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1. 引言 MAX712/ MAX713系列是MAXIM公司生產的快速充電管理芯片，MAX712/ MAX713芯片適合1～16節鎳氫電池或鎳鎘電池的充電需要，同時根據不同的應用提供了Plastic DIP、Narrow SO和DICE幾種可選封裝形式，利用該芯片設計的充電器外圍電路及其簡單，非常適合便攜式電子產品的緊湊設計需要。MAX712/ MAX713可通過簡單的管腳電壓配置進行編程，實現對充電電池支數和最大充電時間的控制，內部集成的電壓梯度檢測器、溫度比較器、定時器等控制電路，根據電壓梯度、電池溫度或充電時間的檢測結果，自動控制充電狀態，從涓流充電轉到快速充電（低溫時）或從快速充電轉到涓流充電，以確保電池不受損害。充電狀態識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現，具有自動從快速充電轉為涓流充電、低功耗睡眠等特性。快速充電速率從C/4 to 4C可設定，涓流充電速率為C/16。 2. 功能特性 MAX712/ MAX713的特性相似，差別在于MAX712在檢測到dv/dt變為零時終止快速充電模式，而MAX713是在檢測到dv/dt變為負時終止快速充電模式；MAX712/ MAX713都能充電1～16節，具有線性或開關模式功率控制，對于線性模式，在蓄電池充電時能同時給蓄電池的負載供電；具有根據電壓梯度、溫度或時間三種方式截止快速充電，并自動從快速充電轉到涓流充電；當不充電時在蓄電池上的最大漏電流僅5mA。 3. 器件封裝及型號選擇 MAX712/MAX713的引腳功能描述如下： ² VLIMIT：設置單節電池最大電壓，電池組（BATT+—BATT－）的最大電壓Em不能超過VLIMIT×（電池數量n），且VLIMIT不能超過2.5V，當VLINIT接V+時，Em=1.65n（V），通常將VLIMIT與VREF連接。 ² BATT+：電池組正極。 ² PGM0：可編程引腳。 ² PGM1：可編程引腳。通過對PGM0和PGM1腳電壓的設定可設置充電電池的的數量，從1～16。 ² THI：溫度比較器的上限電壓。當TEMP電壓大上升到THI時，快速充電結束。 ² TLO：溫度比較器的下限電壓。充電初始，當TEMP電壓低于TLO時快速充電被禁止，直到TEMP電壓高于TLO。 ² TEMP：溫度傳感器輸入。 ² FASTCHG：快速充電狀態輸出。 ² PGM2：可編程引腳。通過對PGM2和PGM3腳電壓的設定可設置快速充電的最大允許時間，從33min～264min. ² PGM3：可編程引腳。除設定最大允許時間外，還可設定快速充電和涓流充電的速率。 ² CC：恒流補償輸入。 ² BATT－：電池組負極 ² GND：系統地。 ² DRV：驅動外圍“PNP”。 ² V+：分路調節器。V+對BATT－電壓為+5V，為芯片提供分路電流（5～20mA）。 ² REF：參考電壓輸出2V。 4.編程應用 4.1.電池數量的設定 在應用中MAX712/MAX713提供可編程引腳PGM0和PGM1，通過對兩者采取不同的電壓連接方式即可設置充電電池數量（見圖4-1）， 1～16節。而實際充電電池的數量也必須與由PGM0和PGM1編程確定的數量一致，否則利用電壓梯度檢測充電功能將可能失去意義。 4.2. 充電速率及時間的設定 通過對PGM2和PGM3引腳的編程電壓設置可設定電池的充電速率和充電時間（參見表4-1、4-2）。從表4-1中可以看出，對于MAX712/MAX713來說，最大允許快速充電時間為264分鐘，因此其最小充電速率將不能低于C/4。快速充電電流可按以下公式計算： 而涓流充電電流ITRICKLET一般為C/16，ITRICKLET與IFAST的關系如表4-3所示。此外，鑒于電池本生的固有特性（將電能轉化為化學能存儲），充電時間效率通常在80%左右，即，當以C/2速率充電時，理論上充電時間為2小時，而實際時間通常為2小時30分鐘左右。 5. 工作原理 5.1. 利用電壓梯度充電 圖5-1反映了利用電壓梯度控制快速充電的全過程。在時間1內，MAX712/MAX713從電池吸收很小的電流（5mA左右），當接通充電電源后，開始對電池以C/16的速率進行涓流充電（因為電池電壓低于0.4V），電池電壓開始上升（時間2）。當單節電池電壓上升到0.4V以后，快速充電正式開始（時間3），電池電壓和電池溫度持續上升，充電電流保持在設定值不變。當電池電量達到額定值后，電池組電壓開始下降，即dv/dt為零（MAX712）或為負值（MAX713）時系統從快速充電轉到涓流充電（時間4），此時電池電壓繼續下降到一定值后保持不變，電池溫度也隨之降低。當充電電源從電路中移開后負載和MAX712/MAX713從電池吸收電流（時間5）。為保證電路能準確、可靠地工作，在選擇直流充電電源DC時，DC必須大于6V且在線性模式下要求DC必須比電池組最大電壓高出至少1.5V（開關模式2V）。 5.2. 利用電池溫度充電 圖5-2顯示了典型的利用電池溫度變化控制充電的過程，在本例中電池溫度比較低（如剛從寒冷的室外環境拿入室內）。在時間1內，MAX712/MAX713從電池吸收很小的電流（5mA左右）。當接通充電電源后，開始對電池以C/16的速率進行涓流充電（因為電池溫度低于電壓），電池溫度逐漸升高（時間2）。當電池溫度對應的電壓TEMP升高到TLO時，系統自動轉入快速充電，此時充電電流保持恒定，電池溫度繼續升高（時間3）。當電池溫度對應的電壓TEMP升高到THI時，停止快速充電，又轉為涓流充電，電池溫度也隨之降低（時間4）。 利用溫度控制的原理是：通過MAX712/MAX713內部的溫度比較器對TEMP的輸入電壓和TLO、THI設定的電壓進行比較，即可控制其充電過程。當TEMP電壓低于TLO或高于TTHI時只能涓流充電，反之可進行快速充電。在應用中常用熱敏電阻作為溫度傳感器，并通過分壓電阻實現，如圖5－3所示。分壓電阻的阻值可根據參數計算。 在本例中監測的是電池的相對溫升，當T1、T2、T3采用相同特性的熱敏電阻時，此溫升范圍將不隨環境溫度的影響，如果只監測電池的絕對溫度可去掉T2和T3；如允許電池在低溫時可快速充電，則需將R5、T3和0.022uF電容去掉，并且將TLO和BATT-相連。 6. 應用實例 圖6-1所示，由MAX713構成的10節1.2V 2000mAh的鎳氫電池充電電路，它利用的是電壓梯度監測充電，選擇直流充電電源DC為16～24V；快速充電時間為264分鐘，快速充電電流為IFAST=500mA；涓流充電電流ITRICKLET=IFAST/8 =500/8 = 62.5Ma。圖示C1、C6為濾波電容，R1為限流電阻，設Dcmin=15V，用R1將V+端的電流限定在5～20mA范圍內， 涓流充電或停止充電時LED熄滅。 在一般應用中，當充電電池數量超過5～6節或充電電壓比較高時，為了減小器件發熱，應考慮采用開關模式（參考圖6-2），鑒于在本應用中要求在充電期間同時還要對電池的負載供電，因此只能采用線性模式，而采用減小充電電流來控制器件的發熱，但在設計中還需考慮Q1和Q2的散熱問題，如增加散熱片面積等。 7．結束語 本文介紹的采用MAX713芯片設計的12V鎳氫電池組充電電路比較簡單適用，整個充電過程及狀態顯示均由MAX713單獨實現，整個電源管理模塊簡單可靠，只是由于電池組數量較多而且又只能采用線性模式，因此對于Q1、Q2有一定的發熱量，但通過加裝散熱器后得到了改善，現該電路已經在國內某便攜式測量儀器中廣泛應用，工作穩定可靠。 |
