基于MAX846A通用充电控制器的研究

作者简介:杨碧石(1961 ),男,副教授,从事电子技术理论与实践的教学工作。

基于MAX846A 通用充电控制器的研究

杨碧石

(南通职业大学电子工程系,江苏南通226007)

摘要:介绍通用充电控制器M AX846A 的管脚功能、特点和工作原理,并对用M AX 846A 设计的二种充电器电路进行了分析。

关键词:M AX 846A;充电器;充电电池

中图分类号:TM 930 文献标识码:B 文章编号:

1006-2394(2007)07-0040-02

R esearch on Current Charge Controller Based on MAX846A

YANG B i shi

(E l ectron i c Eng i nee ri ng dept .,N antong V ocati onal Co ll ege ,N antong 226007,Ch i na)

Abst ract :In this paper ,MAX846A s p i n functi o ns ,as w ell as its characteristi c s and w orking pri n ciples are intro duced .M oreover ,t w o d ifferent patter ns o f charg i n g c ircu its usi n g MAX846A are g i v en and ana l y zed .

K ey w ords :MAX846A;char ger ;rechargeab le batteries

1 概述

MAX846A 是一种低成本电池充电控制器,适用于锂离子电池、镍氢电池和镍镉电池的充电控制。该控制器内置精度为0.5%的基准电压,一方面为芯片供电,另一方面可以充当芯片模数转换器的基准,同时满足锂离子电池对精确充电的要求;另外用于控制外接PNP 晶体管或P M 0S 场效应管的电压、电流调节环路相互,适用于多种电池充电,使充电算法更为灵活。2 工作原理

MAX846A 主要由3.3V 精密低压差线性稳压器、精密基准电压和电压/电流调整器三部分组成。MAX846A 是一种16脚QSOP 封装的通用型充电控制芯片,可以单独构成锂离子电池充电器,也可以在单片机的控制下对锂离子电池和镍氢电池及镍镉电池进行 图1 管脚图

充电。图1为其QSOP 封装的管脚图。图中,1脚外接直流偏置电压输入端(DC I N )、4脚信号地(GND )及15脚功率地(PGND )分别为电源和地端。2脚低压差线性调节器

输出端(VL)可提供3.3V,精度为1%的电压基准。3脚(CC I)和5脚(CC V )分别为电流和电压调节回路补偿端。7脚(ISET )和6脚(VSET)分别为充电电流和电压回路设定端。8脚(OFFV )为电压调节回路控制端,对于镍氢和镍镉电池置为高电平,对鲤离子电池充电时,该脚应接地。9脚功率正常状态输出端(P WROK)可为微控制器提供电源正常输入信号,当VL 低于3V 时,P WROK 脚变成低电平。10脚(CELL2)为锂离子电池数目选择端,低电平时为一节,高电平时为两节。11脚(ON )为充电控制端,低电平时停止充电。12脚(B ATT )端接电池正极。13脚(CS+)和14脚(CS -)为内部电流检测放大器高低端输入端。16脚(DRV )为外部调节晶体管驱动端。

MAX846A 的工作原理如下:

低压差线性稳压器的输出端(VL)电压始终为内部基准电压的2倍,因此,VL 端可跟踪基准电压。同时可为外部负载提供20mA 的电流,并且电路具有短路保护功能,VL 端短路时,输出短路电流可在50mA 。电源正常输出脚(P WROK )可为微控制器提供复位信号和充电电流封锁信号(抑制充电电流)。

MAX846A 内部的精密基准电压可用来设定锂离子电池所需的高精度浮充电压,它(VSET 端)在内部与一个精度为2%的20k 电阻相连接,该端再外接一只精度为1%的电阻,就可构成分压器。利用该分压

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图3 通用型充电器

(下转第44页)

器,可以调整锂离子电池的浮充电压,满足各类锂离子电池的不同需求。浮充电压的精度对锂离子电池的寿命及容量起决定作用。

电压/电流调节器在MAX846A 的内部是由高精度衰减器、电压环路、电流环路、电流检测放大器组成。衰减器可通过引脚设置使电压稳定为一节锂电池电压或两节锂电池电压(对应电压为4.2V 或8.4V )。电流检测放大器检测电池的高端电流,它实际上是一个跨导放大器,可将外部限流电阻R CS 上的电压转换成电流,并将此电流通过内部相关电路后作用于外部的负载电阻R ISET 上,通过改变R CS 与R IS ET 可以调节充电电流,也可通过改变R I SET 的低端电压或增大/减小I SET 端的电流进行调整。电压和电流环路分别由连接在CCV 和CC I 端的外部电容进行补偿校正。3 应用电路

3.1 锂离子电池充电器

由MAX846A 组成的锂离子电池充电器电路如图2所示。其工作原理如下:3.1.1 单体电池数设定

当CELL2端(10脚)电池数目设定端接地时,该充电器可对一节单体锂离子电池充电;当CELL2端电池数目设定端接线性调节器输出端VL(2脚)时,可对两节串联锂离子电池充电。3.1.2 电流调整回路计算

电流调整回路将I SET 端的电压维持在1.65V 。选择I SET 端外接电阻R I SET 可以决定电流检测放大器输入端所需的反馈电压。

为了避免电池电压达到设定值以前,充电电流变化,充电器开关信号输入端(ON )应当接到电源正常状态输出端(P W ROK )。设计中应尽量减少外接串联调整管的功耗,为此,外接直流偏置电压输入端(DCI N )的输入电压应尽可能低一些,或者使该电压跟随电池的充电电压变化。3.1.3 浮充电压调整

当VSET 端(6脚)悬空时,每节单体锂离子电池的浮充电压为4.2V 。在VSET 端和信号地GND 端(4脚)之间接1只精度为1%的电阻,可将浮充电压调低;在VSET 端和VL 端(2脚)之间接入一只电阻可

图2 锂离子电池充电器电路

将浮充电压调高。设单体锂离子电池所需的浮充电压为V F ,那么电阻R V SET 的阻值应按下式计算:

R V S ET =20k !

4.2

1.65!V X

-V F ∀(V F -4.2)式中V X 为2脚VL 端或4脚的电压(即VL 或GND ),4.2V 和1.65V 为芯片提供的参数常量,20k 为内部固定电阻,与R V SET 电阻构成分压器,浮充电压需要在#5%范围内调整时,R V SET 应为400k 。3.2 通用电池充电器

图3是由微控制器PI C 16C73与MAX846A 构成的通用型充电器,PI C16C73包括两个脉冲宽度调制(P WM )输出:CCP1和CCP2。CCP1输出通过设置ISET 端的电压来控制充电电流;CCP2输出经滤波后与MAX846A 的VSET 相连,以控制充电电压。微控制器利用内部A /D 转换器采样MAX 846A 的I SET 端的

41 2007年第7期 仪表技术

以上PI D整定在整个程序运行后浓缩在图5所示的对话框中设置和显示。

5 设计运行结果

我们按照上面介绍的方法连接好线路后,打开并运行程序,便出现图5所示的对话框,这个对话框中显示了许多重要参数的变化,是对采集数据的实时显示,横坐标为时间轴,每5个刻度为1s,纵坐标为液位值,单位为c m。

首先系统将稳定于一个状态,给SV设值,同时整定出理想的P.I.D,实现对液位的数据采集、显示,运

算处理及输出控制,而且还能通过调整

各个参数来调整控制作用、提高控制效

率。虽然,PI D控制中还有一点偏差,却

小于设定值的百分之二,这说明我们已

经达到了用计算机对液位高度的直接

控制。

6 结束语

本设计是一个计算机直接控制的

简单实例,虽然比较简单,但其原理与

大型企业中复杂的工控系统基本相同,

它把数据采集与编程技术结合起来实

现对实验装置中的下水箱液位进行监

控。这个设计最后达到了预期的目的,

程序最后浓缩在一个对话框中,这个对话框中显示了许多重要参数的变化,通过在对话框中调整某些控制参数系统能比较迅速并准确地做出响应,改变进水流量使水箱液位达到给定值。

参考文献:

[1]林佳本.数据采集与控制[J].今日电子,2003,(10).

[2]潘新民,王燕芳.微型计算机控制技术[M].北京:高等教

育出版社,2001.

[3]康博创作室编著.V is ua l C++6.0程序设计自学教程[M].

北京:清华大学出版社,1999.

(许雪军编发)

(上接第41页)

电流,对电池电流进行检测。PI C16C73工作频率为4MH z时,为满足精度要求,P WM输出频率设置在25k H z,每个P WM输出信号经RC滤波后由缓冲器输出,微控制器由MAX846A的VL端供电。在图3中根据电池数目设定端连接方式的不同,可为一节或两节锂离子电池充电时,其对应最高充电电压限定在4.2V 或8.4V,对于不同锂离子电池生产厂商的限压要求,此电压可在小范围内调整。

充电电流通过MAX846A的电流源控制,电池电压由R3、R4分压后,送入微控制器,经A/D转换后对电池电压进行检测。I SET端稳定电压为1.65V,R1、R2选20k 时,电流设置输入端/电流监测输出端阻抗为10k ,设CCP1的占空比为D1,则根据MAX846A内部电路和外围电阻可推得其充电电流为:

I CHG=0.165!(1-D1)∀R5

当CCP1占空比为1时,充电电流为0;CCP1占空比为0时,可得到最大充电电流。电路图3的最大充电电流为825mA。

图3所示充电器也可以对镍镉、镍氢电池充电,而不需要浮电压,每节电池的最高充电电压典型值为1.75V,给镍镉、镍氢电池充电时,电池充电节数可以达到四节。

4 小结

采用MAX846A充电控制器设计的充电器,不但能够实现对一般的蓄电池进行充电,而且还能够实现相应的过压和温度保护,从而可以充分发挥蓄电池的性能,延长电池的使用寿命,具有使用方便和一定的智能功能,符合目前的环境保护潮流。

参考文献:

[1]董晓红.单片机原理及接口技术[M].西安:西安电子科技

大学出版社,2004.

[2]李爱文.现代逆变技术与应用[M].北京:科学出版社,

2000.(许雪军编发)

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