论文(4)

功能，PWROK(Power-OK)为微控制器提供复位信号并可控制镍氢电池的充电电流。

高精度电压基准源为镍氢电池提供精确的浮充电压，它与一个精度为2%的20k 电阻相连接，使浮充电压可以通过一外部电阻进行设置。外部电阻应具有1%的精度，因为外部电阻直接影响浮充电压的精度，而浮充电压的精度直接对镍氢电池的寿命及容量产生影响。

电压电流调节器由高精度衰减器、电压环路、电流环路和电流检测放大器组成。通过对衰减器的设置使输出电压稳定在一节镍氢电池电压或两节镍氢电池电压的水平。电流检测放大器用于检测镍氢电池的高端电流，它实际上是一个跨导放大器，可将外部限流电阻RCS两端的电压转换成电流，并将此电流作用于外部负载电阻RISET的低端电压增大或减小ISET端的电流调节充电电流。电压和电流环路分别由连接在CCV和CCI端的外部电容进行补偿校正，两个环路的输出通过逻辑“或”后，驱动一只漏极开路的沟道MOS场效应管构成的有源负载。采用MAX846A芯片设计的充电器的外部电路，由P沟道MOS场效应管或PNP晶体管调整器件与零件构成。

4.1.2 MAX712芯片的结构特点与编程方法

MAX712系列是Maxim公司生产的快速充电管理芯片，MAX712在检测到du/dt变为零时终止快速充电模式，而MAX713是在检测到du/dt变为负值时终止快速充电模式。MAX712和MAX713都通过适当的设置给1～16节镍氢电池充电，具有线性或开关模式功率控制功能。对于线性模式，在镍氢电池充电时能同时给镍氢电池的负载供电。MAX712能根据电压剃度、温度或时间截止快速充电，自动从快速充电方式转到涓流充电方式。不充电时，镍氢电池上的最大漏电流仅为5mA。

1．器件封装及型号选择

图4-2 MAX712/MAX713的引脚排列方式

2．MAX712的结构

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镍氢电池充电器电路设计

图4-3 MAX712的内部结构框图

由图4-3可知，MAX712的内部电路主要包括：定时器、电压斜率检测器(内含A/D转换器)、+5V并联稳压器、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)、镍氢电池比较器、温度比较器(过温度比较器、欠温度比较器)、2.0V基准电压源以及N勾道MOS场效应管等。

3．MAX712的主要特点

(1) 采用零电压斜率检测技术。对1～16节串联的镍氢电池，能以C/3～C的速率进行电流快速充电，也能以C/16的速率进行涓流充电(镍氢电池的额定电压的额定容量Ah表示，如果某镍氢电池的额定容量为1Ah，以1A电流充电时的充电时间为1h，则称1C速率)。

(2) 可编程。可以编程设定待定充电镍氢电池的数量(1～16节)、充电时间(22～264min)以及涓流充电电流的大小。只需要改变相应引脚的接法，即可实现编程。

(3) 利用外部电阻可设定快速充电电流IFAST。

(4) 内部电压斜率检测器、温度比较器和定时器。根据电压斜率、镍氢电池温度或充电时间检测结果，可判断镍氢电池是否已充好电。一旦充好，就立即从快速充电状态自动切换到涓流充电状态，确保镍氢电池不受损害。

(5) 静态功耗低，充电效率高，不充电时最大静态电流仅为5uA。 4．MAX712的编程方法

镍氢电池数的编程方法为：将PGM0、PGM1分别接V+、REF、BATT-端或开路时，即可对充电镍氢电池数(1～16节)进行编程。

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快速充电时间及涓流充电电流的编程方法为：将PGM3、PGM4分别接V+、REF、BATT-端或开路的时候，可以在22～264min之间内设定一个充电时间TFAST，见表4-2。

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， (1) 镍氢电池数量的设定

在应用中MAX712提供可编程引脚PGM0和PGM1，通过对PGM0和PGM1引脚采取不同的电压连接方式即可设置待充电镍氢电池的数量。1～16节镍氢电池充电的设置参数如表4-2。

表4-2 待充电镍氢电池数量的设置

电池数 PGM0 PGM1 电池数 PGM0 PGM1 1 V+ V+ 9 VREF V+ 2 V+ 开路 10 VREF 开路 3 V+ VREF 11 VREF VREF 4 V+ BATT– 12 VREF BATT– 5 开路 V+ 13 BATT– V+ 6 开路 开路 14 7 开路 VREF 15 8 开路 BATT– 16 BATT– BATT– BATT– BATT– 开路 VREF 实际充电镍氢电池的数量也必须与由PGM0和PGM1引脚编程确定的数量一致，否则利用电压剃度检测充电功能将可能失去意义。

(2) 充电速率及充电时间的设定

通过对PGM2和PGM3引脚的编程电压设置，可以设定镍氢电池的充电速率和充电时间。采取不同的电压连接方式时最大充电时间的设定见下表4-3。

表4-3 最大充电时间的设定

最大充电时间(min) 22 22 33 33 45 45 66 66 A/D采样时间Ta(s) 21 21 21 21 42 42 42 42 电压剃度检测充电 不能 能 不能 能 不能 能 不能 能 PGM3连接方式 V+ V+ V+ V+ 开路 开路 开路 开路 PGM2连接方式 开路 REF V+ BATT– 开路 REF V+ BATT– 90 90 84 84 不能 能 REF REF 开路 REF 14

镍氢电池充电器电路设计

132 132 180 180 264 264 84 84 168 168 168 168 不能 能 不能 能 不能 能 REF REF BATT– BATT– BATT– BATT– V+ BATT– 开路 REF V+ BATT– 从上表中可以看出，对于MAX712芯片来说，最大允许快速充电时间为264min，因此其最小充电速率将不能低于C/4。快速充电电流IFAST可按以下公式计算： IFAST?充电电池容量(mAh) (4-1)

充电时间(h)式中：IFAST——快速充电电流

对于MAX712芯片来说，涓流充电速率一般为C/16，IRT与IFAST的关系见下表4-4。

表4-4 涓流充电电流IRT与快速充电电流IFAST的关系

PGM3连接方式 V+ 开路 REF BATT– 快速充电速率 4C 2C C C/2 涓流充电电流(IRT) IFAST/64 IFAST/32 IFAST/16 IFAST/8 外，鉴于镍氢电池的固有特性，充电速率通常在80%左右，即当以C/2速率充电时，理论上充电时间为2h，而实际充电时间通常为2.5h左右。

本论文中设计的镍氢电池快速充电器中所用的芯片选用的是MAX712快速充电管理芯片。利用MAX712芯片设计的充电器外围电路极其简单，非常适合便携式电子产品紧凑设计的需要。

4.2镍氢充电器的设计

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4.2.1镍氢充电器的原理

图4-4 由MAX712构成的镍氢电池快速充电电路的原理图

(注：图中引脚 指引脚 ) 1．充电器的原理

充电器依据的原理就是MAX712充电管理芯片的特性，PGM0和PGM1根据电池的不同数目有不同的接法，如果电池数目和PGM0、PGM1的编程数目不符，将使决定快速充电的电压坡度电路失效。根据BATT+、BATT-间的电压和PGM0、PGM1编程的电池数目，可以算出每节电池的电压。如果每节电池的电压低于0.4V，只能涓流充电，直到每节电池的端电压大于0.4V，才开始快速充电。温度比较器根据设定的温度上限(THI)、下限(TLO)及当前温度(TEMP)，发出冷或热的信号给控制逻辑，控制逻辑决定快速充电还是涓流充电。PGM2和PGM3根据电池的充电时间不同有不同的接法，从而决定了ΔV，并送给控制逻辑ΔV和充电时间。从V+端连接的POWER-ON-RESET电路可以检测到外电源供电的开始，并将该信号送到控制逻辑。控制逻辑根据接收的所有信息，决定是否快速充电，如果快速充电，它还会送出相应信号到第8脚。

外围电路：由于芯片本身就已经具有根据电压坡度、温度或时间三种方式检测并截止快速充电，并自动从快速充电转到涓流充电的功能，所以外围电路只需

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