镍氢电池充电器设计中的关键问题

镍氢电池充电器设计中的关键问题

大多数便携式产品的功能取决于为其供应动力的电池的质量。近年来，随着电池的改进，便携式产品变得更小、更轻、更强大。现在有三种电池用于驱动便携式产品:碱性电池、镍氢电池和锂离子电池。碱性电池是非可充电电池，自放电率极低，成本极低。常用于低功耗产品，如:遥控器、电动玩具等。当碱性电池的负载过高时，如笔记本电脑、掌上电脑和手机，使用可充电电池。有两种可充电电池可供选择:镍氢电池和锂离子电池。与锂离子电池相比，镍氢电池自放电率更高，能量密度更低，但成本远低于锂离子电池，因此对保护电路的规划要求不高。因此，适合成本较高的活性产品。此外，镍氢电池具有与碱性电池相同的电压标准，可以直接替代碱性电池。目前市场上比较好的镍氢AA电池容量可以达到1700mAh~2000mAh，但是由于电池厂家的测量设备与用户的实际情况存在一定的差异，用户在实际操作中可能无法获得额定的电池容量。另一方面，电池本身的功能也会在一定程度上影响电池的使用。

关于电池工艺规划工程师来说，尤其要注意充电器的规划。由于电池的功能与所使用的充电器密切相关，所以NiMH电池适用于满充满放的过程。假设使用不完全充电器，充电时电池不能补偿全部电量，那么，即使是最好的使用电池也不能达到预期的效果。因此，在规划镍氢电池充电器时，我们要综合考虑性价比问题，而不是追求低价。

Dallassemiconductor最近推出了用于内置或外部(独立)1~2AA、AAA级NiMH电池充电的镍氢电池充电器DS2711和DS2712。通过对温度、电压和充电时间的监控，实现最佳的快速充电控制。此外，它可以检测失败或不匹配的电池，如一次性碱性电池，支持串联和并联拓扑，并能够单独检测和控制每个电池。

如何制作线性充电器和脉冲充电器

选择DS2712后，可以构成一个线性充电器和一个脉冲充电器(如图1所示)，充电器规划者要正确选择充电结构。线性充电器的调节器通过一个在线性区域工作的晶体管，该晶体管负责直流电源和电池之间的电压差，功耗是充电电流和管压降的乘积。假设调压器被封闭在一个小的密闭空间内，功率损耗会导致加热，导致温度升高。

在图1中，a)图中是一个线性充电器，由DS2712构成，能够持续为两块NiMH电池充电。DS2712驱动外部电源晶体管FCX718，将电源电压降低到所需的电池电压。线性充电器电路简单，成本相对较低，但要注意散热问题。例如，两个充电电流为1A的镍氢电池充电器，每个镍氢电池的充电持续电压一般为1.6v~1.7v，但也可能高达2V，具体取决于电池和充电电流。因此，直流电源电压必须大于2×2=4V。单片镍氢电池完全放电后，电压可降至0.9v。计算得出电池组电压为2×0.9=1.8v。假设使用标准的+5V直流电源，晶体管的电压差为5V-1.8v=3.2v。充电完全放电的电池将消耗3.2w的功率，而电池将消耗1.8w，即36%。因此，线性结构更适合于散热条件良好的外部充电器(也称为摇篮充电器)。

一些更大的便携式设备，包括笔记本电脑，将电池充电器作为系统的一部分。此时，充电器的功率是至关重要的，不是为了能够传递最大的能量，而只是为了减少热量。由于热冲击温度升高，电池在高温环境下运行会缩短使用寿命。