可编程快速充电管理芯片MAX712/ MAX713及其应用
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关键词：MAX712/ MAX713、电压梯度、快速充电、涓流充电
1. 引言
MAX712/ MAX713系列是MAXIM公司生产的快速充电管理芯片，MAX712/ MAX713芯片适合1～16节镍氢电池或镍镉电池的充电需要，同时根据不同的应用提供了Plastic DIP、Narrow SO和DICE几种可选封装形式，利用该芯片设计的充电器外围电路及其简单，非常适合便携式电子产品的紧凑设计需要。MAX712/ MAX713可通过简单的管脚电压配置进行编程，实现对充电电池支数和最大充电时间的控制，内部集成的电压梯度检测器、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，从涓流充电转到快速充电（低温时）或从快速充电转到涓流充电，以确保电池不受损害。充电状态识别可由输出的LED指示灯或与主控器接口实现，具有自动从快速充电转为涓流充电、低功耗睡眠等特性。快速充电速率从C/4 to 4C可设定，涓流充电速率为C/16。
2. 功能特性
MAX712/ MAX713的特性相似，差别在于MAX712在检测到dv/dt变为零时终止快速充电模式，而MAX713是在检测到dv/dt变为负时终止快速充电模式；MAX712/ MAX713都能充电1～16节，具有线性或开关模式功率控制，对于线性模式，在蓄电池充电时能同时给蓄电池的负载供电；具有根据电压梯度、温度或时间三种方式截止快速充电，并自动从快速充电转到涓流充电；当不充电时在蓄电池上的最大漏电流仅5mA。
3. 器件封装及型号选择
MAX712/MAX713的引脚功能描述如下：
² VLIMIT：设置单节电池最大电压，电池组（BATT+—BATT－）的最大电压Em不能超过VLIMIT×（电池数量n），且VLIMIT不能超过2.5V，当VLINIT接V+时，Em=1.65n（V），通常将VLIMIT与VREF连接。
² BATT+：电池组正极。
² PGM0：可编程引脚。
² PGM1：可编程引脚。通过对PGM0和PGM1脚电压的设定可设置充电电池的的数量，从1～16。
² THI：温度比较器的上限电压。当TEMP电压大上升到THI时，快速充电结束。
² TLO：温度比较器的下限电压。充电初始，当TEMP电压低于TLO时快速充电被禁止，直到TEMP电压高于TLO。
² TEMP：温度传感器输入。
² FASTCHG：快速充电状态输出。
² PGM2：可编程引脚。通过对PGM2和PGM3脚电压的设定可设置快速充电的最大允许时间，从33min～264min.
² PGM3：可编程引脚。除设定最大允许时间外，还可设定快速充电和涓流充电的速率。
² CC：恒流补偿输入。
² BATT－：电池组负极
² GND：系统地。
² DRV：驱动外围“PNP”。
² V+：分路调节器。V+对BATT－电压为+5V，为芯片提供分路电流（5～20mA）。
² REF：参考电压输出2V。
4.编程应用
4.1.电池数量的设定
在应用中MAX712/MAX713提供可编程引脚PGM0和PGM1，通过对两者采取不同的电压连接方式即可设置充电电池数量（见图4-1）， 1～16节。而实际充电电池的数量也必须与由PGM0和PGM1编程确定的数量一致，否则利用电压梯度检测充电功能将可能失去意义。
4.2. 充电速率及时间的设定
通过对PGM2和PGM3引脚的编程电压设置可设定电池的充电速率和充电时间（参见表4-1、4-2）。从表4-1中可以看出，对于MAX712/MAX713来说，最大允许快速充电时间为264分钟，因此其最小充电速率将不能低于C/4。快速充电电流可按以下公式计算：
而涓流充电电流ITRICKLET一般为C/16，ITRICKLET与IFAST的关系如表4-3所示。此外，鉴于电池本生的固有特性（将电能转化为化学能存储），充电时间效率通常在80%左右，即，当以C/2速率充电时，理论上充电时间为2小时，而实际时间通常为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反映了利用电压梯度控制快速充电的全过程。在时间1内，MAX712/MAX713从电池吸收很小的电流（5mA左右），当接通充电电源后，开始对电池以C/16的速率进行涓流充电（因为电池电压低于0.4V），电池电压开始上升（时间2）。当单节电池电压上升到0.4V以后，快速充电正式开始（时间3），电池电压和电池温度持续上升，充电电流保持在设定值不变。当电池电量达到额定值后，电池组电压开始下降，即dv/dt为零（MAX712）或为负值（MAX713）时系统从快速充电转到涓流充电（时间4），此时电池电压继续下降到一定值后保持不变，电池温度也随之降低。当充电电源从电路中移开后负载和MAX712/MAX713从电池吸收电流（时间5）。为保证电路能准确、可靠地工作，在选择直流充电电源DC时，DC必须大于6V且在线性模式下要求DC必须比电池组最大电压高出至少1.5V（开关模式2V）。
5.2. 利用电池温度充电
图5-2显示了典型的利用电池温度变化控制充电的过程，在本例中电池温度比较低（如刚从寒冷的室外环境拿入室内）。在时间1内，MAX712/MAX713从电池吸收很小的电流（5mA左右）。当接通充电电源后，开始对电池以C/16的速率进行涓流充电（因为电池温度低于电压），电池温度逐渐升高（时间2）。当电池温度对应的电压TEMP升高到TLO时，系统自动转入快速充电，此时充电电流保持恒定，电池温度继续升高（时间3）。当电池温度对应的电压TEMP升高到THI时，停止快速充电，又转为涓流充电，电池温度也随之降低（时间4）。
利用温度控制的原理是：通过MAX712/MAX713内部的温度比较器对TEMP的输入电压和TLO、THI设定的电压进行比较，即可控制其充电过程。当TEMP电压低于TLO或高于TTHI时只能涓流充电，反之可进行快速充电。在应用中常用热敏电阻作为温度传感器，并通过分压电阻实现，如图5－3所示。分压电阻的阻值可根据参数计算。
在本例中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，此温升范围将不随环境温度的影响，如果只监测电池的绝对温度可去掉T2和T3；如允许电池在低温时可快速充电，则需将R5、T3和0.022uF电容去掉，并且将TLO和BATT-相连。
6. 应用实例
图6-1所示，由MAX713构成的10节1.2V 2000mAh的镍氢电池充电电路，它利用的是电压梯度监测充电，选择直流充电电源DC为16～24V；快速充电时间为264分钟，快速充电电流为IFAST=500mA；涓流充电电流ITRICKLET=IFAST/8 =500/8 = 62.5Ma。图示C1、C6为滤波电容，R1为限流电阻，设Dcmin=15V，用R1将V+端的电流限定在5～20mA范围内，
涓流充电或停止充电时LED熄灭。
在一般应用中，当充电电池数量超过5～6节或充电电压比较高时，为了减小器件发热，应考虑采用开关模式（参考图6-2），鉴于在本应用中要求在充电期间同时还要对电池的负载供电，因此只能采用线性模式，而采用减小充电电流来控制器件的发热，但在设计中还需考虑Q1和Q2的散热问题，如增加散热片面积等。
7．结束语
本文介绍的采用MAX713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均由MAX713单独实现，整个电源管理模块简单可靠，只是由于电池组数量较多而且又只能采用线性模式，因此对于Q1、Q2有一定的发热量，但通过加装散热器后得到了改善，现该电路已经在国内某便携式测量仪器中广泛应用，工作稳定可靠。
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