可编程快速充电管理芯片MAX712/ MAX713及其应用
The Introduction of Battery Fast-Charge Controllers MAX712/ MAX713

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节～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、温度和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。
* 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。
* BATT+：电池组正极。
* PGM0：可编程引脚。
* 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数量（1节～16节）。
* THI：温度比较器的上限电压。当TEMP电压上升到THI时,快速充电结束。
* 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。
* TEMP：温度传感器输入。
* FASTCHG：快速充电状态输出。
* 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,时间范围为33min～264min。
* 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。
* CC：恒流补偿输入。
* BATT－：电池组负极
* GND：系统地。
* DRV：驱动外围“PNP”。
* V+：分路调节器。V+对BATT－电压为+5V,为芯片提供分路电流 （5mA～20mA）。
* 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（见表2）, 1节～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2、表3）。从表2中可以看出,对于MAX712/MAX713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所示。此外,鉴于电池本身的固有特性（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2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3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4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0.022μF电容去掉,并且将TLO和BATT-相连。

6. 应用实例
---如图5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16V～24V;快速充电时间为264min,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5mA～20mA范围内,R1=(15-5)/(5×10-3)=2kΩ。R7为检测电阻,改变R7的阻值可以设定快速充电电流IFAST值,R7=0.25/IFAST=0.25/0.5=0.5Ω。D2为LED发光二极管,用来指示充电状态,快速充电时LED点亮,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（参见图6）,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。