可編程快速充電管理芯片MAX712/ MAX713及其應用

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(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，同時根據(jù)不同的應用提供了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及其簡單，非常適合便攜式電子產(chǎn)品的緊湊設計需要。MAX712/ MAX713可通過簡單的管腳電壓配置進行編程，實現(xiàn)對充電電池支數(shù)和最大充電時間的控制，內(nèi)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(jù)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(tài)，從涓流充電轉(zhuǎn)到快速充電（低溫時）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)識別可由輸出的LED指示燈或與主控器接口實現(xiàn)，具有自動從快速充電轉(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終止快速充電模式，而MAX713是在檢測到dv/dt變?yōu)樨摃r終止快速充電模式；MAX712/ MAX713都能充電1～16節(jié)，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(jù)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(zhuǎn)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(jié)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(shù)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(shù)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(tài)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(tǒng)地。
²DRV：驅(qū)動外圍“PNP”。
²V+：分路調(diào)節(jié)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(shù)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(shù)量（見圖4-1）， 1～16節(jié)。而實際充電電池的數(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?？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(nèi)，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(jié)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(xù)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(tǒng)從快速充電轉(zhuǎn)到涓流充電（時間4），此時電池電壓繼續(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(huán)境拿入室內(nèi)）。在時間1內(nèi)，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(tǒng)自動轉(zhuǎn)入快速充電，此時充電電流保持恒定，電池溫度繼續(xù)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(zhuǎn)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(nèi)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(xiàn)，如圖5－3所示。分壓電阻的阻值可根據(jù)參數(shù)計算。

在本例中監(jiān)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(huán)境溫度的影響，如果只監(jiān)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(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(nèi)，

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(shù)量超過5～6節(jié)或充電電壓比較高時，為了減小器件發(fā)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(fā)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(tài)顯示均由MAX713單獨實現(xiàn)，整個電源管理模塊簡單可靠，只是由于電池組數(shù)量較多而且又只能采用線性模式，因此對于Q1、Q2有一定的發(fā)熱量，但通過加裝散熱器后得到了改善，現(xiàn)該電路已經(jīng)在國內(nèi)某便攜式測量儀器中廣泛應用，工作穩(wěn)定可靠。