',6 Y\EtMHQtEDWHULH 3 LSRMHQtQDSiMHFtKRQDS Wt99êYRGMHW HEDEORNRYDW 8 && NRQGHQ]iWRUHPQ)

Vážení zákazníci, dovolujeme si Vás upozornit, že na tuto ukázku knihy se vztahují autorská práva, tzv. copyright. To znamená, že ukázka má sloužit výhradnì pro osobní potøebu potenciálního kupujícího (aby ètenáø vidìl, jakým zpùsobem je titul zpracován a mohl se také podle tohoto, jako jednoho z parametrù, rozhodnout, zda titul koupí èi ne). Z toho vyplývá, že není dovoleno tuto ukázku jakýmkoliv zpùsobem dále šíøit, veøejnì èi neveøejnì napø. umisováním na datová média, na jiné internetové stránky (ani prostøednictvím odkazù) apod. redakce nakladatelství BEN – technická literatura

[email protected]

5 MAX2003/2003A – obvody pro øízení rychlého nabíjení èlánkù NiCd a NiMH 5.1

Struèný popis

MAX2003 a MAX2003A jsou integrované obvody urèené k pøípravì èlánkù NiCd a NiMH k následnému rychlému nabíjení a k jeho øízení. MAX2003A má vzhledem k MAX2003 navíc mód impulzního kapkového nabíjení, který je prevencí proti tvorbì dendritù v èláncích NiMH. Oba obvody mohou být použity buï pøímo jako spínaný regulátor proudu nebo pro spínání (hradlování) externího zdroje proudu, pøípadnì pracovat v lineárním režimu. Impulzní regulátor se vyznaèuje výbornou energetickou úèinností, ztrátový výkon v nabíjeèi a tedy vznikající teplo je minimální. Zapojení hradlující vnìjší zdroj proudu vyžaduje minimum souèástek, potøebuje ménì prostoru a je levnìjší. MAX2003/MAX2003A obsahují na èipu obvody dovolující urèit vhodný okamžik pro ukonèení rychlého nabíjení a mohou tedy být základem autonomnì pracujícího nabíjeèe. K ukonèení mùže vést pìt kritérií – rychlost stoupání teploty, pokles napìtí, maximální teplota, doba a napìtí. Navíc není možné rychlé nabíjení zahájit, pokud není napìtí a teplota baterie v bezpeèných mezích. Obvody rovnìž umožòují vybíjení èlánkù pøed zapoèetím nabíjecího procesu a tak jim zajistit definovaný výchozí stav. Dovolují tak zvané koncové dobíjení (top-off charging). K obvodùm lze pøímo pøipojit diody LED signalizující aktuální stav prùbìhu nabíjení. Po volbì správného algoritmu lze s nimi nabíjet baterie NiCd i NiMH. Obvody se vyrábìjí v 16vývodových pouzdrech DIP, úzkých a širokých pouzdrech SO s vývody zapojenými podle obr. 5.1. MAX2003 v pouzdrech DIP a širokém pouzdøe SO je pøímým ekvivalentem obvodu bq2003 firmy Benchmarq.

Obr. 5.1 A

Pouzdro MAX2003/MAX2003A shora Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

43

5.1.1 Oznaèení a funkce vývodù pouzdra Tab. 11 Oznaèení vývodù pouzdra MAX2003/MAX2003A a jejich funkce

ýtVOR YêYRGX 2]QDþHQt )XQNFH 

&&0'



'&0'



'9(1



70 70



76



%$7



866



616



7&2



0&9



7(03



&+*



02'



',6



8&&

44

9VWXSSURVSXãW QtU\FKOpKRQDEtMHQtORJLFNêPVLJQiOHP 9VWXSSURVSXãW QtY\EtMHQtS HGQDEtMHQtPORJLFNêP VLJQiOHP 3RYROHQtXNRQþHQtQDEtMHFtKRSURFHVXS LSRNOHVXQDS Wt þOiQNXE KHPU\FKOpKRQDEtMHQt±D 8 9ROEDMHDNWLYQt SRNXGMHYêYRGS LSRMHQQDORJY\VRNi~URYH -HOL YêYRGS LSRMHQQDORJIXQNFHMH]DEORNRYiQD 9VWXS\SURQDVWDYHQtSDUDPHWU U\FKOpKRQDEtMHQtS tGUåQp GRE\DSRYROHQtNRQFRYpKRGREtMHQt'HWDLO\XYiGtWDE 9VWXSSURS LSRMHQtREYRGXSURP HQtWHSORW\VWHUPLVWRUHP 17&6URVWRXFtWHSORWRXQDS WtQDYVWXSXNOHVi 9VWXSSURP HQtQDS WtMHGQRKRþOiQNX1DEtMtOLVHYtFH þOiQN MHQXWQpSRXåtWQDS RYêG OLþ =HP 9VWXSSURP HQtQDEtMHFtKRSURXGX3 LSRMXMHVH N]iSRUQpPXYêYRGXþOiQNX1DS WtQDWRPWRYêYRGXMH S tPR~P UQpSURXGXSURWpNDMtFtPXþOiQNHPDXUþXMHMDND NG\02'VStQi 1DVWDYHQtPH]QtWHSORW\þOiQNX-HOLUR]GtOQDS WtPH]L76D 616PHQãtQHåQDS WtQDYêYRGX7&2MHGHWHNRYiQRS HK iWt þOiQNXDU\FKOpQDEtMHQtQHERNRQFRYpGREtMHQtMVRX XNRQþHQ\ 9VWXSSURGHILQRYiQtPD[LPiOQtKRQDS WtQDþOiQNX 3 HNURþtOLQDS WtPH]L%$7D616QDS WtQDYêYRGX0&9 MHU\FKOpQDEtMHQtQHERNRQFRYpGREtMHQtXNRQþHQR 6LJQDOL]DFHWHSORW\PLPRGRYROHQêLQWHUYDODU\FKOpQDEtMHQt DNRQFRYpGREtMHQtQHMVRXSRYROHQ\9êYRGVStQiS tPR GLRGX/(' 6LJQDOL]DFHIi]HQDEtMHQt9êYRGVStQiS tPRGLRGX/(' 9êVWXS tGLFtKRVLJQiOXSURVStQDQtQDEtMHFtKRSURXGX3UR QDSiMHQt9SODWtåHSRNXGKRGQRWDQDS WtQDYêYRGX616 PHQãtQHåP9MHVLJQiO02'YORJ-HOLWRWRQDS Wt Y\ããtQHåP9EXGHVLJQiO02'YORJ 9êVWXSSUR t]HQtKUDGODWUDQ]LVWRUX026)(7RYOiGDMtFtKR Y\EtMHQtEDWHULH 3 LSRMHQtQDSiMHFtKRQDS Wt99êYRGMHW HEDEORNRYDW NRQGHQ]iWRUHPQ) Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

A

5.2

Mezní hodnoty

Všechny vývody vùèi USS

–0,3 V, +6 V

Trvalý ztrátový výkon (pøi TA = +70 °C) Plastové pouzdro DIP 842 mW (–10,53 mW/°C nad +70 °C) Úzké pouzdro SO 696 mW (–8,7 mW/°C nad +70 °C) Široké pouzdro SO 762 mW (–9,52 mW/°C nad +70 °C) Rozsah pracovních teplot

5.3

0 °C až +70 °C

Charakteristické parametry

UCC = 4,5 V až 5,5 V, zapojení obr. 5.2, mìøeno vùèi USS, TA = TMIN až TMAX, není-li uvedeno jinak (viz tab. 12).

5.4

Èasové charakteristiky

UCC = 4,5 V až 5,5 V, zapojení obr. 5.2, mìøeno vùèi USS, TA = TMIN až TMAX, není-li uvedeno jinak. Typické hodnoty odpovídají UCC = 5 V, TA = +25 °C. Tab. 13 Èasové charakteristiky MAX2003

3DUDPHWU

6\PERO 3RGPtQN\

PLQLPiOQtãt NDLPSXO]

W03:

VStQDFtNPLWRþHW

I0$;

GREDSUR]MLãW QtYORåHQp W%72 EDWHULHYL]3R]QiPNX FK\EDþDVRYp]iNODGQ\ G)&9

&&0''&0' YêYRG02'S L U\FKOpPQDEtMHQt 8&& 9 8&& 9

0LQ 7\S 0D[ -HGQRWN\



mV



N+]

   ± 

PV 

Poznámka: Pøi vložené baterii mùže být po ukonèení rychlého nabíjení UBAT > UMCV maximálnì po dobu tBTO. Pokud tento stav platí i po této dobì, znamená to, že byla baterie vyjmuta.

A

Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

45

Tab. 12 Charakteristické parametry MAX2003/MAX2003A 3DUDPHWU

6\PERO

3RGPtQN\

QDSiMHFtQDS Wt QDSiMHFtSURXG QDS WtþOiQNX YVWXSQDS WtEDWHULH QDS Wt~P UQpWHSORW QDS WtYVWXSXWHSORWQtKRVLJQiOX

8&& ,&& 8&(// 8%$7 87(03 876

NRQHþQpQDS WtY\EtMHQt

8('9

8&& 9

PD[LPiOQtQDS WtþOiQNX

80&9

8&& 9

8/7)

8&& 9

87&2

8&& 9

QDS WtPD[LPiOQtWHSORW\SUR ]DKiMHQtQDEtMHQt

8+7)

8&& 987&2 9

KRUQtS HNOiS FtKODGLQD616

8616+,

8&& 9

GROQtS HNOiS FtKODGLQD616

8616/2

8&& 9

UR]GtOKODGLQ6163R]QiPND

8616+,± 8616/2

QDS WtS LPLQLPiOQtWHSORW SUR ]DKiMHQtQDEtMHQt QDS WtS LPH]QtWHSORW XNRQþXMtFtU\FKOpKRQDEtMHQt

EH]]iW åH 8%$7±8616 876±8616

0LQ 

7\S  

0D[

   8&&  8&&  8&&  8&& 8&& 8&& 8&& P9 P9 8('9 8('9 8&& 8&& 8&& 8&& ±P9 P9 8/7)± 8/7) 8&& 8/7) 8/7) 8  87&2 /7) 87&2 87&2 ±P9 ±P9 8&& 8&& 8&& ±P9 P9 8&& 8&& 8&& ±P9 P9

-HGQRWN\ 9 P$ 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9



P9

SRNOHVQDEtMHFtFKDUDNWHULVWLN\ 3R]QiPND UR]OLãHQtYVWXSXSURP HQt WHSORW\3R]QiPND

±D8

8&& 9



P9

87+(50

8&& 9



P9

~URYH ORJ±YêVWXS

82+

~URYH ORJ±YêVWXS

82/

~URYH ORJ±YVWXS

8,+

~URYH ORJ±YVWXS

8,/

VYRGRYêSURXG

,/.*

YVWXSQtSURXGS LORJ YVWXSQtSURXGS LORJ YVWXSQtSURXGYVWDYX YVWXSQtLPSHGDQFH

,,+ ,,/ ,,=

3UR',67(03&+* P$Ê,ORDGÊP$3UR02' 8&&± P$Ê,ORDGÊP$ 3UR',67(03&+* P$Ê,ORDGÊP$3UR02' P$Ê,ORDGÊ$D &&0''&0''9(1 8&&± 7070 8&&± &&0''&0''9(1 7070 &&0''&0' ± '9(1VSRMHQV8&&D866 7070 8&& ± 7070 866 7070 VWDY ± %$70&97&261676 

9 

9 9     

9

m$ m$ m$ m$ 0W

Poznámka 1: Malá odchylka od typických 30 mV je dána tolerancí interního dìlièe. Poznámka 2: Typické kolísání uvedených hodnot nepøevyšuje ±4 mV.

46

Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

A

Obr. 5.2 Spínaný nabíjeè NiMH baterie s 6 èlánky s ukonèením rychlého nabíjení kritériem DT/Dt

A

Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

47

5.5

Podrobný popis

Nabíjeèe s tìmito obvody mohou ukonèit rychlé nabíjení baterie pøi splnìní rùzných kritérií, pøièemž øídicí obvod prùbìžnì monitoruje ty, které konstruktér zvolí: – pokles (záporný pøírùstek) napìtí (–DU) – rychlost zmìny teploty (DT/Dt) – maximální napìtí – maximální èas – maximální teplota Na obr. 5.3 je uvedeno funkèní blokové schéma øídicího obvodu MAX2003/2003A

Obr. 5.3 Funkèní blokové schéma MAX2003/MAX2003A Výchozími informacemi pøi návrhu zapojení obvodu pro rychlé nabíjení jsou typ nabíjených akumulátorù a doporuèení jejich výrobce pro ukonèení rychlého nabíjení. Z porovnání napìových charakteristik nabíjení obou typù èlánkù uvedených na obr. 5.4 vyplývá, že èlánky NiCd vykazují ke konci nabíjecího procesu výraznìjší pokles napìtí než èlánky NiMH. Detekci poklesu napìtí (–DU) èlánku je v pøípadì MAX2003/2003A možné použít pouze u èlánkù NiCd, u èlánkù NiMH by tato metoda byla nespolehlivá a vedla by k pøebíjení.

48

Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

A

Obr. 5.4

Nabíjecí charakteristika baterií NiCd a NiMH

Ze srovnání nárùstu teploty èlánku bìhem nabíjecího procesu na obr. 5.5 vyplývá, že èlánky NiCd vykazují až do nabití na 80 % kapacity pomìrnì pomalý vzestup teploty, zatímco èlánky NiMH se ohøívají o poznání rychleji. Po nabití na zhruba 90 % kapacity je však již rychlost stoupání teploty u obou typù èlánkù srovnatelná. Detekci pøekroèení urèité rychlosti stoupání teploty èlánku (DT/Dt) lze tedy použít pro ukonèení rychlého nabíjení u èlánkù obou tìchto typù.

Obr. 5.5 Závislost dosažené kapacity a teploty pro èlánky NiCd a NiMH V tab. 14 a tab. 15 jsou uvedeny doporuèené metody ukonèení rychlého nabíjení podle typu èlánku a nabíjecího proudu. Pro volbu správné metody je však vždy rozhodující vyjádøení výrobce!

A

Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

49

Tab. 14 Metody ukonèení rychlého nabíjení èlánkù NiMH

QDEtMHFtSURXG

>&

D7DW DQR

±D8 QH

1L0+ PD[QDS Wt

PD[þDV

PD[WHSORWD

DQR

DQR

DQR

Tab. 15 Metody ukonèení rychlého nabíjení èlánkù NiCd QDEtMHFtSURXG

>& &Då&

D7DW DQR

±D8 DQR

1L&G PD[QDS Wt

PD[þDV

PD[WHSORWD

DQR DQR

DQR DQR

DQR DQR

* použije se jedna nebo obì tyto metody

Na obr. 5.2 je standardní zapojení nabíjeèe èlánkù NiMH, který pracuje v spínaném režimu s nabíjecím proudem èíselnì rovným kapacitì baterie C a užívá kritérium DT/Dt. Je však možné jej použít, jak vyplývá z tab. 15, i pro NiCd. Zapojení tohoto nabíjeèe poslouží v dále uvedeném detailním popisu funkce MAX2003/MAX2003A.

5.6

Mìøení napìtí èlánku

Vývod BAT je urèen k mìøení napìtí pøipadajícího na 1 èlánek nabíjené baterie. Proto je nutné, nabíjíme-li více èlánkù než jeden, použít v pøípadì N èlánkù dìliè z rezistorù RB1, RB2 tak, aby pro jejich odpory platilo: N = (RB1/RB2) + 1 Vzhledem k velmi vysoké vstupní impedanci tohoto výstupu (minimálnì 50 MW), je pro celkový odpor (RB1 + RB2) vhodným kompromisem mezi pøíliš malou hodnotou, kdy by dìliè zbyteènì odvádìl z baterie proud, a pøíliš velkou, která by zvìtšovala èasovou konstantu vstupního filtru, hodnota mezi 100 kW a 500 kW. Filtr, který tvoøí kondenzátor CB a rezistor RB, odstraòuje rušivý šum a tím zvyšuje pøesnost vyhodnocení napìtí baterie. Pøitom je však nutné, aby pro jeho èasová konstantu platilo RB . CB < 200 ms.

5.7

Mìøení teploty baterie

Pro mìøení teploty baterie se pøedpokládá užití termistoru NTC, který s ní musí mít dobrý tepelný kontakt. Údaj o aktuální teplotì nabíjené baterie mùže být využit pro rozhodnutí o možnosti zahájení a ukonèení rychlého nabíjení. K ukonèení lze využít dvì 50

Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM

A