電池充電及保護(hù)電路

1. Li+電池保護(hù)電路

鋰離子（Li+）電池雖然具有能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)記憶效應(yīng)、自放電量較低及單節(jié)電池電壓高等諸多優(yōu)點(diǎn)，但在使用時(shí)需嚴(yán)格注意過(guò)壓保護(hù)、 過(guò)放電保護(hù)和過(guò)流保護(hù)，而且對(duì)保護(hù)電路的精度要求也較高，圖1所示電路是利用MAX1666構(gòu)成的一個(gè)完整的Li+ 電池保護(hù)器。MAX1666S/V/X可分別為2節(jié)/3節(jié)/4節(jié)Li+電池組提供保護(hù)，其中包括：過(guò)充電保護(hù)、過(guò)放電保護(hù)、電池失配保護(hù)以及過(guò)流保護(hù)。 過(guò)壓檢測(cè)功能還可有效避免電池組中的任何一節(jié)電池出現(xiàn)過(guò)充電，當(dāng)電池電壓超出設(shè)置門(mén)限時(shí)，,輸出高電平，場(chǎng)效應(yīng)管Q2、Q3 被斷開(kāi)而終止充電過(guò)程，輸出低電平，向電池組控制器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電池最高電壓門(mén)限由外部電阻R1、R2確定，其可設(shè)置范圍為4V～4.4V。

欠壓檢測(cè)電路可用于防止電池出現(xiàn)過(guò)放電現(xiàn)象，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓低于所設(shè)置門(mén)限時(shí)，UVO,,輸出高電平，保持低電平，開(kāi)關(guān)管Q3、Q1 開(kāi)路，Q2導(dǎo)通，電池處于涓流充電狀態(tài)，使電池電壓得以恢復(fù)。電池低電壓檢測(cè)門(mén)限可通過(guò)R3、R4設(shè)置，設(shè)置范圍為2V～3V。

當(dāng)電池組中任意兩節(jié)失配時(shí)，、、U-VO和均為高電平，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)管Q1～Q3均斷開(kāi)，為低電平從而向控制器發(fā)出中斷信號(hào)。 適配電壓檢測(cè)門(mén)限可由R5、R6設(shè)置。

2. 結(jié)構(gòu)緊湊的Li+電池充電器

鋰離子電池（Li+）以其高能量密度和高性能被廣泛應(yīng)用于手機(jī)、PDA、筆記本電腦等產(chǎn)品中。圖2所示電路是一種結(jié)構(gòu)緊湊的單節(jié) Li+電池充電電路，圖中的墻上適配器為6VDC/800mA限流型電壓源，MAX1679內(nèi)置充電終止檢測(cè)電路和充電過(guò)程控制器， 插入電池或給充電器上電都將啟動(dòng)一次充電過(guò)程。一次完整的充電過(guò)程包括：①初始化充電過(guò)程；在該過(guò)程中系統(tǒng)以較小的充電電流為電池充電， 以使用率電池電壓大于2.5V。如果溫度范圍超出2.5℃到47.5℃，充電器則處于等待狀態(tài)。②快充過(guò)程；當(dāng)快充開(kāi)始后，MAX1679打開(kāi)外接的P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管，快充電流由外部限流型充電電源決定。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到電池電壓達(dá)到Li+電池充電終止門(mén)限電壓時(shí)，快充結(jié)束。充電終止門(mén)限電壓由電阻確定。 ③脈沖充電過(guò)程；快充過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)進(jìn)入脈沖充電過(guò)程，MAX1679每隔2ms檢測(cè)一次電池電壓，電池電壓小于終止門(mén)限時(shí)，外部 P溝道場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通，電池電壓大于終止門(mén)限時(shí)，P溝通道場(chǎng)效應(yīng)管（P1）斷開(kāi)，在脈沖充電過(guò)程接近結(jié)束時(shí)， P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的斷開(kāi)時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接通時(shí)間。

該電路除了具有電池電壓檢測(cè)外，MAX1679還具有超時(shí)檢測(cè)和溫度檢測(cè)功能，這可為電池提供二次保護(hù)。需要檢測(cè)溫度時(shí)，應(yīng)在 THERM引腳與BATT-引腳間接一熱敏電阻，并將熱敏電阻靠近電池安裝。當(dāng)TSEL引腳接BATT+、ADJ或 GND時(shí)，所對(duì)應(yīng)的充電限制時(shí)間為2.8小時(shí)、3.75小時(shí)和6.25小時(shí)。選擇P1時(shí)要考慮漏源間的擊穿電壓、最小導(dǎo)通門(mén)限電壓、額定電流及功率損耗等參數(shù)， 漏源擊穿電壓至少要高于開(kāi)路狀態(tài)下墻上適配器電壓的25%。

圖2中的LED用于指示充電狀態(tài)，LED閃爍頻率與充電狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所列。

3. Nicd電池充電器

鎳鎘（Nicd）電池是最早應(yīng)用的可充電電池，其能量密度和重量密度相對(duì)較低，但是，由于成本較低， 目前仍在許多產(chǎn)品中被選用，如無(wú)繩電話、便攜式儀表等。Nicd電池充電終止檢測(cè)方式一般采用-△V 檢測(cè)、超時(shí)檢測(cè)、電池溫度檢測(cè)和電池溫度上升率檢測(cè)。在快充方式下，通常選用-△V檢測(cè)與超時(shí)、溫度檢測(cè)相配合的方式。

圖3為利用MAX713構(gòu)成的Nicd電池單機(jī)充電器，可充1至16節(jié)電池。圖中， MAX713內(nèi)置充電終止檢測(cè)算法（-△V檢測(cè)、超時(shí)檢測(cè)、電池溫度檢測(cè)），快速充電結(jié)束后可自動(dòng)切換到涓流充電，以補(bǔ)充 Nicd電池的自放電。DCIN接墻上適配器的輸出，墻上適配器的最低輸出電壓應(yīng)高于：2V+（1.9V×電池節(jié)數(shù)）；最高電壓取決于P 溝道MOSFET的擊穿電壓和輸入旁路電容的耐壓值。當(dāng)DCIN低于15V時(shí)，MAX713的DRV引腳直接與Q1、Q2連接；DCIN高于15V 時(shí)，接入Q3；R4用于為Q1、Q2提供適當(dāng)?shù)碾妷簲[幅。限流二極管D4擴(kuò)大了輸入電壓范圍，并為MAX713內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓源提供固定的8mA 電流，如果墻上適配器提供的輸出電壓范圍較窄，則可以用電阻替代D4。 根據(jù)所要求的充電速率和電池容量可算出所要求的充電電流，由公式可確定限流電阻的大小。改變PGM0～PGM4的接法可設(shè)置電池節(jié)數(shù)和充電限制時(shí)間(參考表2、表3)。圖3中L1的電感量為220μH,飽和電流為1.5A。該電路對(duì)電感值的要求并不嚴(yán)格，電感值越大，電流紋波越小。

為Nicd電池充電時(shí)，不完全放電會(huì)使電池的鎘陽(yáng)極變?yōu)殒k氧化物，從而造成電池端電壓下降，為消除電池的記憶效應(yīng)，圖 3中虛線框內(nèi)的預(yù)處理電路能夠使電池充電前完全放電。如用MAX712替代MAX713，并去掉虛線框內(nèi)電路，則圖3也可用于NiMH電池的充電。