經(jīng)濟(jì)可靠的新型鎳氫_鎳鎘電池快速充電器,Ni-Cd Ni-MH Battery Charger

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隨著手機(jī)、MP3等電子產(chǎn)品對可充電電池的需求飛速拓展，對功能可靠、價(jià)格經(jīng)濟(jì)的充電器需求也越來越迫切，而隨著人們不斷的研究和開發(fā)，各種新型的充電器也不斷涌現(xiàn)，筆者在此介紹其中一款。

PT8A2704是百利通公司最新推出的一款廉價(jià)的鎳鎘、鎳氫電池專用的快速充電控制IC（1小時(shí)快速充電）。在IC內(nèi)部整合了-DV檢測、電池電壓檢測、溫度檢測和保護(hù)、以及涓流充電保持等功能，提供了較為完善的充電控制，現(xiàn)簡單介紹一下IC功能：

PT8A2704是一顆整合功能的ASIC，內(nèi)部包含了一個(gè)高性能控制模塊、一個(gè)2.0V穩(wěn)壓器、一個(gè)高精度的AD轉(zhuǎn)換器，以及一些輸入輸出電路等，全部整合于一個(gè)8引腳的雙列直插(DIP-8)或貼片式(SOP-8)封裝內(nèi)。2.0V穩(wěn)壓器用于需要穩(wěn)定供電的電路模塊如時(shí)鐘振蕩、ADC電路和電池溫度檢測等電路，而內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器用于轉(zhuǎn)換電池溫度、電池電壓等模擬測量數(shù)據(jù)供控制模塊鑒別電池狀態(tài)等。

IC內(nèi)部功能框圖如下:

圖一

利用這顆IC裝制的鎳氫、鎳鎘電池充電控制器電路如下：

圖二

由R12/ZD1/R13/C8/C7為IC提供電源（IC供電電壓范圍為2.2-3.0V）,R1/C1構(gòu)成64KHz時(shí)鐘振蕩器，為整個(gè)電路提供時(shí)鐘，LED1用來指示充電狀態(tài)（恒流充電期間LED1常亮，涓流充電期間閃爍）。Vee 是內(nèi)部參考電壓輸出端，2.0±0.05V的穩(wěn)定輸出電壓除了供內(nèi)部ADC、時(shí)鐘等電路使用之外，還由此引腳輸出供應(yīng)外部溫度檢測電路和其它有需要的電路。

R10/R11/Q3構(gòu)成充電電流限制電路，如果充電通路電流增加，則R10上的電壓升高，當(dāng)它升高至Q3的Vbe時(shí)，Q3趨向于導(dǎo)通令Q1的be結(jié)趨向于短路，充電電流減少，這樣互相影響至一個(gè)電流平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)主要取決于R10的電阻值，圖中選取1.2W令到充電電流約600mA左右。

R10/Q1/D2 構(gòu)成電池的充電回路，提供由充電器至電池的通道，而Q1的通斷由IC通過Q2控制，IC根據(jù)電池充電的狀態(tài)，控制Q1常通則提供快速的恒流充電，如果電池已充滿，則IC控制Q1以1/10的時(shí)間比率間歇導(dǎo)通,實(shí)現(xiàn)涓流充電以保持電池在充滿電的狀態(tài)。充電過程中由NTC/R2回路檢測電池體的溫度、由R3/R4回路檢測電池的電壓供IC內(nèi)部判斷電池狀態(tài)之用。

鎳氫電池是近年來得到廣泛應(yīng)用的一種可充電電池，具有容量大、使用壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適合它的充電器更是隨之具有巨大的市場。利用鎳氫電池在充電過程中具有的-DV特性，我們可以可靠的檢測電池是否充滿，而鎳鎘電池除了其區(qū)別于鎳氫電池的其它特性之外，在充電過程中同樣具有-DV特性，因此這款充電器同樣可以用于鎳鎘電池的充電控制，典型的充電特性曲線如下圖。

圖三

如圖所示，電池在充電開始時(shí)會有一個(gè)短暫的電壓虛高，然后在數(shù)分鐘之內(nèi)會快速下滑進(jìn)入正常的電壓升高過程，因此PT8A2704在剛開始充電的5分鐘內(nèi)不會檢測電池電壓狀態(tài)，以避開這個(gè)區(qū)間，防止誤檢測-DV，但是在此期間IC同樣會不斷檢測電池溫度，如果溫度超高，同樣會轉(zhuǎn)換至涓流充電狀態(tài)甚至完全關(guān)閉充電通路以保護(hù)電池。如果充電過程中因某種原因未出現(xiàn)-DV現(xiàn)象,而電池電壓超高令2腳電壓超過1.8V（例如電池未放完電就充），這時(shí)IC也會轉(zhuǎn)入涓流充電狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最大電壓保護(hù)。

隨著充電不斷進(jìn)行，電池電壓不斷升高，此電壓通過R3/R4網(wǎng)絡(luò)分壓后接入IC的2腳，IC內(nèi)部的ADC不斷將2腳電壓進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，當(dāng)電池充滿后電壓下降令I(lǐng)C檢測到IC2腳上有12mV左右的-DV之后，就由IC控制轉(zhuǎn)入涓流充電狀態(tài)，此時(shí)充電電流只有恒流快充狀態(tài)的1/10，僅僅用來維持電池的滿充狀態(tài)而已。另外因電池在充滿之后電壓會快速升高，因此IC在檢測電池的-DV特性和最大電壓保護(hù)的同時(shí),還會不斷檢測電池溫度，如果溫度上升，則緊貼電池體安裝的NTC熱敏電阻阻值下降, NTC與R2的分壓點(diǎn)電壓即IC3腳的電壓升高。選取適當(dāng)?shù)腞2可令當(dāng)溫度超過40℃時(shí)，IC3腳電壓為(0.887*Vee = 0.887*2.0V=1.774V),此時(shí)IC控制轉(zhuǎn)入涓流充電。

如果在涓流充電狀態(tài)下電池溫度繼續(xù)升高，當(dāng)升高到IC3腳電壓為(0.897*Vee = 0.897*2.0V=1.794V)時(shí),IC就會完全切斷充電回路，以保護(hù)電池免遭過充電損壞。

如果充電持續(xù)90分鐘而仍然沒有檢測到上述現(xiàn)象，則IC也會轉(zhuǎn)入涓流充電，實(shí)現(xiàn)最大充電時(shí)間保護(hù)。綜合上述幾點(diǎn),PT8A2704在充電過程中同時(shí)具備-DV檢測/最大電壓/最大溫度/最大充電時(shí)間等完善保護(hù)。

上面給出的電路參數(shù)適合于給串接的2節(jié)鎳氫/鎳鎘電池充電，被充電電池容量最大可達(dá)900mAH。如果需要適應(yīng)更大容量的電池(如新型的1800-2000mAH),只要更換Q1/D2及 R10三個(gè)零件以及增加適當(dāng)散熱片以提供更大電流容量即可。如果外接電源供應(yīng)器供應(yīng)的電流有限制，也可以取消R10/R11/Q3構(gòu)成充電電流限制電路（短接R10），這樣可有效降低電路溫升。

另外實(shí)際產(chǎn)品也有很多使用1節(jié)電池的。這時(shí)只要取消電池檢測回路的R3電阻就行了。此時(shí)電池電壓通過R4（僅僅起限流作用）直接接入IC。而另外也有很多產(chǎn)品采用4節(jié)/6節(jié)/8節(jié)甚至12節(jié)的電池組，這時(shí)也只要在原電路上更改不同的R4阻值就行了。對于4節(jié)電池組, R3取100K的話，R4取270K,同樣的6節(jié)電池時(shí)R4=430K, 8節(jié)電池時(shí)R4=620K即可。當(dāng)然，電源輸入也要相應(yīng)調(diào)整才行，對于一節(jié)電池的充電，輸入大約3.0-3.5V即可，因充電通道上大約要消耗1.3V的壓降。輸入電壓不要盲目提高，額外提高的輸入壓降其實(shí)將消耗在Q1上，降低效率之外還會導(dǎo)致Q1的溫升加劇。詳細(xì)原因請自行分析，若需其它詳細(xì)資料或樣片請聯(lián)絡(luò)作者lmtang@21cn.com。