0.4V為欠壓鎖定電壓)，就轉(zhuǎn)入快速恒流充電，此時(shí)充電電壓迅速升高而充電電流很快保持恒定(階段3)，充電電流為A級(jí)。判斷快速充電結(jié)束有兩種方法:(1)根據(jù)電壓斜率判斷。MAX712內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器(量程1.65V，分辨率2.5mV)在經(jīng)過兩次連續(xù)采樣后得到V1、V2的值，可比較出電池電壓的變化斜率，只要V1=V2，說明斜率為零，就從快速充電切換到涓流充電(階段4)。(2)根據(jù)溫度判斷，如圖4所示。使用兩只負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，其中RT1與被充電電池表面相接觸，以檢測電池是否超過溫度上限TH，RT2用于感知環(huán)境溫度。當(dāng)T>TH時(shí)溫度比較器翻轉(zhuǎn)，快速充電結(jié)束。關(guān)斷電源后進(jìn)入階段5，充電電流又降到零。
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使用MAX712實(shí)際設(shè)計(jì)的鎳鎘電池快速充電器充電時(shí)間短、充電效率高，克服了普通鎳鎘電池充電器功能單一、充電電流無法調(diào)整、充電時(shí)間長且效率低的缺點(diǎn)，取得了良好的使用效果。
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參考文獻(xiàn)
1 沙占友，李學(xué)堯，邱 凱. 新型特種集成電源及應(yīng)用.?北京:人民郵電出版社， 1998
2 NEW RELEASES DATA BOOK Volume VIII. MAXIM.1999