镍氢/镍镉开关模式电池充电器具有dV/dt充电终止功能

该电路包括电池充电器（MAX712）和降压型开关稳压器（MAX5089），用于处理充电器的电源部分。通过控制稳压器，MAX712充当电池充电控制器，产生7V至16V输出。它由任何能够提供所需快速充电电流的直流电源工作，条件如下：输出电压必须等于 1.7V 乘以 （2 加上要串联充电的电池数量）之和。

所有电池充电器都可以被视为恒流电源，但它们在两个重要方面与电源不同：电池充电器（根据设计）在任何条件下都会阻止从电池到充电器的所有放电路径。它们还包括决定电池何时充满电的电路（当必须降低充满电电流时发出信号）以及何时应终止充电过程。

有几种技术可用于决定镍镉或镍氢电池何时充满电。其中最常见的依赖于在电池端子达到特定电压电平时终止充电，基于电压随时间的正斜率的特征增加。

这不是最好的方法，因为终止电压的绝对值在很大程度上取决于环境温度和充电速率（“C”速率）。因此，最终结果可能是电池充电不足或过度充电。镍镉或镍氢电池过度充电并不像锂电池那么严重，锂电池对损坏更敏感。镍镉和镍氢电池是更坚固的设备。充电不足是一个问题，仅仅是因为充电存储将低于预期。

大多数更好的终止方法都依赖于这样一个事实，即充电将电能转化为存储的（潜在）化学能。充电是一个吸热过程。这意味着电池温度不仅不会升高;它实际上在充电过程中略有下降。

当电池充满电时，将电能转化为化学能的反应停止。充电器强制进入电池的任何进一步电能都会转化为热量，从而增加电池温度。此时充电应该停止，因为电池已经存储了 100% 的容量。

您可以感觉到温度升高并将其用作终止充电的信号，但该测量意味着热传感器与电池紧密接触 - 并不总是可行的安排。您还可以通过电池端电压的变化来感知温度升高，这是内部温度变化的敏感指标。因此，为电池充电会在电压与时间的关系图中产生正斜率。当镍镉电池充满电时，正斜率变为负，当镍氢电池充满电时变为零（平坦）。

图1显示了镍镉电池充电时的端电压与时间的关系。斜率变化的时间尺度，根据电池大小可以从几分钟到几十分钟不等，取决于电池及其外壳的热时间常数。它还取决于充电速率（即充电电流），因为温度升高及其增加速率是电池热容量和功率的函数（而电池的热容量和功率又是充电电流的函数）。

图1.这些曲线显示了NiCd电池接近并通过充满电条件时的电压和温度特性。

为了检测斜率变化，充电控制器必须运行一种检测算法，该算法以较长的时间间隔进行排序电压测量，然后存储结果以供比较。此功能无法以模拟形式实现，必须由ADC、存储器、定时器和时序控制器的组合来执行。

IC电池充电器，如MAX712（用于镍氢电池）和MAX713（用于镍镉电池）运行dV/dt斜率检测充电终止算法。这些设备的功率部分是线性的，效率有限，但对于较小容量的电池来说已经足够了。

图2所示电路包括MAX712或MAX713电池充电器，以及处理充电器电源部分的开关稳压器（MAX5089）。该稳压器以更高的效率和更高的开关频率（2MHz）工作，这反过来又使能够构建更小尺寸的充电器，能够实现更高的快速充电速率，但几乎不需要散热。

图2.这款用于镍镉和镍氢电池的开关模式充电器使用其 dV/dt 行为作为充电终止的指示器。

MAX5089降压稳压器由MAX712或MAX713控制，用作电池充电控制器。它产生 7V 至 16V 的输出，并采用任何能够提供所需快速充电电流的直流电源工作，条件如下：输出电压必须等于 1.7V 乘以 （2 加上要串联充电的电池数量）的总和。

图2电路以高达2.5A的快速充电电流为1至8节电池组充电，并保留MAX712/MAX713数据资料中描述的所有可编程特性。充电完成后，MAX712/MAX713器件进入“涓流充电”状态，注入全充电电流的一小部分（以补偿始终存在的自放电）。因此，您可以将电池连接到充电器，并在需要时将其充电至 +100%。

审核编辑：郭婷