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成的鎳鎘電池快速充電器的實際應用電路。
關鍵詞: 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、堅固耐用，已被廣泛應用于計算機及通信領域。對鎳鎘電池充電有兩種方法:一是快速充電，即在盡量短的時間內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，就是長時間用小電流對處于備用狀態的電池進行充電，以補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。
??? MAX712是MAXIM公司生產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，可實現充電過程自動化，充電時間短、效率高，使用方便靈活。
1 MAX712的結構與性能特點
1.1 MAX712的內部結構
圖1是MAX712的內部結構框圖，主要包括:定時器、電壓斜率檢測器(內含A/D轉換器)、+5V并聯式穩壓器、上電復位電路(R1、C0和反相器F)、控制邏輯、電流和電壓調節器(內含電流比較器" 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基準電壓源、N溝道MOS場效應管。
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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、負端;
V+——內部+5V并聯穩壓器的引出端，該端相對于BATT-端為+5V，電源電流最小值為5mA;
VLIMIT——用于設定BATT+～BATT-之間的最大電池電壓EM。設電池個數為N，此端接V+時，EM=1.65N，單位為V;接Vref端時，EM=VLIMIT×N，單位為V，并且VLIMIT應小于+2.5V;
??? Vref——內部2.0V基準電壓源的輸出端，可提供1mA的輸出電流;
PGM0、PGM1——電池電壓比較器輸入端，用于設置串聯電池的數目N;
PGM2、PGM3——內部定時器引出端，用于設定快速充電時間tFAST;
T——由負溫度系數熱敏電阻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(負邏輯)，外接上拉電阻。在快速充電時此端為低電平;在快速充電結束或轉入涓流充電時此端變成高電平；
CC——電流環路的補償端。在CC與TABB-之間接補償電容；
DRV——驅動外部PNP管的引出端；
GND——公共地。
1.3 主要特點
(1)采用零電壓斜率檢測技術。對1～16節串聯的鎳鎘電池，能以C/3～C速率的大電流快速充電，也能以C/16的速率進行涓流充電(鎳鎘電池的額定容量用A·h(安時)表示，如果某電池額定容量為1A" title="1A">1A·h，若以1A電流充電，充電時間為1h，則稱為1C速率充電);
(2)可編程。可以編程設定充電電池數量(1～16節電池串聯)、充電時間(22～264min)、涓流充電電流的大小。只需改變相應管腳的接法，即可實現編程;
(3)利用外部電阻可設定快速充電電流IFAST;
(4)內含電壓斜率檢測器、溫度比較器、定時器。根據電壓斜率、電池溫度或充電時間的檢測結果，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切換到涓流充電，確保電池不受損害;
(5)靜態功耗低，充電效率高，不充電時最大靜態電流僅為5μA。
2 編程方法
2.1 電池數的編程方法
將PGM0、PGM1分別接V+、Vref、BATT-端或開路時，即可對充電電池數(1～16節)進行編程，見表1。
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2.2 快速充電時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，可在22～264min之內設定充電時間tFAST，見表2。
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PGM3端還設定了從快速充電切換到涓流充電時，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現
由MAX712構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3節AA型1A·h鎳鎘電池充電，選擇快速充電時間tFAST=90min。查表可知，應將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等規格，輸入電流分150mA、200mA、300mA、450mA、500mA、750mA、800mA、1000mA等規格。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VDC的最小電壓為VDCmin，內部并聯式穩壓器的電壓為5V，用R1將V+端的最小電源電流限定為5mA，R1的計算公式為:
設IFAST=1A時，VDCmin=6V，則R1=200Ω，VDC經R1對C2充電;當VC2=V+=+5V時開始快速充電。要求C2≥0.5μF，現取1μF。C3是補償電容，規定C3≥5000pF，現取0.01μF。VT為2N6109型PNP型功率管，其主要參數為: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，用來設定快速充電電流IFAST值。因為BATT-與GND 之間的電壓差為0.25V，故RS=0.25/IFAST。當IFAST=1A時，RS=0.25Ω，負溫度系數的熱敏電阻RT1、RT2采用13A1002型。該電路在快速充電、涓流充電時的充電電流分別為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是實測的由MAX712構成的鎳鎘電池快速充電器的充電曲線，充電過程分5個階段，見圖3。通電前，MAX712只從電池上汲取極少的電能，對應于階段1，充電電流為μA級。在MAX712接通電源而它的上電復位信號到來之前，電池處于涓流充電狀態(階段2)，充電電流為mA級。當復位信號到來時，只要EM/N>0.4V(0.4V為欠壓鎖定電壓)，就轉入快速恒流充電，此時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。判斷快速充電結束有兩種方法:(1)根據電壓斜率判斷。MAX712內部A/D轉換器(量程1.65V，分辨率2.5mV)在經過兩次連續采樣后得到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)根據溫度判斷，如圖4所示。使用兩只負溫度系數的熱敏電阻，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用于感知環境溫度。當T>TH時溫度比較器翻轉，快速充電結束。關斷電源后進入階段5，充電電流又降到零。
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使用MAX712實際設計的鎳鎘電池快速充電器充電時間短、充電效率高，克服了普通鎳鎘電池充電器功能單一、充電電流無法調整、充電時間長且效率低的缺點，取得了良好的使用效果。
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參考文獻
1 沙占友，李學堯，邱 凱. 新型特種集成電源及應用.?北京:人民郵電出版社， 1998
2 NEW RELEASES DATA BOOK Volume VIII. MAXIM.1999