基于DS2712的USB接口鎳氫電池充電器設(shè)計(jì)

如圖5所示，Q1是降壓型充電器的功率開(kāi)關(guān)管，L1是儲(chǔ)能電感，D1是續(xù)流二極管。輸入端的C1容值為10μF，應(yīng)使用具有極低串聯(lián)等效電阻的陶瓷濾波電容，如果使用鉭電容或電解電容則會(huì)使充電器性能下降。R7是充電電流采樣電阻。由R7提供給DS2712的參考電壓為0．125V，其中含有25 mV的遲滯電壓。閉環(huán)開(kāi)關(guān)模式的電流控制信號(hào)由CSOUT引腳提供。當(dāng)Q2的柵極電壓被充電控制引腳CC1拉低時(shí)，Q2導(dǎo)通，CSOUT引腳的電流控制信號(hào)控制Q1的柵極電壓，從而控制充電電流。Q1和Q2都是具有低柵源閥值電壓特性的PMOs管，當(dāng)CC1和CSOUT都為低電平時(shí)，Q2的漏源電壓比柵源閥值電壓稍高，該電壓加上CSOUT的正向壓降，就構(gòu)成了Q1的柵極開(kāi)關(guān)電壓；當(dāng)CC1為低電平時(shí)，充電電流的閉環(huán)控制啟動(dòng)。充電最初啟動(dòng)時(shí)，CC1和CSOUT均為低電平，Q1導(dǎo)通，流過(guò)電感的充電電流急劇上升；當(dāng)采樣電壓達(dá)到0．125 V時(shí)，CSOUT變?yōu)楦唠娖?，則充電電流急劇下降；當(dāng)采樣電壓下降到約0．1 V，則CSOUT重新變?yōu)榈碗娖?。只要CC1為低電平，CSOUT就不斷重復(fù)進(jìn)行高低電平交替。
而CC1則由DS2712的內(nèi)部狀態(tài)機(jī)控制。充電開(kāi)始時(shí)，DS2712啟動(dòng)電池識(shí)別測(cè)試，確保電池的電壓在1．0～1．65 V之間，并確保溫度在0～45℃之間。如果電池電壓低于1．0 V，則DS2712將使CC1以1／8的占空比輸出低電平，這樣就可以對(duì)電池進(jìn)行慢速充電，以防止損壞電池。一旦電池的電壓超過(guò)1．0 V，DS2712的內(nèi)部狀態(tài)機(jī)就轉(zhuǎn)換到快速充電。快速充電時(shí)，CC1低電平的占空比為31／32。特意留出的1／32脈沖用來(lái)
對(duì)電池進(jìn)行阻抗測(cè)試，以確保裝到充電器里的不是堿性電池。當(dāng)檢測(cè)到電池電壓出現(xiàn)2 mV的電壓降時(shí)，快沖持續(xù)。如果沒(méi)有檢測(cè)到電壓降，快沖就會(huì)持續(xù)，直到快沖定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢或者檢測(cè)到過(guò)熱、過(guò)壓等故障條件(包括阻抗故障)。當(dāng)快充因?yàn)闄z測(cè)到電池電壓降或者快沖定時(shí)器計(jì)時(shí)完畢而結(jié)束后，DS2712進(jìn)入定時(shí)充滿模式。定時(shí)充滿模式以1／8的占空比進(jìn)行充電，持續(xù)時(shí)間為程序設(shè)定的快沖定時(shí)器計(jì)時(shí)長(zhǎng)度的一半。定時(shí)充滿完成后，充電器進(jìn)入維持模式，此時(shí)以1／64的占空比進(jìn)行涓流充電，充電器會(huì)一直停留在維持模式直到電池被取走。
圖5所示的充電器由大功率USB接口供電，對(duì)一節(jié)容量為2 100 mA·h的鎳氫電池進(jìn)行充電，完成快充需要2 h多一點(diǎn)，而完全充滿電池則需要大約3 h。

5 結(jié)語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的USB接口鎳氫電池充電器經(jīng)硬件驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一節(jié)鎳氫電池的快速智能充電功能，充電過(guò)程穩(wěn)定可靠。本文設(shè)計(jì)的充電器進(jìn)一步還可以改進(jìn)為對(duì)多節(jié)鎳氫電池同時(shí)充電。USB接口作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電源，可以為大多數(shù)小型消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品進(jìn)行電池充電。為了與USB 2．0接口標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，連接在USB接口的負(fù)載必須能跟主機(jī)進(jìn)行雙向通信。負(fù)載還要具有包括低功耗模式在內(nèi)的電源管理功能，并能由主機(jī)決定大功率輸出的條件。對(duì)于大多數(shù)主機(jī)而言，部分兼容的負(fù)載系統(tǒng)也可以與USB接口相互配合、正常工作，但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)意想不到的情況。這就需要對(duì)USB接口特性和負(fù)載特性都具有深入的理解，從而權(quán)衡接口兼容性和負(fù)載復(fù)雜性。