MAX712在镍镉电池快速充电器中的应用

镍镉电池属碱性电池的一种，它体积小、容量大、输出电压平稳、坚固耐用，已被广泛应用于计算机及通信领域。对镍镉电池充电有两种方法:一是快速充电，即在尽量短的时间内用恒定的大电流将电池充足电;另一种是涓流充电，就是长时间用小电流对处于备用状态的电池进行充电，以补偿其因自行放电而造成的能量损失，使之总保持电量充足的最佳状态。

MAX712是MAXIM公司生产的镍镉电池快速充电器专用集成电路，具有多种可编程功能，可实现充电过程自动化，充电时间短、效率高，使用方便灵活。

1 MAX712的结构与性能特点

1.1 MAX712的内部结构

图1是MAX712的内部结构框图，主要包括:定时器、电压斜率检测器(内含A/D转换器)、+5V并联式稳压器、上电复位电路(R1、C0和反相器F)、控制逻辑、电流和电压调节器(内含电流比较器和电压比较器)、电池电压比较器、温度比较器(过温度比较器、欠温度比较器)、2.0V基准电压源、N沟道MOS场效应管。

1.2 引脚功能

MAX712采用DIP16封装，各管脚功能如下:

BATT+、BATT-——分别接镍镉电池的正、负端;

V+——内部+5V并联稳压器的引出端，该端相对于BATT-端为+5V，电源电流最小值为5mA;

VLIMIT——用于设定BATT+～BATT-之间的最大电池电压EM。设电池个数为N，此端接V+时，EM=1.65N，单位为V;接Vref端时，EM=VLIMIT×N，单位为V，并且VLIMIT应小于+2.5V;

Vref——内部2.0V基准电压源的输出端，可提供1mA的输出电流;

PGM0、PGM1——电池电压比较器输入端，用于设置串联电池的数目N;

PGM2、PGM3——内部定时器引出端，用于设定快速充电时间tFAST;

T——由负温度系数热敏电阻Rt检测到的与温度成正比的热敏电压输入端?鸦

TH、TL——分别为过温度比较器和欠温度比较器的阈值输入端?鸦

——漏极开路的快速充电逻辑电平输出端(负逻辑)，外接上拉电阻。在快速充电时此端为低电平;在快速充电结束或转入涓流充电时此端变成高电平；

CC——电流环路的补偿端。在CC与TABB-之间接补偿电容；

DRV——驱动外部PNP管的引出端；

GND——公共地。

1.3 主要特点

(1)采用零电压斜率检测技术。对1～16节串联的镍镉电池，能以C/3～C速率的大电流快速充电，也能以C/16的速率进行涓流充电(镍镉电池的额定容量用A•h(安时)表示，如果某电池额定容量为1A•h，若以1A电流充电，充电时间为1h，则称为1C速率充电);

(2)可编程。可以编程设定充电电池数量(1～16节电池串联)、充电时间(22～264min)、涓流充电电流的大小。只需改变相应管脚的接法，即可实现编程;

(3)利用外部电阻可设定快速充电电流IFAST;

(4)内含电压斜率检测器、温度比较器、定时器。根据电压斜率、电池温度或充电时间的检测结果，可判断电池是否已充好电。一旦充好，就立即从快速充电自动切换到涓流充电，确保电池不受损害;

(5)静态功耗低，充电效率高，不充电时最大静态电流仅为5μA。

2 编程方法

2.1 电池数的编程方法

将PGM0、PGM1分别接V+、Vref、BATT-端或开路时，即可对充电电池数(1～16节)进行编程，见表1。

2.2 快速充电时间及涓流充电电流的编程方法

将PGM2、PGM3分别接V+、Vref、BATT-或开路时，可在22～264min之内设定充电时间tFAST，见表2。

PGM3端还设定了从快速充电切换到涓流充电时，涓流充电电流ITR的大小，见表3。

3 镍镉电池快速充电器的实现

由MAX712构成的镍镉电池快速充电器电路如图2所示。

要利用所示电路对3节AA型1A•h镍镉电池充电，选择快速充电时间tFAST=90min。查表可知，应将PGM0端接V+，PGM1端接Vref;PGM2、PGM3可接Vref。VDC为电源输入端，它的电压分3V、4.5V、6V、9V、12V、15V、18V等规格，输入电流分150mA、200mA、300mA、450mA、500mA、750mA、800mA、1000mA等规格。在本电路中，VDC=9V，输入电流为800mA。C1为输入端滤波电容，R1是限流电阻。设VDC的最小电压为VDCmin，内部并联式稳压器的电压为5V，用R1将V+端的最小电源电流限定为5mA，R1的计算公式为:

设IFAST=1A时，VDCmin=6V，则R1=200Ω，VDC经R1对C2充电;当VC2=V+=+5V时开始快速充电。要求C2≥0.5μF，现取1μF。C3是补偿电容，规定C3≥5000pF，现取0.01μF。VT为2N6109型PNP型功率管，其主要参数为:VCBO=80V，ICM=7A，PCM=40W，R2是基极偏置电阻。VD是阻塞二极管，可防止DRV端的导通电流影响VT的正常偏置，它选用1N4001型1A/50V的塑封硅整流管。RS为检测电阻，用来设定快速充电电流IFAST值。因为BATT-与GND 之间的电压差为0.25V，故RS=0.25/IFAST。当IFAST=1A时，RS=0.25Ω，负温度系数的热敏电阻RT1、RT2采用13A1002型。该电路在快速充电、涓流充电时的充电电流分别为1A、1A/16=62.5mA，充电速率分别为C、C/16。

4 MAX712的充电曲线分析

图3是实测的由MAX712构成的镍镉电池快速充电器的充电曲线，充电过程分5个阶段，见图3。通电前，MAX712只从电池上汲取极少的电能，对应于阶段1，充电电流为μA级。在MAX712接通电源而它的上电复位信号到来之前，电池处于涓流充电状态(阶段2)，充电电流为mA级。当复位信号到来时，只要EM/N>0.4V(0.4V为欠压锁定电压)，就转入快速恒流充电，此时充电电压迅速升高而充电电流很快保持恒定(阶段3)，充电电流为A级。判断快速充电结束有两种方法:(1)根据电压斜率判断。MAX712内部A/D转换器(量程1.65V，分辨率2.5mV)在经过两次连续采样后得到V1、V2的值，可比较出电池电压的变化斜率，只要V1=V2，说明斜率为零，就从快速充电切换到涓流充电(阶段4)。(2)根据温度判断，如图4所示。使用两只负温度系数的热敏电阻，其中RT1与被充电电池表面相接触，以检测电池是否超过温度上限TH，RT2用于感知环境温度。当T>TH时温度比较器翻转，快速充电结束。关断电源后进入阶段5，充电电流又降到零。

使用MAX712实际设计的镍镉电池快速充电器充电时间短、充电效率高，克服了普通镍镉电池充电器功能单一、充电电流无法调整、充电时间长且效率低的缺点，取得了良好的使用效果。