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可編程快速充電管理芯片MAX712/ MAX713及其應用

作者: 時(shí)間:2004-12-06 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
摘要:本文介紹MAXIM公司生產(chǎn)的電池 ,利用 系列及簡(jiǎn)單外圍電路可設計低成本的單多節鎳氫電池或鎳鎘電池器,非常適用于便攜式電子儀器的緊湊設計。本文將在介紹 的特點(diǎn)、功能的基礎上,給出典型電路的設計方法及該充電芯片設計便攜式儀器的體會(huì )。

關(guān)鍵詞:MAX712/ MAX713、電壓梯度、充電、涓流充電

1. 引言

MAX712/ MAX713系列是MAXIM公司生產(chǎn)的充電芯片,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(shí)根據不同的提供了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簡(jiǎn)單,非常適合便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設計需要。MAX712/ MAX713可通過(guò)簡(jiǎn)單的管腳電壓配置進(jìn)行編程,實(shí)現對充電電池支數和最大充電時(shí)間的控制,內部集成的電壓梯度檢測器、溫度比較器、定時(shí)器等控制電路,根據電壓梯度、電池溫度或充電時(shí)間的檢測結果,自動(dòng)控制充電狀態(tài),從涓流充電轉到充電(低溫時(shí))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(tài)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實(shí)現,具有自動(dòng)從快速充電轉為涓流充電、低功耗睡眠等特性??焖俪潆娝俾蕪腃/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?yōu)榱銜r(shí)終止快速充電模式,而MAX713是在檢測到dv/dt變?yōu)樨摃r(shí)終止快速充電模式;MAX712/ MAX713都能充電1~16節,具有線(xiàn)性或開(kāi)關(guān)模式功率控制,對于線(xiàn)性模式,在蓄電池充電時(shí)能同時(shí)給蓄電池的負載供電;具有根據電壓梯度、溫度或時(shí)間三種方式截止快速充電,并自動(dòng)從快速充電轉到涓流充電;當不充電時(shí)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:

²VLIMIT: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(guò)VLIMIT(電池數量n),且VLIMIT不能超過(guò)2.5V,當VLINIT接V+時(shí),Em=1.65n(V),通常將VLIMIT與VREF連接。
²BATT+:電池組正極。
²PGM0:引腳。
²PGM1:引腳。通過(guò)對PGM0和PGM1腳電壓的設定可設置充電電池的的數量,從1~16。
²THI:溫度比較器的上限電壓。當TEMP電壓大上升到THI時(shí),快速充電結束。
²TLO:溫度比較器的下限電壓。充電初始,當TEMP電壓低于TLO時(shí)快速充電被禁止,直到TEMP電壓高于TLO。
²TEMP:溫度傳感器輸入。
²FASTCHG:快速充電狀態(tài)輸出。
²PGM2:可編程引腳。通過(guò)對PGM2和PGM3腳電壓的設定可設置快速充電的最大允許時(shí)間,從33min~264min.
²PGM3:可編程引腳。除設定最大允許時(shí)間外,還可設定快速充電和涓流充電的速率。
²CC:恒流補償輸入。
²BATT-:電池組負極
²GND:系統地。
²DRV:驅動(dòng)外圍“PNP”。
²V+:分路調節器。V+對BATT-電壓為+5V,為芯片提供分路電流(5~20mA)。
²REF:參考電壓輸出2V。

4.編程

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(guò)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(jiàn)圖4-1), 1~16節。而實(shí)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(shí)間的設定

通過(guò)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(shí)間(參見(jiàn)表4-1、4-2)。從表4-1中可以看出,對于MAX712/MAX713來(lái)說(shuō),最大允許快速充電時(shí)間為264分鐘,因此其最小充電速率將不能低于C/4??焖俪潆婋娏骺砂匆韵鹿接嬎悖?/P>

而涓流充電電流ITRICKLET一般為C/16,ITRICKLET與IFAST的關(guān)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(xué)能存儲),充電時(shí)間效率通常在80%左右,即,當以C/2速率充電時(shí),理論上充電時(shí)間為2小時(shí),而實(shí)際時(shí)間通常為2小時(shí)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(guò)程。在時(shí)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(kāi)始對電池以C/16的速率進(jìn)行涓流充電(因為電池電壓低于0.4V),電池電壓開(kāi)始上升(時(shí)間2)。當單節電池電壓上升到0.4V以后,快速充電正式開(kāi)始(時(shí)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(kāi)始下降,即dv/dt為零(MAX712)或為負值(MAX713)時(shí)系統從快速充電轉到涓流充電(時(shí)間4),此時(shí)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(kāi)后負載和MAX712/MAX713從電池吸收電流(時(shí)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(shí),DC必須大于6V且在線(xiàn)性模式下要求DC必須比電池組最大電壓高出至少1.5V(開(kāi)關(guān)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(guò)程,在本例中電池溫度比較低(如剛從寒冷的室外環(huán)境拿入室內)。在時(shí)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(kāi)始對電池以C/16的速率進(jìn)行涓流充電(因為電池溫度低于電壓),電池溫度逐漸升高(時(shí)間2)。當電池溫度對應的電壓TEMP升高到TLO時(shí),系統自動(dòng)轉入快速充電,此時(shí)充電電流保持恒定,電池溫度繼續升高(時(shí)間3)。當電池溫度對應的電壓TEMP升高到THI時(shí),停止快速充電,又轉為涓流充電,電池溫度也隨之降低(時(shí)間4)。

利用溫度控制的原理是:通過(guò)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(jìn)行比較,即可控制其充電過(guò)程。當TEMP電壓低于TLO或高于TTHI時(shí)只能涓流充電,反之可進(jìn)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(guò)分壓電阻實(shí)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(shí),此溫升范圍將不隨環(huán)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)LED熄滅。
在一般應用中,當充電電池數量超過(guò)5~6節或充電電壓比較高時(shí),為了減小器件發(fā)熱,應考慮采用開(kāi)關(guān)模式(參考圖6-2),鑒于在本應用中要求在充電期間同時(shí)還要對電池的負載供電,因此只能采用線(xiàn)性模式,而采用減小充電電流來(lái)控制器件的發(fā)熱,但在設計中還需考慮Q1和Q2的散熱問(wèn)題,如增加散熱片面積等。

7.結束語(yǔ)

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(jiǎn)單適用,整個(gè)充電過(guò)程及狀態(tài)顯示均由MAX713單獨實(shí)現,整個(gè)電源模塊簡(jiǎn)單可靠,只是由于電池組數量較多而且又只能采用線(xiàn)性模式,因此對于Q1、Q2有一定的發(fā)熱量,但通過(guò)加裝散熱器后得到了改善,現該電路已經(jīng)在國內某便攜式測量?jì)x器中廣泛應用,工作穩定可靠。



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