基于DS2712的USB接口鎳氫電池充電器設計

如圖5所示，Q1是降壓型充電器的功率開關管，L1是儲能電感，D1是續流二極管。輸入端的C1容值為10μF，應使用具有極低串聯等效電阻的陶瓷濾波電容，如果使用鉭電容或電解電容則會使充電器性能下降。R7是充電電流采樣電阻。由R7提供給DS2712的參考電壓為0．125V，其中含有25 mV的遲滯電壓。閉環開關模式的電流控制信號由CSOUT引腳提供。當Q2的柵極電壓被充電控制引腳CC1拉低時，Q2導通，CSOUT引腳的電流控制信號控制Q1的柵極電壓，從而控制充電電流。Q1和Q2都是具有低柵源閥值電壓特性的PMOs管，當CC1和CSOUT都為低電平時，Q2的漏源電壓比柵源閥值電壓稍高，該電壓加上CSOUT的正向壓降，就構成了Q1的柵極開關電壓；當CC1為低電平時，充電電流的閉環控制啟動。充電最初啟動時，CC1和CSOUT均為低電平，Q1導通，流過電感的充電電流急劇上升；當采樣電壓達到0．125 V時，CSOUT變為高電平，則充電電流急劇下降；當采樣電壓下降到約0．1 V，則CSOUT重新變為低電平。只要CC1為低電平，CSOUT就不斷重復進行高低電平交替。
而CC1則由DS2712的內部狀態機控制。充電開始時，DS2712啟動電池識別測試，確保電池的電壓在1．0～1．65 V之間，并確保溫度在0～45℃之間。如果電池電壓低于1．0 V，則DS2712將使CC1以1／8的占空比輸出低電平，這樣就可以對電池進行慢速充電，以防止損壞電池。一旦電池的電壓超過1．0 V，DS2712的內部狀態機就轉換到快速充電。快速充電時，CC1低電平的占空比為31／32。特意留出的1／32脈沖用來
對電池進行阻抗測試，以確保裝到充電器里的不是堿性電池。當檢測到電池電壓出現2 mV的電壓降時，快沖持續。如果沒有檢測到電壓降，快沖就會持續，直到快沖定時器計時完畢或者檢測到過熱、過壓等故障條件(包括阻抗故障)。當快充因為檢測到電池電壓降或者快沖定時器計時完畢而結束后，DS2712進入定時充滿模式。定時充滿模式以1／8的占空比進行充電，持續時間為程序設定的快沖定時器計時長度的一半。定時充滿完成后，充電器進入維持模式，此時以1／64的占空比進行涓流充電，充電器會一直停留在維持模式直到電池被取走。
圖5所示的充電器由大功率USB接口供電，對一節容量為2 100 mA·h的鎳氫電池進行充電，完成快充需要2 h多一點，而完全充滿電池則需要大約3 h。

5 結語
本文設計的USB接口鎳氫電池充電器經硬件驗證，實現了對一節鎳氫電池的快速智能充電功能，充電過程穩定可靠。本文設計的充電器進一步還可以改進為對多節鎳氫電池同時充電。USB接口作為一種經濟實用的電源，可以為大多數小型消費類電子產品進行電池充電。為了與USB 2．0接口標準完全兼容，連接在USB接口的負載必須能跟主機進行雙向通信。負載還要具有包括低功耗模式在內的電源管理功能，并能由主機決定大功率輸出的條件。對于大多數主機而言，部分兼容的負載系統也可以與USB接口相互配合、正常工作，但有時會出現意想不到的情況。這就需要對USB接口特性和負載特性都具有深入的理解，從而權衡接口兼容性和負載復雜性。