Max713: MAX713CPE+, Контроллер заряда батареи [DIP-16], Maxim

Зарядное устройство на MAX713. Импульсный режим. / Силовая электроника / Сообщество EasyElectronics.ru

Вступление

MAX713 — наверное, самый известный контроллер заряда для NiCd/NiMH. Я о нем прочитал в незапамятные времена в журнале Радио и прикупил сразу, как только смог. Сделать планировал универсальный зарядничек для пальчиковых и иже с ними аккумуляторов. Но… Провалялся он у меня лет пять, задача утратила актуальность и однажды я решил применить его хоть куда-нибудь. Вот, зарядник от свежекупленного шуруповерта подойдет. А то уж больно убог он, да и пятичасовой заряд без контроля — не комильфо.

Первый вариант схемы был содран из журнала, обычный линейный режим. Ключевой транзистор, рассеивая 4Вт, прилично грелся и сварил до смерти одну из банок аккума. Не айс. Кроме того, родной блок питания не выдавал необходимых для нормальной работы зарядника 20В, и я начал изучать импульсные источники — хотелось запилить нечто в корпусе родного адаптера, а то в кейс не влезет. После прочтения книги Семёнова, в очередной раз заглянув в даташит, я обнаружил, что вариант включения MAX713 в импульсном режиме стал куда понятнее, и перепилил под него. Ну и кроме того, после нескольких экспериментов, с дымом и без, зарядник таки обзавелся импульсным источником питания. Но о нем — в следующий раз.

Описание MAX713

В целом, алгоритм работы контроллера схож с уже описанным в предыдущей статье. Эта микросхема работает почти так же, вот только у ней вдвое больше ног и:

  • Встроенный стабилизатор зарядного тока. Причем, можно вывести его в неустойчивый режим, тогда он будет работать как ШИМ-регулятор.
  • Встроенный делитель напряжения. Тут количество элементов в батарее задается так же, как и таймаут — подачей соответствующей кодовой комбинации на выводы PGM.
  • Встроенный стабилизатор питания контроллера.
  • Таймер и слежение за температурой могут работать одновременно.

Кроме того, есть практически идентичная микра MAX712.

Отличается она только условием завершения заряда по dv/dt — по прекращению нарастания напряжения на аккумуляторе, а не по его снижению (т.е. MAX712 отключает при dv/dt=0V, а MAX713 при dv/dt=-2.5mV, dt зависит от выбранного таймаута зарядки и составляет от 21 до 168 секунд).

Итак, чего на схеме есть интересного.

  • Программируемый делитель напряжения. Управляется через выводы PGM0 и PGM1, состоянием которых можно задать число элементов в батарее от 1 до 16. Кодовая табличка приведена в даташите.
  • Таймер, управляемый выводами PGM2 и PGM3. Ими можно задать максимальное время заряда (как в MC33340), а также отключить слежение за dv/dt. Табличка там же.
  • Температурный компаратор. Идентичен таковому в MC33340, только выводы ни с чем не мультиплексированы.
  • Параллельный стабилизатор на 5В. Обеспечивает микросхему стабильным питанием.
  • Единственный информационный выход — nFASTCHG. Придавлен к земле когда идет быстрая зарядка.
  • Стабилизатор зарядного тока.

С первыми тремя пунктами все вполне понятно, а вот стабилизаторы стоит рассмотреть чуть подробнее.

Стабилизатор питания

Стабилизатор питания в MAX713 — параллельный. Поэтому запитывать ее следует через резистор. Резистор должен обеспечивать ток не менее 5 мА (примерно столько потребляет микросхема), но не более 100 мА (это максимум, который способен прожевать стабилизатор). Поскольку ток довольно скромный — лучше всего выбрать его в районе 8-10 мА и подавать через последовательно включенные резистор и светодиод, индицирующий наличие питания. Разумеется, в этом случае источник питания должен обеспечивать достаточное напряжение, где-нибудь от 8-9В. Ну а менее, чем 5В и вовсе недостаточно в любом случае. Запас в 3-5 мА нужен для питания индикатора заряда.

Резистор в данной схеме рассчитывается по следущим формулам:
R1 = (VMIN — VLED — 5В) / 8мА
R1 > (VMAX — VLED — 5В) / 20мА

Если не удается удовлетворить второму условию — можно перенести индикатор питания в другое место (скажем, запитать его через резистор от стабилизированных 5В) и увеличить ток с 20 мА до 100 мА. Также, если индикатор питания запитан от питания контроллера — придется увеличить минимальный ток. Кроме того, сопротивление в 470 Ом для второго резистора маловато. Следует увеличить либо его, либо минимальный ток через R1.

Кроме того, минимальное напряжение питания девайса в целом определяется количеством заряжаемых батарей по формуле:
VMIN = N * 1.9В + V

O,
где N — количество элементов в батарее, а VO — падение напряжения на регулирующем элементе. Оно составляет 1.5В для линейного режима и 2В для импульсного. Если напряжение на выходе источника питания пульсирующее (например, обычный сетевой адаптер с трансформатором и мостиком) — VMIN должно быть ниже уровня пульсаций.

Также стоит отметить, что при питании более 20В следует принимать специальные меры. Подробнее — в даташите.

Стабилизатор зарядного тока

А вот и самая интересная часть. Этот блок обеспечивает режим заряда аккумуляторов. Он может находиться в одном из трех режимов:

  • Стабилизация выходного напряжения. Этот режим включается при отсутствии на выходе батареи и ограничивает выходное напряжение на уровне N * VLIMIT. VLIMIT задается напряжением на одноименном выводе, обычно он подключается к встроенному источнику опорного напряжения на 2В (вывод V
    REF
    ). Также в этот режим зарядник может перейти при зарядке неисправной батареи, если напряжение на ней во время заряда превысит N * VLIMIT.
  • Стабилизация выходного тока в режиме быстрого заряда. Это основной режим заряда аккумулятора. Ток определяется сопротивлением шунта RSENSE по формуле RSENSE = 0.25В / IFAST.
  • Стабилизация выходного тока в режиме капельного заряда. Он, в зависимости от выбранного максимального времени заряда, составляет от 1/8 до 1/64 тока быстрого заряда. Табличка… Да-да, все там же 🙂 В целом, если выбирать время адекватно, ITRICKLE оказывается в диапазоне C/10..C/20.

Кроме того, сам стабилизатор может работать в одном из двух режимов — импульсном или линейном. Это определяется емкостью конденсатора коррекции C2. Линейный режим весьма прост и неоднократно описан. Но — в нем на регулирующем транзисторе рассеивается приличная мощность, кроме того, вывод DRV микросхемы тоже работает в линейном режиме и на нем тоже рассеивается некоторая мощность (которая, в сумме с мощностью, расеиваемой стабилизатором питания микросхемы, не должна превышать 0.6-0.8Вт в зависимости от корпуса).

Приведенная в даташите схема включения в импульсном режиме, по сравнению с линейным, несколько пугает и весьма скудно описана. Однако, если присмотреться (и если разбираться в импульсных преобразвателях, разумеется) не все так страшно. По большей части, тут все то же самое, но:

  • Конденсатор C2 заметно уменьшился. Именно это переводит петлю стабилизации тока в неустойчивый режим. Он же определяет частоту генерации, в данном случае — около 30 кГц.
  • Регулирующий транзистор теперь полевой (хотя, на самом деле, туда без проблем можно вкорячить биполярник) и вместе с D2 и L1 образует обычный step-down.
    Работа этой схемы неплохо описана DI HALT’ом, канализационная аналогия прилагается 🙂 Дроссель можно посчитать, но в принципе, схема допускает нехилый разброс его индуктивности, так что можно просто взять 220 мкГн и не заморачиваться (у меня оно работало даже с дросселем на 1 мГн из ЭПРА).
  • На Q1, Q2 и R2 собран драйвер MOSFET’а. В принципе, вполне типичная схема. Хотя, если напряжение питания превышает максимально допустимое напряжение исток-затвор — над драйвером придется поработать… Либо заменить полевик на биполярник.
  • Любопытно реализована схема питания и индикации. Ток питания ограничивается неким «токоограничивающим диодом», каковых я с полпинка в продаже не нашел, а индикатор запитывается не от питания контроллера, а от входного. Можно взять на заметку, а можно откатить на вариант из раздела про питание, он проще.

На этом я закруглюсь с описанием микросхемы, хотя в даташите описано еще некоторое количество тонкостей. Перейдем к конструкции.

ТЗ
  • Заряжаемая батарея: 12В, 1200мАч, NiCd.
  • Корпус: от родного зарядника, довольно небольшой.
  • Питание: сетевой адаптер, 20В 0.4А.

Выбор и расчет схемы

Прежде всего — выберем схему. Режим — импульсный (в корпус некуда вкорячить достаточно эффективный радиатор), питание МС через резистор (питание стабильное и искать токоограничивающий диод или корячить стабилизатор тока смысла нет), индикация двумя светодиодами («Питание» и «Заряд») по наиболее простой схеме. Кроме того, поскольку напряжение питания 20В — что близко к предельно допустимому для затвора VT4 и U1.DRV — введем дополнительный транзистор VT1. Он, во первых, ограничит напряжение на U1.DRV примерно пятью вольтами, а во вторых — ограничит напряжение исток-затвор транзистора VT4 примерно на уровне -15В.

Затем выберем параметры. Во первых, это ток заряда. Параметры адаптера ненавязчиво намекают выбрать его равным C/3, т.

е. 400мА (примерно столько же было и в родной схеме). VMIN = 10 * 1.9В + 2В = 21В, что чуть выше, чем напряжение адаптера. Но в данном случае не страшно, параметр «1.9В» в формуле — это максимальное напряжение на одном элементе во время заряда, но при столь малом токе (а MAX713 рассчитана на токи до 4C) оно врядли будет достигнуто. Время заряда примерно можно посчитать как 1.5 * C / I, что дает 4.5 часа. Выбираем из таблички подключение для PGM3/4, дающее таймаут 264 минуты (максимальный) с включенным voltage slope detection (т.е. отключение по dv/dt). Также выбираем из таблицы подключение PGM0/1 для 10 элементов в батарее. Слежение за температурой в батарее не предусмотрено, так что просто подаем 0 на TLO, 5В на THI и нечто среднее на TEMP, удобнее всего взять VREF, которое равно 2В. Повесим туда же и VLIMIT, это дефолтный вариант из даташита.

Теперь необходимо посчитать номиналы.

Конденсаторы по большей части выбираем «как в даташите» или «что есть, но не слишком далеко от даташита». Критичен здесь только C4, но 220пФ у меня не было. C5 можно уменьшить вплоть до 1мкФ, остальные уменьшать не стоит. Не забываем и про напряжение — все электролиты на 25В, кроме C5 на 6.3В. Транзисторы опять же по принципу «что есть», в качестве VT1-VT3 подходят любые маломощные транзисторы общего назначения соответствующей проводимости, а вот VT4 должен выдерживать не менее 25В сток-исток, исток-затвор 15-20В, ну и выдерживать ток порядка ампера. Да, IRF9540 — нехило так эти параметры переплевывает, но — что в магазине было. Я еще посматривал на FETKY-сборку из дохлого винта, но она была всего на 20В. VD1 — любой шоттки на требуемые ток (порядка 0.5-1А) и напряжение (более 20В, лучше с запасом). В качестве VD2 вообще пригоден почти любой диод на 0.5 А и 20В. СИДы выбираем по вкусу, я выбрал зеленый на питание и красный на заряд, трехмиллиметровые — по размеру дырок в корпусе.

Чуть интереснее расчет резисторов и дросселя.

R1 считается по приведенной выше формуле. 1.2кОм чуть менее расчетного значения, но это не страшно. Зато есть запас тока на HL2. R2 ограничивает ток HL2 примерно тремя миллиамперами. Можно было и побольше, тускло светит, а запас питания есть. R4 задает ток каскада на VT1, в данном случае примерно 3мА (на нем 5В минус падение на выводе DRV МС и эмиттерном переходе транзистора), на R3 при этом токе должны падать остальные 15В. R5 — токозадающий, формула опять же приведена выше.

В плане дросселя вполне приемлема точность как у Фау-1 — плюс-минус пол-Лондона, какая разница. Сперва я взял дроссель фильтра из ЭПРА, но он, зараза, грелся до оверсотни градусов, и тока нужного не выдавал. Пришлось перемотать его проводом потолще, около 0.3-0.4мм, взятым с балластного дросселя той же ЭПРА. Сердечник дросселя фильтра — гантелька, длиной около сантиметра и внешним диаметром около 8мм. После намотки до заполнения получилось как раз 250-300 мкГн, подошло отлично и не грелось.

Рекомендации по трассировке платы

Во первых, даташит предупреждает — C4 необходимо цеплять к выводам CC и BATT- как можно более короткими дорожками, в идеале — вообще SMD прямо между ними посадить. Во вторых, по дорожке, соединяющей U1.GND и R5 не должны течь токи силовой части. Проще говоря, она должна соединять их напрямую, ни на что больше не отвлекаясь, и от U1.GND больше никуда не идти. То же самое касательно соединения U1.BATT- и R5. Но тут допустимо после U1.BATT развести соединения к обвязке МС. Провод к BAT- тоже надо отводить непосредственно от ножки R5 отдельной дорожкой. Также нежелательна большая длина проводов между U1.BATT+ и BAT+ и между U1.BATT- и BAT-. К силовой части (VT4, VD1, VD2, L1, C1, C2, C6) применяются обычные правила разводки импульсных силовых схем, т.е. силовые дорожки потолще и покороче, площадь контура протекания больших импульсных токов (здесь это C1/C2, сток-исток VT4, VD1 и в меньшей степени L1 и C6) поменьше и все такое. Заметные импульсные токи есть и в контуре драйвера — C1/C2, VT2/VT3, VT4.

Фоточки

Версия первая, линейная:

Версия вторая, импульсная. Можно заметить две вполне типичные ошибки трассировки. Во первых, я влепил VT4 туда, где под него нету места по высоте. Поэтому он так странно установлен 🙂 Кстати, черный бочонок за ним — тот самый дроссель. Во вторых, я забыл провести одну из дорожек, теперь там перемычка. Ну и в третьих, уже позже я добавил параллельно C6 керамический SMD кондер на 0.1 мкФ.

Ну и в полном сборе:

Заметно, что светодиод «Зарядка» светит тускловато.

Импульсное зарядное устройство для NiCd аккумуляторов на MAX713 (вариант с повышенным напряжением питания) — СделайСам — Витебск

Как известно, аккумуляторы не вечны. Вот и у меня в шуруповёрте после нескольких лет эксплуатации аккум решил уйти на покой. «Ладно, заодно переделаю на литий» — подумал я. И надо же было такому совпадению случиться, через пару дней на Али увидел недорогие NiCd-аккумуляторы с хорошими отзывами. Уставший от работы и слабо соображающий мозг на автопилоте отработал команду «Купить». Назавтра осознал, что конкретно затупил с покупкой, ну да ладно, дело сделано, про литий пока забываем (успокаиваем себя, что NiCd значительно дешевле), и думаем, что делать с тем, что имеем. А делать, конечно же, надо нормальное зарядное устройство для этих аккумов. Вот про него и пойдёт речь далее…

А зачем вообще нужно это зарядное? С шуруповёртом же идет своё в комплекте. Ну что же, разбираем штатное зарядное и поражаемся размахом технической мысли и масштабами применённых решений (картинки кликабельны):

Тут, правда, уже выпаяны светодиод и разъём питания, но суть дела от этого не меняется. Да, существует мнение, что NiCd убить очень тяжело, что они прощают как сильный перезаряд (небольшим током), так и разрядку «в ноль». Для такого мнения есть основания: действительно, по сравнению с другими типами аккумуляторов, NiCd менее требовательны к аккуратности эксплуатации. Но всё должно быть в разумных пределах! И зарядное устройство на одном резисторе — это уже из области издевательства над аккумулятором. Да и над пользователем тоже, так как, чтобы не убить батарею совсем быстро, в таком зарядном используется небольшой ток заряда, соответственно, если шуруповёрт разрядился (как обычно, в самый неподходящий момент, так как мы помним про «эффект памяти» NiCd и не ставим аккум превентивно на зарядку каждый раз накануне проведения работ), прощаемся с ним почти на сутки (точнее, часов на 16, что часто еще хуже, так как иногда сложно бывает подобрать моменты включения и выключения зарядки так, чтобы они не попадали на ночное или рабочее время). Или покупаем второй аккумулятор на подмену (обычно очень даже недёшево). Так что нормальное зарядное должно быть (если мы хотим сберечь нервы, и чтобы при этом батарея прослужила долго).

Мастерить зарядное на «рассыпухе» занятно, но долго (жизнь коротка, и отведенным временем можно распорядиться рациональнее). К счастью, давно уже есть готовые решения. Самое распространённое — схема на MAX713. Кстати, у этой микросхемы есть двойник MAX712, предназначенный для NiMH. Отличие в том, что у NiCd есть интересная особенность: в процессе заряда напряжение на аккумуляторе увеличивается, как и у всех, а вот при достижении номинального заряда происходит небольшое снижение напряжения на аккуме (его называют Delta Peak). И по этому снижению можно очень точно определить момент окончания заряда, чем MAX713 и пользуется. А у NiMH такой эффект выражен гораздо слабее, поэтому MAX712 определяет окончание заряда просто по прекращению роста напряжения, что не так точно. Тут надо отметить, что это снижение напряжения на NiCd небольшое (единицы — десятки милливольт, в зависимости от тока), и надёжно отследить его можно только при больших зарядных токах (рекомендуется от С/3 и выше). Для тех, кто аккумуляторы только издали видел: С — это ёмкость аккума. Например, если ёмкость нашего аккумулятора 1800 мАч и сказано, что ток заряда 1С, это означает что ток заряда 1800 мА (соответственно, для этого же аккума ток С/3 равен 1800/3=600 мА).

MAX713 — очень популярная микросхема и готовых схем на ней полно. Но среди них совсем немного схем, рассчитанных на заряд батарей из большого количества элементов. А работа микросхемы при повышенных напряжениях питания (более 20В, то есть, больше 11 элементов в батарее) имеет ряд особенностей. Вот как раз поэтому я и решил написать эту статью.

Даташит на MAX713/MAX712 можно скачать по ссылке: MAX712-MAX713. Хорошая микросхема, но чтобы называться идеальной, ей не хватает схемы предварительного разряда аккумуляторов.

Даташит на английском, поэтому кратко опишу микросхему (впрочем, эту скучную теорию можно пропустить :-)). Вот структурная схема MAX713:

Подробно разбирать блоки нет смысла (в даташите всё расписано), остановлюсь только на интересных для нас моментах:

  • Параллельный стабилизатор питания на 5В. Фактически, просто стабилитрон. Полезная вещь. Обеспечивает микросхему стабильным питанием, значит достаточно просто подать напряжение больше 5 вольт через токоограничивающий резистор, и микросхема будет счастлива. Мало того, так как стабилизатор параллельный, на входе питания установится напряжение 5В, которое мы можем использовать для своих нужд.
  • Стабилизатор зарядного тока. Как же без него. Ради него и строилась вся микросхема. Стабилизатор линейный, но у него есть особенность: его можно вывести в неустойчивый режим, тогда он будет работать как ШИМ-регулятор. Значение зарядного тока задается внешним резистором. Естественно, резистор этот надо сначала рассчитать под свои нужды.
  • Программируемый делитель напряжения. Делит выходное напряжение зарядного устройства (оно же напряжение на аккумуляторе) на количество аккумуляторов в батарее. То есть, на выходе получает усредненное значение напряжения на одном аккумуляторе. А дальше это напряжение оцифровывается и обрабатывается логикой микросхемы (в частности, ограничивается выходное напряжение при отключенном аккумуляторе, отключается процесс заряда при слишком большом напряжении на аккуме, Delta Peak определяется). То есть, штука принципиально важная для работы. Значит, подлежит обязательной настройке, которая заключается в том, что делителю надо объяснить, сколько элементов в батарее. Делается это  соответствующей коммутацией выводов PGM0 и PGM1 (можно задать 1 до 16 элементов).
  • Таймер, управляемый выводами PGM2 и PGM3. Ими можно задать максимальное время заряда, а также отключить слежение за Delta Peak. Также подлежит обязательной настройке.
  • Температурный компаратор. В принципе, имея точные данные о температуре NiCd батареи, можно уже больше ничего не измерять. На графике температуры весь процесс заряда — как на ладони. Но для этого надо иметь в батарее датчик температуры. В шуруповёрте его нет, поставить можно (годится любой терморезистор), но надо колхозить дополнительный разъём. Только по этой причине я не стал этого делать. А вообще, функция полезная (микросхема не только может отключаться по превышению порога температуры, но и не допускает заряд полным током холодного аккумулятора).
  • Источник образцового напряжения 2В. Достаточно точный (отклонение не более 0.04В).

Алгоритм работы микросхемы несложен: после включения питания проверяем наличие подключенного аккумулятора на выходе. Если такового нет, ограничиваем выходное напряжение на заданном настройками уровне и ждём аккумулятор. Если батарея подключена, проверяем напряжение, и если на элемент приходится меньше, чем 0.4В (т.е. разряжена «в ноль»), начинаем потихоньку малым током заряжать батарею (режим капельного заряда), пока не доведём до нормы. Если батарея в нормальном состоянии, врубаем режим быстрого заряда. Если напряжение подскочит выше допустимого — считаем, что батарея неисправна и отключаемся. Если всё нормально — заряжаем до отсечки по Delta Peak или прекращения роста напряжения. После этого переходим в режим капельного заряда (ток заряда в этом режиме программируется от 1/8 до 1/64 нормального зарядного тока), пока не выключат питание или не отключат батарею. Если подключен датчик температуры, то добавляются такие варианты: если аккумулятор холодный, сначала греем его капельным зарядом. Если при быстром заряде температура подскочила выше заданного порога — считаем, что батарея заряжена, прекращаем быстрый заряд и переходим к капельному.

Переходим к практике — начинаем проектировать схему. Для начала посмотрим, какие у нас внешние ограничения. Линейный стабилизатор будет рассеивать на транзисторе значительную мощность. А значит, потребуется немалых размеров радиатор. В корпус зарядного устройства его не впихнуть. Поэтому будем использовать импульсный режим. Теперь определимся с напряжением питания. В даташите сказано, что оно вычисляется следующим образом: количество элементов батареи умножаем на 1.9В и к произведению добавляем 2В (падение напряжения на силовом транзисторе). У меня батарея на 15 банок. Получаем 15 * 1.9В + 2В = 30.5В. В принципе, в нашем случае до 1.9В напряжение на аккумуляторах не поднимется, так что можно питающее напряжение сделать на несколько вольт меньше. А в большую сторону его можно поднимать, пока рабочие напряжения транзисторов и конденсаторов позволяют (у меня как раз есть 35-вольтовый блок питания от матричного принтера, около ампера с него снять можно). Всё, пора рисовать схему.

Начнём со стабилизатора. Для нормальной работы микросхемы необходимо обеспечить входной ток по цепи питания не менее 5 мА (примерно столько потребляют внутренние узлы микросхемы), но не более 100 мА (это максимум, который способна выдержать микросхема, не сгорев от перегрева, а вообще нормой считается ток не более 20 мА). Держать ток вблизи нижнего предела — это не наш метод, поэтому примем рабочий ток около 8 мА. Даташит предлагает годное решение —  подавать этот ток через светодиод, индицирующий наличие питания. Разумеется, в этом случае источник питания должен обеспечивать достаточное напряжение ещё и для светодиода, то есть, 5В для микросхемы плюс 2.5В для светодиода, итого от 8В и выше (в нашем случае оно гарантированно в несколько раз больше). Если стабилизатор микросхемы задействован и для внешних нагрузок (например, в даташите есть вариант подключения светодиода индикации режима быстрого заряда к стабилизатору микросхемы), ток необходимо увеличить с учетом его потребления этими внешними нагрузками, например, если вышеуказанный светодиод потребляет 5 мА, то на микросхему надо подать 8 мА + 5 мА = 13 мА. Чем задать требуемый ток? Можно резистором. Это проще всего (такое решение есть в даташите и разжёвано в куче статей). Но тогда ток будет сильно зависеть от питающего напряжения. Мы не гонимся за простотой (наша схема с относительно высоковольтным питанием и так не будет простой, так что несколько лишних деталей ситуацию сильно не изменят), нам качество и надёжность важнее. Поэтому соорудим-ка мы несложный источник тока на паре транзисторов:

Ток здесь задается резистором R2 и составляет 7.5 мА (рассчитывается так: напряжение на базе Q1 делим на сопротивление R2, то есть, 0.62/82=0.075А). Причём ток не зависит от входного напряжения (в разумных пределах, то есть, примерно от 8В /происхождение этой цифры было описано в предыдущем абзаце/ и до напряжения пробоя транзисторов). Это позволяет, например, первое включение осуществлять от 12В, в надежде, что если накосячили при монтаже, то не всё сразу сгорит ;-), а также не беспокоиться о стабильности входного напряжения (например, собрать простейший инвертор на IR2153, или использовать подвернувшийся под руку блок питания с примерно подходящим напряжением). Еще такая схема удобна для повторения начинающими радиолюбителями: здесь ничего не надо настраивать независимо от напряжения питания и количества элементов в батарее. Конденсатор C4 — фильтр по питанию, можно ставить от 2 мкФ и больше (но больше 22 мкФ нет смысла).

Следующий важный компонент схемы — силовой узел. Он представляет собой классический импульсный понижающий преобразователь (Step-down):

Так как микросхема не допускает подачу напряжений более 20В почти ни на какие выводы (только на BATT+ можно больше, да и то только при включенном питании), для управления силовым каскадом используем транзистор Q4, включенный по схеме с общей базой. Но тут не всё так просто. Дело в том, что силовой транзистор также не допускает напряжение на затворе, больше чем 30В относительно истока (и это у меня высоковольтный транзистор, ну просто под руками был такой. Вы, скорее всего, поставите что-то более подходящее и низковольтное, и допустимое напряжение там будет ещё меньше, вольт 20..25). Как эта схема работает: когда на выходе DRV логическая «1», напряжение на базе Q4 равно напряжению на его эмиттере и Q4 закрыт. На его коллекторе напряжение 35В, которое открывает Q5 и почти в неизменном виде поступает на его эмиттер (Q5 включен как эмиттерный повторитель). Соответственно, на затворе Q7 34.4В, а на его истоке 35В, Q7 закрыт, допустимое напряжение на затворе не превышено (имеем всего 0.6В), напряжение на DRV = 5В, тоже не выше допустимого, все счастливы. Теперь переключаем DRV в «0». Напряжение на базе Q4 по-прежнему 5В, а вот на эмиттере оно уже около 0В. Поэтому Q4 открывается, на его эмиттере, а значит, и на R4 напряжение становится 4.4В, через R4 начинает течь ток 4.4В / 1.5 кОм = 2.6 мА, этот ток вызывает падение напряжения на R5, равное 2.6 мА * 5.1 кОм = 15В. Соответственно, на эмиттерах Q5 и Q6 будет это же напряжение. 15В более, чем достаточно для открывания Q7, при этом оно меньше предельно допустимых 30В, так что Q7 снова радуется жизни. Честно говоря, такой драйвер МОП — транзистора не очень хороший (довольно медленно перезаряжает ёмкость затвора). Но в данной схеме он вполне приемлем, ибо прост и обеспечивает безопасные напряжения для всех компонентов схемы. По остальным деталям: D3, естественно, Шоттки, D4 — любого типа, его назначение — чтобы при подключенной батарее и отключенном питании схемы напряжение с батареи не пролазило в схему. Номинал дросселя может отличаться от рекомендованного даташитом в несколько раз, работать будет. Я использовал готовый, то ли от блока питания, то ли от старого монитора. Он на 200 мкГн оказался, подошёл идеально. Сердечник — кольцо из распылённого железа, но можно использовать и феррит: гантельки, Ш и П сердечники или даже стержни (только не кольца, зазор должен быть).

Что у нас там еще должно быть в схеме?

Индикатор режима быстрой зарядки. Это светодиод D2. Хотел поставить красный, но с длинными выводами под руками оказался только желтый. Плоховато светит, но менять уже не буду. Отнимать для него ток у микросхемы не хотелось (хотя так можно было сэкономить один транзистор), поэтому подключил его к общему питанию устройства. Схема включения Q3 похожа на узел на транзисторе Q4 — тоже на базе фиксированные 5В, а эмиттером управляем. R3 — от 330 Ом до килоома.

Выше уже говорилось, что на BATT+ можно подавать напряжение больше 20В, но только при включенном питании, а у нас на батарее вполне может быть больше 20В. Поэтому требуется блокировка входа BATT+, чтобы  не дать напряжению с батареи попасть на микросхему, если на устройство не подано питание. Выполнена она на транзисторе Q8. Пока напряжения питания нет, на базе транзистора 0В относительно эмиттера и он закрыт, при подаче напряжения питания оно поступает на базу и транзистор открывается.

R9 и R10 — делитель напряжения, имитирующий работу датчика температуры. Да, да, настройками датчик температуры не отключается. Поэтому мы вынуждены сделать вид, что он у нас есть, но показывает нормальную температуру, то есть, и не холодно, и не критический нагрев. Для этого пороговое напряжение уровня «холодно» выставим около 0В (вход TLO), а порог «перегрев» установим 5В (вход THI). Ну а на вход термодатчика пусть приходит что-то среднее. Я бы взял 2В с REF, но в даташите почему-то берется напряжение с делителя, то есть, четверть от того же REF. Почему так — не знаю. Но решил скопировать эту часть с даташита: места на плате достаточно, может у разработчиков микросхемы были какие-то свои соображения, которых я не понимаю.

C8 — исключительно важный конденсатор. Его номинал определяет устойчивость работы стабилизатора, при больших значениях стабилизатор будет устойчив и работать будет в линейном режиме, при малых значениях ёмкости — стабилизатор самовозбудится и мы получим генерацию, необходимую для работы Step-down. Частота генерации зависит от ёмкости этого конденсатора, при указанной в даташите ёмкости (220 пФ) частота будет около 30 кГц.

C7 — фильтр на REF, непринципиален.

А теперь самое интересное: расчеты и настройки. А настроить нам надо пять параметров: ток в режиме быстрого заряда, ток в режиме капельного заряда, предельное напряжение на одном элементе батареи, количество элементов в батарее и таймаут. По пунктам:

  • Ток в режиме быстрого заряда — один из важнейших параметров. В принципе, можно установить любой. Но, чтобы всё красиво работало, лучше выбирать из рекомендуемого в даташите ряда: C/2, 1C, 2C, 4C. У меня аккумуляторы на 1800 мАч. Если брать ток 1С, то при 35В это будет 63Вт. Во-первых, у меня нет такого мощного блока питания на 35В. Можно собрать, но это требует времени, а зарядное нужно сейчас. Во-вторых, по предварительной оценке, силовой транзистор придется сажать на небольшой радиатор, а для него места нет. Так что я остановился на токе С/2, то есть, 0.9А. Время зарядки при этом будет около 3-х часов (для полного заряда в NiCd надо вкачать порядка 150% от номинальной ёмкости, то есть, треть энергии уходит в тепло). Ток задаётся номиналом резистора R7. Расчёт такой: R = 0.25В / I, для моего случая R = 0.25В / 0.9А = 0.277 Ом. Я планировал подобрать такой номинал из двух параллельных (R7 и R8), поэтому на плате предусмотрено место под два резистора, но нашёл у себя один на 0. 28 Ом, так что им одним и обошёлся.
  • Ток в режиме капельного заряда должен составлять С/16 независимо от тока быстрого заряда. Но определяется он тем самым резистором R7, что и ток быстрого заряда. А номинал R7, как сказано выше, может меняться в широких пределах. Поэтому необходимо запрограммировать соответствующий делитель в микросхеме. Для моего тока С/2 коэффициент деления устанавливается 8 (всё это есть в даташите), получится ток С/(2*8) = С/16, что и требовалось. Для установки делителя служит вывод PGM3, в данном случае он соединяется с выводом BATT-.
  • Предельное напряжение на одном элементе батареи определяет, какое напряжения будет на выходе зарядного устройства при отключенной батарее. Кроме того, если напряжение на батарее окажется больше этого максимума, батарея будет считаться неисправной и зарядка сразу отключится. Задаётся подачей нужного напряжения на вход VLIMIT. Даташит рекомендует устанавливать это напряжение в 2В. Тут очень кстати источник опорного напряжения на 2В (выход REF), к нему и подключим наш вход VLIMIT.
  • Количество элементов в батарее — тут всё понятно. Программируется коммутацией входов PGM0 и PGM1. В моём случае (15 банок) —  PGM0 на BATT-, а PGM1 на REF.
  • Таймаут — время, через которое заряд прекратится, даже если микросхема не «поймает» Delta Peak. А такое может случится на дохлых аккумуляторах. Естественно, оно зависит от планируемого времени заряда батареи. И тут пришлось призадуматься. Дело в том, что время заряда у меня планируется около 3-х часов. А значение таймаута можно выбрать ровненько 180 минут. Естественно, хотелось бы иметь небольшой запас, так как 180 минут может чуть-чуть не хватить. Но ближайшее большее значение, которое можно выбрать — уже целых 264 минуты. Это очень много. В итоге я решил использовать 180 минут. Ибо китайцы никогда честно ёмкость аккумуляторов не указывают, и, возможно, их реальная ёмкость чуть меньше паспортной. Кроме того, при больших токах заряда КПД NiCd несколько выше. Ну а если всё-таки времени хватать не будет, просто поставлю параллельно R7 ещё и R8, ток немного возрастёт (до 1 ампера), заряд ускорится, тогда времени точно хватит.

Полная схема устройства:

Рекомендации по трассировке платы

Часть рекомендаций прописана в даташите, часть проистекает из общепринятых правил разводки импульсных силовых схем. Во-первых, C8 необходимо подсоединять к выводам CC и BATT- как можно более короткими дорожками. Во-вторых, по дорожке, соединяющей GND и R7 не должны течь токи силовой части. То есть, это измерительная цепь и должна соединять GND и R7 напрямую, ни на что больше не отвлекаясь, и от GND больше никуда не идти. То же самое касательно соединения BATT- и R7, это тоже измерительная цепь. Длина дорожек между BATT+ и BAT+ и между BATT- и BAT- должна быть минимальной. Силовые дорожки должны иметь большую ширину и минимальную длину, площадь контура протекания больших импульсных токов (C1/C3, Q7, D3) должна быть минимальна.

Возможно, трассировка не идеальная, но вполне приемлема (ну не обошелся я без перемычек — две штуки есть):

Размеры корпуса позволили разместить детали на плате свободно, применять SMD — компоненты почти не потребовалось. Дорожки широкие, на всякий случай под ЛУТ рассчитаны (хотя делал фоторезистом), если бы изначально ориентировался только на фоторезист, можно было бы без перемычек обойтись за счет существенного уменьшения ширины дорожек. Но так надёжнее. Готовая плата:

При изготовлении платы немного накосячил с маской, попал кусок плёнки куда не надо, но переделывать не было смысла, ибо дефекты непринципиальные и на работу устройства не влияют.

После сборки сразу захотелось проверить работоспособность. Оказалось, это не так просто. Хитрая микросхема категорически отказывалась заряжать нагрузочный резистор :-). Со свинцовым аккумулятором от бесперебойника получилось немного лучше. Теперь надо попробовать устройство на реальной батарее, а её ещё собрать надо. Вытряхиваем из корпуса старые дохлые аккумуляторы:

Достаём из упаковки вовремя подоспевшие китайские:

Монтируем из них батарею. Удобно, что выводы к аккумуляторам уже приварены: NiCd категорически нельзя греть паяльником (впрочем, этого никакие аккумуляторы не любят), поэтому выводы только привариваются. Несмотря на то, что при сварке температура в несколько раз выше, чем при пайке, разогрев происходит в маленькой точке и тепло тут же рассеивается корпусом, практически не увеличивая его температуру. При пайке же, чтобы припой смочил корпус аккумулятора, его надо хорошо разогреть, и тут уж тепло в немалом количестве доходит до начинки аккумулятора. А вот приваренные выводы вполне допустимо паять, по ним тепла до корпуса доходит совсем немного:

Собираем корпус батареи и устанавливаем на зарядное устройство:

Ура, всё заработало :-D. Конечно же, при первом и втором циклах заряда батарея была подсоединена к заряднику временными проводками для контроля тока и напряжения. Показания приборов подтвердили, что все характеристики соответствуют расчетным. После трёхчасового заряда корпус зарядного устройства заметно нагрелся в районе силового транзистора, но не слишком критично. Даже не стал развинчивать зарядное для непосредственной оценки температуры компонентов, так как и так понятно, что ничего не перегревается.

MAX713 Контроллеры быстрой зарядки NiCd/NiMH аккумуляторов

MAX713 Контроллеры быстрой зарядки NiCd/NiMH аккумуляторов | Аналоговые устройства
  1. Продукты
  2. Продукт
  3. МАКС713
Включить JavaScript



  • Особенности и преимущества
  • Информация о продукте

Особенности и преимущества

  • NiMH или NiCd аккумуляторы с быстрой зарядкой
  • Крутизна напряжения, температура и отключение быстрой зарядки по таймеру
  • Зарядка элементов серии 1–16
  • Нагрузка на батарею питания во время зарядки (линейный режим)
  • Скорость быстрой зарядки от C/4 до 4C
  • C/16 Скорость непрерывного заряда
  • Автоматическое переключение с быстрой на непрерывную зарядку
  • Управление мощностью в линейном режиме
  • 5 мкА (макс. ) Разряд аккумулятора при отсутствии зарядки
  • Шунтовой стабилизатор 5 В для питания внешней логики

Подробная информация о продукте

Никель-металлогидридные (NiMH) и никель-кадмиевые (NiCd) аккумуляторы MAX712/MAX713 с быстрой зарядкой от источника постоянного тока, напряжение которого не менее чем на 1,5 В выше максимального напряжения аккумулятора. Аккумуляторы серий от 1 до 16 можно заряжать со скоростью до 4C. Аналого-цифровой преобразователь, таймер и компаратор температурного диапазона определяют окончание зарядки. MAX712/MAX713 питаются от источника постоянного тока через встроенный шунтирующий стабилизатор +5 В. Они потребляют максимум 5 мкА от батареи, когда не заряжаются. Токоизмерительный резистор нижнего плеча позволяет регулировать ток заряда батареи, при этом подавая питание на нагрузку батареи.

MAX712 завершает быструю зарядку, обнаруживая нулевую крутизну напряжения, в то время как MAX713 использует схему обнаружения отрицательной крутизны напряжения. Обе части поставляются в 16-контактных корпусах DIP и SO. Внешний силовой PNP-транзистор, блокировочный диод, три резистора и три конденсатора — единственные необходимые внешние компоненты.

Доступен оценочный комплект: закажите MAX712EVKIT-DIP для быстрой оценки линейного зарядного устройства.

Приложения

  • Сотовые телефоны
  • Беспроводные телефоны
  • Портативные терминалы
  • Ноутбуки, ноутбуки и карманные компьютеры
  • Портативные стереосистемы

Категории товаров

  • 2
  • 2
  • По крайней мере одна модель в этом семействе продуктов находится в производстве и доступна для покупки. Продукт подходит для новых конструкций, но могут существовать более новые альтернативы.

    {{#каждый список}}

    {{/каждый}}

    Оценочный комплект для MAX713 (коммутация приложений)

    Технические паспорта
    • MAX712-MAX713: Технические характеристики контроллеров быстрой зарядки NiCd/NiMH аккумуляторов (версия 7)

      31. 07.2013
    Данные о надежности Примечания к дизайну
    • НОВЫЙ

      Зарядное устройство NiMH/NiCd Switchmode имеет оконечную нагрузку dV/dt

      8/9/2010
    • НОВЫЙ

      Одночасовое зарядное устройство имеет импульсный ШИМ-управление

      09. 07.1998
    • НОВЫЙ

      Зарядное устройство указывает на непрерывную или быструю зарядку

      09.07.1998
    Технические статьи
    • Как спроектировать приложения для зарядных устройств, для которых требуются внешние микроконтроллеры, и связанные с этим проблемы на уровне системы

      22. 07.2002
    • Импульсное зарядное устройство обеспечивает ток 5 А

      09.07.1998

    MAX713 Дополнительные детали

    Компания ADI всегда уделяла самое пристальное внимание поставке продукции, отвечающей максимальным уровням качества и надежности. Мы достигаем этого путем включения проверок качества и надежности во все области проектирования продукции и процессов, а также в производственный процесс. «Ноль дефектов» для поставляемой продукции всегда является нашей целью.

    Выберите модель

    Запрос уведомлений об изменении продукта/процесса

    Закрыть

    • Сохранить в myAnalog Войти в myAnalog
    {{#ifCond_pcn.length 0}} {{еще}} {{#каждый ПК}} {{/каждый}}

    {{. ./labels.pcn}}

    {{../labels.title}}

    {{../labels.publicationDate}}

    {{количество}} {{#ifCond применимо false}}
    PDN больше не применим для этой части. Он был удален в этой версии PDN. {{/ifCond}}
      {{#каждая ссылка}}
    • {{название}}
    • {{/каждый}}
    {{название}} {{Дата публикации}}
    {{/ifCond}} {{#ifCond pdn. length 0}} {{еще}} {{#каждое персональное имя}} {{/каждый}}

    {{../labels.pdn}}

    {{../labels.title}}

    {{../labels.publicationDate}}

    {{количество}} {{#ifCond применимо false}}
    PDN больше не применим для этой части. Он был удален в этой версии PDN. {{/ifCond}}
      {{#каждая ссылка}}
    • {{название}}
    • {{/каждый}}
    {{название}} {{Дата публикации}}
    {{/ifCond}}

    Часто задаваемые вопросы по оформлению заказа

    См. раздел часто задаваемых вопросов по оформлению заказа, где вы найдете ответы на вопросы об онлайн-заказах, способах оплаты и многом другом.

     

    Цена «Купить сейчас»

    (**) Отображаемая цена «Купить сейчас» и диапазон цен основаны на заказах небольшого количества.

     

    Прейскурантная цена

    (*) Указанная прейскурантная цена 1Ku предназначена ТОЛЬКО ДЛЯ БЮДЖЕТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, указана в долларах США (FOB США за единицу для указанного объема) и может быть изменена. Международные цены могут отличаться из-за местных пошлин, налогов, сборов и обменных курсов. Для получения информации о ценах или условиях доставки обращайтесь к местному авторизованному дистрибьютору Analog Devices, Inc. Цены, отображаемые для оценочных плат и комплектов, основаны на цене за 1 штуку.

     

    Выборка

    При нажатии кнопки «Образец» выше выполняется перенаправление на сторонний образец сайта ADI. Выбранная часть будет перенесена в вашу корзину на этом сайте после входа в систему. Пожалуйста, создайте новую учетную запись там, если вы никогда раньше не использовали сайт. Обращайтесь по адресу [email protected] по любым вопросам, касающимся этого Образца сайта.

    Справка по таблице цен

    MAX712 Зарядное устройство для NiMH аккумуляторов

    MAX712 Зарядное устройство для NiMH аккумуляторов


    Зарядное устройство никель-металлгидридных аккумуляторов MAX713

    Я построил две версии этого зарядного устройства, первую на 2, 4 или 6 элементов, а вторую на 1, 2, 3 или 4 элемента. Последнее было вызвано необходимостью заряжать нечетное количество элементов, казалось бы невозможно с большинством недорогих зарядных устройств, которые должны заряжать элементы в пары. Если бы я понял в начале, что мне нужно зарядить нечетное количество элементов, это можно было бы сделать в одном зарядном устройстве, с подходящей коммутацией.

    Зарядные устройства используют MAX713 IC, который позволяет сделать относительно простое и гибкое зарядное устройство. При правильной настройке можно заряжать от одного до шестнадцати элементов. Это помогает прочитать спецификацию MAX713; он объясняет настройку контактов PGMx и дает вам возможность настроить проект в соответствии с вашими потребностями.

    Я используйте более простой контроллер заряда с линейным режимом. Спецификация также показан контроллер режима переключения; это поможет сохранить отходы нагреть вниз. С линейным контроллером вам нужно подумать о сколько тепла будет рассеивать проходной транзистор. Хорошая жара раковина почти наверняка необходима.

    Ранее Я использовал MAX712 для этих зарядных устройств. Я понял, что MAX713 больше подходит для зарядки NiMH аккумуляторов, поэтому я пересмотрел проект в Февраль 2013. Нужно просто снять MAX712 и вставить МАКС713.

    Версия 1:

    Версия 2:


    R7 (Rsense) определяет ток быстрой зарядки. В моем случае Выбранное мной значение обеспечивает около 720 мА, что является компромиссом между потребность в скорости и необходимость успокоиться на более низкой емкости клетки. С таким током я рекомендую использовать 9V питания, чтобы сохранить рассеивание в транзисторе Q1 до разумного уровня при зарядке одного или две клетки. Для 6 ячеек необходимо использовать источник питания 12 В. В любом случае Q1 нужен хороший радиатор, и вы должны сделать уверен, что не будет слишком жарко. Легко рассчитать, сколько тепла должно рассеиваться Q1 при заданном напряжении питания, количество ячеек равно заряжен, и ток заряда.

    В В таком проекте важно свести к минимуму сопротивление схема, которая проводит ток к батареям. В частности смотреть для переключателя хорошего качества с контактами низкого сопротивления, и хорошим держатели аккумуляторов. Я попробовал 3 разных держателя батарей, которые все выглядели то же самое, но только у одного были низкоомные контакты. К сожалению, MAX713 измеряет напряжение на контакте 2, а не на клемме аккумулятора.

    На следующих фотографиях показан проект версии 1. Гаджет справа — это термистор приклеен к маленькому магниту.

    Вы должны установить R5, чтобы отключить зарядное устройство в какой-то выбранный момент. температура. Я использую 45 градусов C. Используя точный термометр, поместите термистор и датчик термометра вместе возле источника тепла как лампа накаливания. Когда температура достигает выбранного значения, измерьте напряжение на выводе 7 MAX712. Затем переместите вольтметр в контакт 5 и установите R5, чтобы показать такое же напряжение. (Напряжение следует измерять относительно BATT-, а не земли.)

    После попытки построить другие проекты, использующие термисторы, Я знаю, что это ахиллесова пята строителя, потому что ни у кого нет правильный термистор в коробке с их деталями и получение указанной детали может быть трудным до невозможного. MAX713 спец. лист указывает термистор NTC 10 кОм (при 25 градусах C), и предлагает Alpha Sensors p/n 14A1002.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *