经济可靠的新型镍氢_镍镉电池快速充电器-----Ni-Cd Ni-MH Battery Charger
随着手机、MP3等电子产品对充电电池需求的快速扩大，对可靠、经济的充电器的需求也越来越迫切。随着人们的不断研发，各种新型充电器不断涌现。笔者在此介绍其中一种。
这是公司推出的一款专为镍镉、镍氢电池设计的廉价快速充电控制IC（1小时快速充电），IC内部集成了-DV检测、电池电压检测、温度检测与保护、涓流充电保持等功能，提供了比较完善的充电控制。下面简单介绍一下IC的功能：
它是一种集成ASIC，内部包含高性能控制模块、2.0V稳压器、高精度AD转换器以及一些输入输出电路，全部集成在一个8脚双列直插式封装（DIP-8）或表面贴装封装（SOP-8）中。2.0V稳压器用于时钟振荡、ADC电路、电池温度检测电路等需要稳定电源的电路模块，内部AD转换器用于将电池温度、电池电压等模拟测量数据转换为控制模块识别电池状态等。
该IC内部功能框图如下：
图1
使用该IC组装的NiMH、NiCd电池充电控制器电路如下：
图二
R12/ZD1/R13/C8/C7为IC提供电源（IC电源电压范围为2.2-3.0V），R1/C1组成64KHz时钟振荡器，为整个电路提供时钟，LED1用于指示充电状态（恒流充电时LED1常亮，涓流充电时闪烁）。Vee为内部参考电压输出端，除供内部ADC、时钟等电路使用外，还从此脚输出2.0±0.05V的稳定输出电压，供给外部温度检测电路等需要的电路使用。
R10/R11/Q3组成充电限流电路，如果充电通路中的电流增大，R10上的电压就会增大，当增大到Q3的Vbe时，Q3趋于导通，造成Q1的be结短路，充电电流减小。这样它们互相影响到一个电流平衡点，这个平衡点主要取决于R10的阻值，图中选取1.2W，使充电电流在600mA左右。
R10/Q1/D2组成电池充电电路，提供充电器到电池的通道，Q1的导通与截止由IC通过Q2控制。根据电池充电状态，IC控制Q1常导通，提供快速恒流充电。若电池充满电，IC控制Q1以1/10的时间比间歇导通，实现涓流充电，使电池保持充满电状态。充电过程中，NTC/R2电路检测电池体的温度，R3/R4电路检测电池电压，供IC判断电池状态。
镍氢电池是近年来应用广泛的一种充电电池，具有容量大、寿命长、环保等优点，适合其的充电器有着巨大的市场。利用镍氢电池在充电过程中的-DV特性，可以可靠地检测电池是否充满电。镍镉电池除了具有区别于镍氢电池的其他特性外，在充电过程中还具有-DV特性。因此，这种充电器也可用于镍镉电池的充电控制。典型的充电特性曲线如下图所示。
图 3
如图所示，电池在充电开始时会有短暂的假高电压，随后迅速下降并在几分钟内进入正常的电压上升过程。因此，在充电开始的5分钟内不会检测电池电压状态，以避开此间隔，防止-DV的误检测。但在此期间，IC也会不断检测电池温度，如果温度过高，也会切换到涓流充电状态甚至完全关闭充电通路以保护电池。如果充电过程中因某种原因没有出现-DV现象，而电池电压过高使得脚2电压超过1.8V（例如电池未完全放电就充电），IC也会切换到涓流充电状态，以达到最大电压保护。
随着充电的继续，电池电压不断上升，此电压经R3/R4网络分压后接至IC的2脚，IC内部的ADC不断将2脚电压转换为AD转换器。当电池充满电后，电压下降，IC检测到IC2脚上有约12mV的-DV，于是IC控制涓流充电状态，此时充电电流只有恒流快速充电状态的1/10，仅用于维持电池的满充电状态。另外，由于电池充满电后电压会迅速上升，因此IC在检测电池的-DV特性和最大电压保护的同时，还会不断检测电池的温度。如果温度上升，安装在电池本体附近的NTC热敏电阻的阻值会下降，NTC与R2之间的分压点电压即IC3脚电压就会上升。 选择合适的R2，可以使得温度超过40℃时，IC3脚电压为（0.887*Vee=0.887*2.0V=1.774V），IC控制涓流充电。
若在涓流充电过程中，电池温度继续上升，当其升至IC3脚电压（0.897*Vee=0.897*2.0V=1.794V）时，IC将彻底切断充电回路，保护电池免受过充损坏。
若持续充电90分钟仍未侦测到上述现象，IC也会切换至涓流充电，达到最大充电时间保护。结合以上几点，充电过程也有完善的保护如-DV侦测/最大电压/最大温度/最大充电时间。
上面给出的电路参数适用于对两节串联的NiMH/NiCd电池充电，充入的电池容量可以达到最大。如果需要适应更大容量的电池（如新型1800-），只要更换Q1/D2、R10并加适当的散热器，即可提供更大的电流容量。如果外部电源供给的电流有限，也可以取消R10/R11/Q3，组成充电限流电路（短路R10），这样可以有效降低电路温升。
另外实际产品很多都是用1节电池，这种情况下只要把电池检测电路中的R3电阻去掉就可以了，此时电池电压直接通过R4（只起限流作用）接入IC。另外很多产品都是用4/6/8节甚至12节电池组，这种情况下只要改变原电路中的R4阻值即可。对于4节电池组，如果R3取100K，则R4取270K，同理，对于6节电池，R4=430K，对于8节电池，R4=620K。当然电源输入也要相应调整，对于给电池充电，输入大概在3.0-3.5V左右，因为充电通道要消耗1.3V左右的压降，不要盲目调高输入电压，额外的输入压降其实会消耗在Q1上，会降低效率，导致Q1温升增加。