MAX712/MAX713 可编程电池充电管理芯片：低成本充电器设计及应用体会

MAX712/MAX713 可编程电池充电管理芯片：低成本充电器设计及应用体会

摘要：本文介绍了/公司生产的可编程电池充电管理芯片/。利用/系列芯片及简单的外围电路，可以设计出低成本的单节或多节镍氢电池或镍镉电池充电器，非常适合便携式电子仪器的紧凑型设计。本文在介绍/芯片的特点和功能的基础上，给出了典型充电电路的设计方法以及使用该充电芯片设计便携式仪器的经验。

1 简介

/系列是本公司生产的快速充电管理芯片。/该芯片适用于对1~16节NiMH电池或NiCd电池进行充电，同时根据不同的应用场合提供DIP、SO、DICE等几种可选的封装形式。采用该芯片设计的充电器外围电路非常简单，非常适合便携式电子产品紧凑型设计的需求。/可通过简单的引脚电压配置进行编程，控制可充电电池数量和最大充电时间。内部集成电压梯度检测器、温度比较器、定时器等控制电路，根据电压梯度、电池温度或充电时间的检测结果，自动控制充电状态从涓流充电转为快速充电（低温下）或从快速充电转为涓流充电，确保电池不受损。充电状态识别可通过输出LED指示灯或与主控制器的接口实现，具有自动从快速充电转为涓流充电和低功耗休眠等特点。 快速充电速率可设置从C/4至4C，涓流充电速率为C/16。

2. 特点

/ 具有类似的特性，不同之处在于当 dv/dt 变为零时，快速充电模式终止，但当 dv/dt 变为负值时，快速充电模式终止； / 可对 1 至 16 个电池进行充电，具有线性或开关模式电源控制。对于线性模式，它可以在电池充电的同时为电池负载供电；它具有三种方式可根据电压梯度、温度或时间切断快速充电，并自动从快速充电切换到涓流充电；当不充电时，电池上的最大漏电流仅为 5mA。

3. 器件封装及型号选择

/ 引脚功能描述如下：

²：设置单节电池的最大电压，电池组（BATT+—BATT-）的最大电压Em不能超过×（电池数量n），且不能超过2.5V。接V+时Em=1.65n（V），一般接VREF。

²BATT+：电池组正极。

²PGM0：可编程引脚。

²PGM1：可编程引脚，通过设置PGM0、PGM1引脚的电压，可以设置充电电池的数量，范围为1~16节。

²THI：温度比较器上限电压，当TEMP电压上升到THI时，快充结束。

²TLO：温度比较器的下限电压，充电开始时，当TEMP电压低于TLO时，禁止快充，直到TEMP电压高于TLO。

²TEMP：温度传感器输入。

²：快充状态输出。

²PGM2：可编程引脚，通过设置PGM2和PGM3引脚的电压，可以设置快速充电的最大允许时间，从33分钟到45分钟。

²PGM3：可编程引脚。除了设置最大允许时间外，还可以设置快速充电和涓流充电的速率。

²CC：恒流补偿输入。

²BATT－：电池组负极

²GND：系统地。

²DRV：驱动外设“PNP”。

²V+：分流稳压器。V+和BATT-之间的电压为+5V，为芯片提供分流电流（5-20​​mA）。

²REF：参考电压输出2V。

4. 编程应用

4.1. 设置电池数量

应用中提供了可编程引脚PGM0、PGM1，通过二者采用不同的电压连接方式，可以设定充电电池的数量（见图4-1），1~16节。实际充电电池数量也必须与PGM0、PGM1编程的数量一致，否则电压梯度检测充电功能可能失去意义。

4.2. 设置充电速率和时间

电池充电速率和充电时间可以通过编程 PGM2 和 PGM3 引脚的电压设置来设置（见表 4-1、4-2）。从表 4-1 可以看出，对于 /，最大允许快速充电时间为 264 分钟，因此其最小充电速率不能低于 C/4。快速充电电流可根据以下公式计算：

涓流充电电流一般为C/16，其与IFAST的关系如表4-3所示。另外考虑到电池本身固有特性（将电能转化为化学能储存），充电时间效率一般在80%左右，即以C/2速率充电时，理论充电时间为2小时，而实际时间一般在2小时30分钟左右。

5.工作原理

5.1. 利用电压梯度充电

图5-1反映了电压梯度控制快速充电的整个过程。在时刻1，/从电池中吸收很小的电流（约5mA）。当接通充电电源后，开始以C/16的速率对电池进行涓流充电（因为电池电压低于0.4V），电池电压开始上升（时刻2）。当单节电池电压升到0.4V后，正式开始快速充电（时刻3），电池电压和电池温度继续上升，充电电流保持在设定值不变。当电池容量达到额定值时，电池组电压开始下降，即dv/dt为零（）或负（）时，系统由快速充电转为涓流充电（时刻4）。此时电池电压继续下降到一定值后保持不变，电池温度也随之下降。当充电电源从电路中移除后，负载和/从电池中吸收电流（时刻5）。 为保证电路能准确可靠的工作，在选择直流充电电源DC时，DC必须大于6V且在线性模式下，DC必须至少比电池组最高电压高1.5V（开关模式下为2V）。

5.2. 使用电池温度进行充电

图5-2给出了利用电池温度变化控制充电的典型过程。在这个例子中，电池温度相对较低（比如刚从寒冷的室外环境带入室内）。在时间1期间，/从电池中吸收很小的电流（约5mA）。当接通充电电源后，电池开始以C/16的速率进行涓流充电（因为电池温度低于电压），电池温度逐渐上升（时间2）。当电池温度对应的电压TEMP升至TLO时，系统自动切换到快速充电。此时，充电电流保持恒定，电池温度继续上升（时间3）。当电池温度对应的电压TEMP升至THI时，快速充电停止并再次切换到涓流充电，电池温度也随之下降（时间4）。

温度控制的原理是：通过内部温度比较器比较TEMP的输入电压和TLO、THI设定的电压，从而控制充电过程。当TEMP电压低于TLO或高于TTHI时，只能进行涓流充电，否则进行快速充电。在应用中，经常使用热敏电阻作为温度传感器，通过分压电阻来实现，如图5-3所示。分压电阻的阻值可根据参数计算得出。

本例监测的是电池的相对温升，当T1、T2、T3采用相同特性的热敏电阻时，温升范围不受环境温度影响。如果只监测电池的绝对温度，可以去掉T2、T3。如果允许电池在低温下快速充电，必须去掉R5、T3、0.022uF电容，并连接TLO和BATT-。

6.应用示例

如图6-1所示，由16~24V直流电源组成10节1.2V镍氢电池的充电电路，快速充电时间为264分钟，快速充电电流IFAST=500mA，涓流充电电流=IFAST/8=500/8=62.5Ma。图中C1、C6为滤波电容，R1为限流电阻，Dcmin=15V用于限制V+端电流为5~20mA。

涓流充电或充电停止时，LED 熄灭。

一般应用中，当充电电池数量超过5~6节或者充电电压较高时，为减少器件发热，应考虑采用开关模式（见图6-2）。由于此应用需要在充电过程中给电池负载供电，因此只能采用线性模式，通过减小充电电流来控制器件发热。但在设计时还必须考虑Q1和Q2的散热问题，如增加散热片面积等。

7. 结论

本文介绍的采用芯片设计的12V镍氢电池组充电电路比较简单适用，整个充电过程及状态显示独立实现，整个电源管理模块简单可靠。但由于电池组数量较多，且只能采用线性模式，Q1、Q2会产生一定的热量，但通过增加散热器已得到改善。该电路目前已在国产便携式测量仪器中得到广泛应用，工作稳定可靠。