用于鎳鎘或鎳氫電池的線性充電器最大限度地減少了零件數(shù)量

雖然可充電鋰離子 和鋰聚合物電池有 最近是高的首選電池 高性能便攜式產(chǎn)品， 老主力鎳鎘（NiCd） 和較新的鎳氫 （鎳氫）電池仍然很重要 便攜式電源的來源。鎳 基于電池堅固耐用，功能強大 放電率高，循環(huán)壽命好 而且相對便宜。鎳氫 電池正在取代鎳鎘在許多地方 應(yīng)用因為更高 容量額定值（高 40% 至 50%）和 由于環(huán)境問題 鎳鎘細(xì)胞中所含的鎘。 本文介紹鎳鎘/鎳氫電池 充電基礎(chǔ)知識，并介紹了 LTC4060 線性電池充電器。

充電入門 鎳鎘/鎳氫電池

各種充電方式 鎳基電池分類 按速度：慢，快，快。這 最簡單的充電器類型是慢速 充電器，應(yīng)用定時器控制， 相對較低的充電電流 約14小時。這可能也是 適用于許多便攜式應(yīng)用。 為了縮短充電時間，快速和 快速充電器應(yīng)用恒定電流 同時監(jiān)控電池電壓 和/或溫度確定 何時終止或停止收費 周期。充電時間通常范圍 從 3 到 4 小時（快速 充電）至約 0.75–1.5 小時 （快速充電）。

快速和快速充電器強制 恒定充電電流并允許 電池電壓上升到水平 它需要（在限制范圍內(nèi)）強制執(zhí)行此操作 當(dāng)前。在充電周期中， 充電器測量電池電壓 定期確定何時 以終止充電周期。在 充電周期、電池電壓 在接受電荷時上升（見圖1）。 在充電周期接近尾聲時， 電池電壓開始大幅上升 更快，達(dá)到峰值，然后開始下降。 當(dāng)電池電壓下降時 與峰值相比的固定mV數(shù) （–ΔV），電池已充滿電且 充電周期結(jié)束。

圖1.以 2000C 速率充電的 4mAHr 鎳氫 1 芯電池組的典型充電曲線。

電池具有內(nèi)部保護(hù)裝置 防止過度收費。雖然 電池電壓正在從峰值下降， 電池溫度和內(nèi)部 壓力迅速上升。如果快速充電 繼續(xù)大量 達(dá)到充滿電后的時間， 電池壓力密封可能會暫時 打開導(dǎo)致氣體排出。這 不一定是災(zāi)難性的 電池，但當(dāng)電池排氣時，一些 電解質(zhì)也會釋放。如果排氣 經(jīng)常發(fā)生，細(xì)胞最終會 失敗。此外，排氣后， 密封件可能無法正確關(guān)閉，并且 電解質(zhì)會變干。

差異 鎳鎘和鎳氫電池

開路電壓（標(biāo)稱1.2V） 和壽命終止電壓（0.9V 至 1V） 兩者幾乎相同 電池類型，但充電特性 有些不同。所有鎳鎘電池 可連續(xù)涓流充電， 但一些NiMH細(xì)胞不能，并且可能 如果涓流電荷 達(dá)到完全充電后繼續(xù)。 此外，電池電壓曲線期間 快速充電周期在 兩種電池類型。

對于NiMH細(xì)胞，減少 電池電壓 （–ΔV） 達(dá)到 峰值大約是它的一半 鎳鎘電池，從而帶電 基于 –ΔV 的略微終止 更難。此外，鎳氫 電池溫升期間 充電周期高于NiCd， 和更高的溫度進(jìn)一步 減少發(fā)生的 –ΔV 量 當(dāng)達(dá)到完全充電時。為 NiMH細(xì)胞，-ΔV幾乎不存在 在高溫下充電 費率低于 C/2。（請參閱側(cè)邊欄 “C”的定義）。舊電池和電池不匹配進(jìn)一步減少 已經(jīng)很小的電池電量下降 電壓。

兩者之間的其他區(qū)別 化學(xué)成分包括更高的能量 密度和大大降低的電壓 NiMH的抑郁或“記憶效應(yīng)” 細(xì)胞，盡管NiCd仍然是首選 適用于高電流漏極應(yīng)用。 鎳鎘電池還具有較低的自放電 特性，但鎳氫 技術(shù)有改進(jìn)空間 在這方面，雖然鎳鎘技術(shù)是 相當(dāng)成熟。

LTC4060 鎳鎘/鎳氫 電池充電器控制器

LTC?4060 是一款完整的鎳鎘或 鎳氫線性電池充電器控制器 提供恒定的充電電流 并快速終止充電 最多可為四個串聯(lián)充電 細(xì)胞。使用簡單，需要 最少的外部元件， IC驅(qū)動廉價的外部PNP 晶體管提供充電電流。 基本配置只需要 五個外部組件，盡管 包括其他功能，例如 作為，電池溫度的NTC輸入 合格，可調(diào)充電電壓， 能夠驅(qū)動狀態(tài)輸出 一個 LED 以及關(guān)斷和暫停輸入。 選擇電池化學(xué)成分 并且完成要充電的電池數(shù)量 通過捆扎銷釘，以及 充電電流使用 標(biāo)準(zhǔn)值電阻器。用足夠的 熱管理、充電電流 最高可達(dá) 2A，甚至更高 使用外部電流時的電流 檢測電阻與 內(nèi)部檢測電阻。

什么是重要的 設(shè)計充電器 使用 LTC4060？

一旦電池化學(xué)和 設(shè)置單元格數(shù)量，必須一個 確定正確的充電電流。 LTC4060 專為快速 為鎳基電池充電和 使用 –ΔV 作為充電終止 方法。電池溫度可以 還要進(jìn)行監(jiān)控以避免過度 充電時的電池溫度， 如果充電終止，安全定時器會關(guān)閉充電器 不會發(fā)生。典型的快速充電電壓 輪廓（快速上升，然后下降 在接近末端的電池電壓 （–ΔV） 中 的充電周期）僅在 充電電流相對較高。如果 充電電流過低，電池 電壓不產(chǎn)生所需的電壓 達(dá)到電池電壓后下降 一個峰值，這是必要的 LTC4060 用于終止充電周期。 在非常低的充電電流下，–ΔV 根本不發(fā)生。另一方面 如果充電電流過高， 電池可能會變得過熱 需要位于電池附近的NTC熱敏電阻來暫停充電 循環(huán)允許電池冷卻 在恢復(fù)充電周期之前。

典型 LTC4060 充電周期

施加足夠的輸入電壓， 未連接電池且正確 充電電流、充電時間和 熱敏電阻連接就位， 充電器的輸出電壓非常接近 到輸入電壓。正在連接一個 放電的電池到充電器拉 降低充電器的輸出電壓 低于 1.9 ? V細(xì)胞（五細(xì)胞是總數(shù) 電池電壓除以正在充電的電池數(shù)量），從而開始 充電周期。

如果電池溫度為 由NTC熱敏電阻測量，是 在 5°C 至 45°C 窗口外， 充電周期暫停且不充電 電流流動，直到可接受的 達(dá)到溫度。當(dāng) 電池溫度在限制范圍內(nèi)， 測量電池電壓并 必須低于最大限制。

如果 V細(xì)胞900mV以下，充電器 開始涓流充電 20% 編程充電電流，直到 電壓超過900mV，此時 完全編程的充電電流 開始。幾百毫秒 充電周期開始后，如果 電池電壓超過1.95V， 充電周期停止。此過電壓 條件通常意味著電池 有缺陷，需要充電器 通過替換 電池，切換關(guān)機(jī)引腳，或 卸下并重新接通電源。

一旦編程常數(shù) 充電電流開始流動，一段時間 被稱為“延遲時間”的時間開始了。 此延遲時間范圍從 4 分鐘到 15 分鐘，具體取決于 充電電流和充電時間 設(shè)置。在延遲期間， –ΔV 端接被禁用為 防止誤收費終止。一個 電池深度放電或 最近<>月沒有被指控 在以下情況下出現(xiàn)電池電壓下降 充電周期的早期， 這可能會被誤認(rèn)為是有效的 –ΔV 終止。

在充電周期內(nèi)，電池 電壓緩慢上升。當(dāng) 電池接近充滿電， 電池電壓開始上升得更快， 達(dá)到峰值，然后開始下降。 充電器每 15 到 40 秒連續(xù)采樣一次電池電壓， 取決于充電電流和定時器 設(shè)置。如果每個采樣電壓讀數(shù) 小于之前的讀數(shù)， 連續(xù)四次讀數(shù)，以及 電池電壓總降量超過 鎳氫電池為8mV/節(jié)，鎳氫電池為16mV/節(jié) NiCd，充電電流停止，結(jié)束 充電周期。開放式排水管 輸出引腳“CHRG”，被拉動 在充電周期中低，現(xiàn)在變成高阻抗。

用戶可編程充電 功能在以下情況下啟動新的充電周期 電池電壓降至設(shè)定值以下 自放電引起的電壓電平 或電池負(fù)載。此外，如果完全 充電電池大于1.3V是 連接到充電器，–ΔV 端接 檢測電路使能 立即沒有延遲時間， 從而縮短了充電周期 已經(jīng)接近充滿的電池 負(fù)責(zé)。

如果電池達(dá)到大約 在充電周期內(nèi) 55°C， 充電器暫停至溫度升高 降至 45°C，然后恢復(fù)充電 直到 –ΔV 終止結(jié)束 充電周期。如果沒有 –ΔV 終止 發(fā)生，安全定時器停止 充電周期。如果計時器停止 充電周期，被認(rèn)為是故障 條件和充電器必須 通過刪除和替換 電池，切換 SHDN 引腳或切換 充電器的輸入功率。

關(guān)于電池容量和充電電流

正確的充電電流始終與電池的容量有關(guān)，或者簡稱為“C”。字母“C”是一個術(shù)語，用于表示制造商規(guī)定的電池放電容量，以mA ? Hr為單位。 例如，額定值為2000mAHr的電池可以在電池電壓降至2000.0V或零容量之前提供9mA負(fù)載一小時。在同一示例中，以 C/2 速率為同一電池充電意味著以 1000mA （1A） 充電。

快速充電鎳鎘或鎳氫電池的正確充電電流大約在 C/2 和 2C 之間。該電流水平需要該電流水平才能表現(xiàn)出電池達(dá)到完全充電時發(fā)生所需的–ΔV拐點，盡管在2C下充電可能會導(dǎo)致電池溫升過大，特別是對于小型高容量NiMH電池。由于兩種電池化學(xué)成分之間的化學(xué)差異，鎳氫電池在快速充電時會產(chǎn)生更多的熱量。

注意這些陷阱

不要將負(fù)載直接連接到 充電時電池。收費 電流必須保持相對恒定 用于 –ΔV 充電終止 才能有效。負(fù)載隨變化而變化 當(dāng)前水平導(dǎo)致微小變化 在可以觸發(fā)的電池電壓中 錯誤的 –ΔV 電荷終止。為 需要加載的應(yīng)用程序，請參閱 到顯示的電源路徑組件 在圖 2 中。當(dāng)輸入電壓為 存在，負(fù)載由 通過肖特基二極管輸入電源 D1 和電池與 負(fù)載。移除輸入電壓 將 Q2 的閘門拉低，將其打開 提供低電阻電流路徑 在電池和負(fù)載之間。

圖2.4節(jié)2A鎳氫電池充電器，帶NTC熱敏電阻和電源路徑控制

最小化 充電器和電池。 一些電池座有彈簧 以及電阻過大的觸點。 在 與電池串聯(lián)可以防止 從啟動開始的充電周期，因為 一次電池過壓情況 完全充電電流開始。不好 構(gòu)造電池座也可以 產(chǎn)生假充電終止，如果 電池移動產(chǎn)生過早 –ΔV 讀數(shù)。

與鋰離子電池不同，它可以 并聯(lián)以增加容量，鎳鎘 或鎳氫電池不應(yīng)并聯(lián)， 尤其是在快速充電時?；?細(xì)胞之間阻止適當(dāng)?shù)?充電終止。如果容量更大 是必需的，請選擇較大的單元格。

并非所有鎳鎘或鎳氫電池 充電時的行為相同。 制造商在材料和 施工導(dǎo)致一些 不同的充電電壓曲線或 產(chǎn)生的熱量。一電池 可設(shè)計用于通用 使用或針對高容量進(jìn)行優(yōu)化， 快速充電速率或高溫 操作。某些電池可能不是 專為大電流 （2C） 充電而設(shè)計 導(dǎo)致電池溫度高的速率 充電時。此外，大多數(shù)新的 細(xì)胞未完全形成， 在他們之前需要一些調(diào)理 達(dá)到其額定容量。調(diào)節(jié) 由多次充電和 放電周期。

安裝在電池附近的熱敏電阻 包裝，最好是接觸 與一個或多個細(xì)胞，是高度 推薦，作為安全功能 并延長電池壽命。與表現(xiàn)出非常 充電時溫升小， 鎳基電池在 充電周期，尤其是鎳氫 電池。最小化時間長度 電池暴露在高溫下 延長電池壽命。

結(jié)論

鎳鎘和鎳氫電池是理想的選擇 可充電電源的來源 許多便攜式產(chǎn)品和備份 應(yīng)用。本文有助于 讓用戶熟悉一些 鎳的充電特性 基于電池及其應(yīng)用方式 至 LTC4060 充電器。充電 鎳鎘和鎳氫電池正確，并且 利用 LTC4060 簡化了安全性 線性電池充電器控制器。

審核編輯：郭婷