USB端口对NiMH电池智能充电的实现

文章摘要：图3. 采用DS2712充电控制器对NiMH电池充电。开关与线性USB 2.0规范允许低功率端口提供最大100mA电流，大功率端口提供最大500mA电流。如果采用线性调整器件来调节电池充电电流，这也就是最大可提供的充电电流。线性调整器件(图4)的功耗为P = VQ x IBATT。这会造成调整管发热，可能需要安装散热器，以防止过热。图4. 功耗等于电池充电电流乘以调整管两端的电压。对应5V标称输入电压，调整器件消耗的功率与电池类型、数量和电池电压有关。图5. 采用5.0V电压的USB端口对NiMH电池充电时，线性调整器件的功耗。标称输入电压为5.0V时，线性USB充电器对NiMH电池充电的功耗

USB端口对NiMH电池智能充电的实现,标签：接口技术,微机原理与接口技术,http://www.88dzw.com

图3. 采用DS2712充电控制器对NiMH电池充电。

　　开关与线性

　　USB 2.0规范允许低功率端口提供最大100mA电流，大功率端口提供最大500mA电流。如果采用线性调整器件来调节电池充电电流，这也就是最大可提供的充电电流。线性调整器件(图4)的功耗为P = VQ x IBATT。这会造成调整管发热，可能需要安装散热器，以防止过热。

图4. 功耗等于电池充电电流乘以调整管两端的电压。

　　对应5V标称输入电压，调整器件消耗的功率与电池类型、数量和电池电压有关。

图5. 采用5.0V电压的USB端口对NiMH电池充电时，线性调整器件的功耗。

　　标称输入电压为5.0V时，线性USB充电器对NiMH电池充电的功耗计算结果如图5所 示。对单节电池充电时，线性充电器的效率仅为30%；对两节电池充电时，效率为60%。用500mA电流对单节电池充电时，功耗会高达2W。这样的功耗通 常需要加散热器。功耗为2W时，热阻为+20°C/W的散热器在+25°C环境温度下会被加热至大约+65°C，要得到满额性 能，还需要有流动空气来协助其散热。处于空气静止的封闭空间内，温度会更高。

　　采用基于开关调节器的充电器可解决多个问题。首先，与线性充电器相比，能够以更快的速率、更大的电流对电池进行充电(图6)。由于功耗较低、发热较少，热管理方面的问题也减少了。同时，由于运行温度降低，充电器更加可靠。

图6. 对单节NiMH电池充电时，线性充电器和开关充电器的充电时间不同。

　　图6中的计算结果基于以下条件和假设得到：采用高功率USB口最大允许电流(500mA)的大约90%充电；开关调节器采用非同步整流的buck转换器，具有77%效率。

　　电路实例

　　图7所示电路是用于单节NiMH电池充电的开关模式降压型调节器。它采用DS2712充电控制器调节充电电流和终止充电。充电控制器监视温度、电池电压和电池电流。如果温度超过+45°C或者低于0°C，控制器不会对电池充电。

图7. USB端口对单节NiMH电池快速充电的原理图。

　　如图7所示，Q1是降压型充电器的开关功率晶体管；L1是滤波电感；D1是续流或整流二极管。输入电容C1为 10?F、超低ESR的陶瓷滤波电容。用钽电容或者其它电解电容替代C1会使充电器的性能降低。R7是电流调节器检测放大器的检流电阻。 DS2712的基准电压为0.125V，并具有24mV滞回。通过CSOUT提供闭环、开关模式电流控制。充电控制引脚CC1将Q2的栅极拉低时，使能 Q1的栅极驱动。Q1和Q2均为低Vt (栅-源门限电压)的pMOSFET。CC1和CSOUT均为低电平时，Q2的漏-源电压将稍大于Vt。该电压以及CSOUT的正向压降构成了Q1的栅极 开关电压。

　　CC1为低电平时，启动电流闭环控制。图8所示为启动开关时的波形。上方波形是0.125Ω (检流电阻两端的电压，下方波形是Q1漏极至GND的电压。开始时，当Q1打开(CC1和CSOUT均为低电平)时，电感电流向上爬升。当电流增大到使检 流电阻两端的电压达到0.125V时，CSOUT变为高电平，开关关断。此后，电感电流开始下降，直到检流电阻两端的电压达到约0.1V，CSOUT又变 为低电平。只要CC1为低电平，该过程将一直持续。

上一页  [1] [2] [3] [4]  下一页