可编程快速充电管理芯片MAX712/ MAX713及其应用_电源技术论文
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。