可編程快速充電芯片管理論文

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摘要：本文介紹MAXIM公司生產的可編程電池充電管理芯片MAX712/MAX713，利用MAX712/MAX713系列芯片及簡單外圍電路可設計低成本的單多節鎳氫電池或鎳鎘電池充電器，非常適用于便攜式電子儀器的緊湊設計。本文將在介紹MAX712/MAX713芯片的特點、功能的基礎上，給出典型充電電路的設計方法及應用該充電芯片設計便攜式儀器的體會。

關鍵詞：MAX712/MAX713、電壓梯度、快速充電、涓流充電

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PlasticDIP、NarrowSO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/4to4C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：

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。

²BATT+：電池組正極。

²PGM0：可編程引腳。

²PGM1：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。

²THI：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。

²TLO：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。

²TEMP：溫度傳感器輸入。

²FASTCHG：快速充電狀態輸出。

²PGM2：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.

²PGM3：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。

²CC：恒流補償輸入。

²BATT－：電池組負極

²GND：系統地。

²DRV：驅動外圍“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1.2V2000mAh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。