可編程快速充電管理芯片MAX712/ MAX713

摘要：本文介紹MAXIM公司生產(chǎn)的可編程電池充電管理芯片MAX712/ MAX713，利用MAX712/ MAX713系列芯片及簡(jiǎn)單外圍電路可設(shè)計(jì)低成本的單多節(jié)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(shè)計(jì)。本文將在介紹MAX712/ MAX713芯片的特點(diǎn)、功能的基礎(chǔ)上，給出典型充電電路的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用該充電芯片設(shè)計(jì)便攜式儀器的體會(huì)。

1. 引言

    MAX712/ MAX713系列是MAXIM公司生產(chǎn)的快速充電管理芯片，MAX712/ MAX713芯片適合1～16節(jié)鎳氫電池或鎳鎘電池的充電需要，同時(shí)根據(jù)不同的應(yīng)用提供了Plastic DIP、Narrow SO和DICE幾種可選封裝形式，利用該芯片設(shè)計(jì)的充電器外圍電路及其簡(jiǎn)單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設(shè)計(jì)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(xiàn)對(duì)充電電池支數(shù)和最大充電時(shí)間的控制，內(nèi)部集成的電壓梯度檢測(cè)器、溫度比較器、定時(shí)器等控制電路，根據(jù)電壓梯度、電池溫度或充電時(shí)間的檢測(cè)結(jié)果，自動(dòng)控制充電狀態(tài)，從涓流充電轉(zhuǎn)到快速充電（低溫時(shí)）或從快速充電轉(zhuǎn)到涓流充電，以確保電池不受損害。充電狀態(tài)識(shí)別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實(shí)現(xiàn)，具有自動(dòng)從快速充電轉(zhuǎn)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(shè)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(cè)到dv/dt變?yōu)榱銜r(shí)終止快速充電模式，而MAX713是在檢測(cè)到dv/dt變?yōu)樨?fù)時(shí)終止快速充電模式；MAX712/ MAX713都能充電1～16節(jié)，具有線性或開(kāi)關(guān)模式功率控制，對(duì)于線性模式，在蓄電池充電時(shí)能同時(shí)給蓄電池的負(fù)載供電；具有根據(jù)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(zhuǎn)到涓流充電；當(dāng)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(hào)選擇

MAX712/MAX713的引腳功能描述如下：

² VLIMIT：設(shè)置單節(jié)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?cái)?shù)量n），且VLIMIT不能超過(guò)2.5V，當(dāng)VLINIT接V+時(shí)，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(guò)對(duì)PGM0和PGM1腳電壓的設(shè)定可設(shè)置充電電池的的數(shù)量，從1～16。
² THI：溫度比較器的上限電壓。當(dāng)TEMP電壓大上升到THI時(shí)，快速充電結(jié)束。
² TLO：溫度比較器的下限電壓。充電初始，當(dāng)TEMP電壓低于TLO時(shí)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(tài)輸出。
² PGM2：可編程引腳。通過(guò)對(duì)PGM2和PGM3腳電壓的設(shè)定可設(shè)置快速充電的最大允許時(shí)間，從33min～264min.
² PGM3：可編程引腳。除設(shè)定最大允許時(shí)間外，還可設(shè)定快速充電和涓流充電的速率。
² CC：恒流補(bǔ)償輸入。
² BATT－：電池組負(fù)極
² GND：系統(tǒng)地。
² DRV：驅(qū)動(dòng)外圍“PNP”。
² V+：分路調(diào)節(jié)器。V+對(duì)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(yīng)用

    4.1.電池?cái)?shù)量的設(shè)定

    在應(yīng)用中MAX712/MAX713提供可編程引腳PGM0和PGM1，通過(guò)對(duì)兩者采取不同的電壓連接方式即可設(shè)置充電電池?cái)?shù)量（見(jiàn)圖4-1）， 1～16節(jié)。而實(shí)際充電電池的數(shù)量也必須與由PGM0和PGM1編程確定的數(shù)量一致，否則利用電壓梯度檢測(cè)充電功能將可能失去意義。

    4.2. 充電速率及時(shí)間的設(shè)定

    通過(guò)對(duì)PGM2和PGM3引腳的編程電壓設(shè)置可設(shè)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(duì)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。快速充電電流可按以下公式計(jì)算：

    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(zhuǎn)化為化學(xué)能存儲(chǔ)），充電時(shí)間效率通常在80%左右，即，當(dāng)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(nèi)，MAX712/MAX713從電池吸收很小的電流（5mA左右），當(dāng)接通充電電源后，開(kāi)始對(duì)電池以C/16的速率進(jìn)行涓流充電（因?yàn)殡姵仉妷旱陀?.4V），電池電壓開(kāi)始上升（時(shí)間2）。當(dāng)單節(jié)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(xù)上升，充電電流保持在設(shè)定值不變。當(dāng)電池電量達(dá)到額定值后，電池組電壓開(kāi)始下降，即dv/dt為零（MAX712）或?yàn)樨?fù)值（MAX713）時(shí)系統(tǒng)從快速充電轉(zhuǎn)到涓流充電（時(shí)間4），此時(shí)電池電壓繼續(xù)下降到一定值后保持不變，電池溫度也隨之降低。當(dāng)充電電源從電路中移開(kāi)后負(fù)載和MAX712/MAX713從電池吸收電流（時(shí)間5）。為保證電路能準(zhǔn)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(nèi)）。在時(shí)間1內(nèi)，MAX712/MAX713從電池吸收很小的電流（5mA左右）。當(dāng)接通充電電源后，開(kāi)始對(duì)電池以C/16的速率進(jìn)行涓流充電（因?yàn)殡姵販囟鹊陀陔妷海姵販囟戎饾u升高（時(shí)間2）。當(dāng)電池溫度對(duì)應(yīng)的電壓TEMP升高到TLO時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入快速充電，此時(shí)充電電流保持恒定，電池溫度繼續(xù)升高（時(shí)間3）。當(dāng)電池溫度對(duì)應(yīng)的電壓TEMP升高到THI時(shí)，停止快速充電，又轉(zhuǎn)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(nèi)部的溫度比較器對(duì)TEMP的輸入電壓和TLO、THI設(shè)定的電壓進(jìn)行比較，即可控制其充電過(guò)程。當(dāng)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(yīng)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(xiàn)，如圖5－3所示。分壓電阻的阻值可根據(jù)參數(shù)計(jì)算。

    在本例中監(jiān)測(cè)的是電池的相對(duì)溫升，當(dāng)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(jiān)測(cè)電池的絕對(duì)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(yīng)用實(shí)例

    圖6-1所示，由MAX713構(gòu)成的10節(jié)1.2V 2000mAh的鎳氫電池充電電路，它利用的是電壓梯度監(jiān)測(cè)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(shè)Dcmin=15V，用R1將V+端的電流限定在5～20mA范圍內(nèi)，

涓流充電或停止充電時(shí)LED熄滅。
 在一般應(yīng)用中，當(dāng)充電電池?cái)?shù)量超過(guò)5～6節(jié)或充電電壓比較高時(shí)，為了減小器件發(fā)熱，應(yīng)考慮采用開(kāi)關(guān)模式（參考圖6-2），鑒于在本應(yīng)用中要求在充電期間同時(shí)還要對(duì)電池的負(fù)載供電，因此只能采用線性模式，而采用減小充電電流來(lái)控制器件的發(fā)熱，但在設(shè)計(jì)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(jié)束語(yǔ)

    本文介紹的采用MAX713芯片設(shè)計(jì)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(dú)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)電源管理模塊簡(jiǎn)單可靠，只是由于電池組數(shù)量較多而且又只能采用線性模式，因此對(duì)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(xiàn)該電路已經(jīng)在國(guó)內(nèi)某便攜式測(cè)量?jī)x器中廣泛應(yīng)用，工作穩(wěn)定可靠。