Jan Humlhans
NAV R H N Ì T E S I Inteligentní nabíjeèky s obvody
MAXIM
pro øízení nabíjení akumulátorù NiCd, NiMH a Li-Ion
Praha 2000
Jan Humlhans
Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM pro øízení nabíjení akumulátorù NiCd, NiMH a Li-Ion Bez pøedchozího písemného svolení nakladatelství nesmí být kterákoli èást kopírována nebo rozmnoována jakoukoli formou (tisk, fotokopie, mikrofilm nebo jiný postup), zadána do informaèního systému nebo pøenáena v jiné formì èi jinými prostøedky. Autor a nakladatelství nepøejímají záruku za správnost titìných materiálù. Pøedkládané informace a zapojení jsou zveøejnìna bez ohledu na pøípadné patenty tøetích osob. Nároky na odkodnìní na základì zmìn, chyb nebo vynechání jsou zásadnì vylouèeny. Vechny registrované nebo jiné obchodní známky pouité v této knize jsou majetkem jejich vlastníkù. Uvedením nejsou zpochybnìna z toho vyplývající vlastnická práva. Vekerá práva vyhrazena © Jan Humlhans, Praha 2000 Nakladatelství BEN - technická literatura, Vìínova 5, Praha 10 Jan Humlhans: Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM BEN - technická literatura, Praha 2000 1. vydání ISBN 80-86056-83-X
Obsah 1 Úvod s trochou historie ............................................................................. 7 2 Druhy elektrochemických napájecích zdrojù, základní termíny a nìkteré dalí pojmy .................................................. 8 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.5 2.6 2.7 2.8
Parametry chemických zdrojù proudu ................................................... 8 Zpùsoby nabíjení .................................................................................... 9 Velikost a znaèení akumulátorù ........................................................... 10 Akumulátory a jejich základní vlastnosti ............................................. 10 NiCd akumulátory ................................................................................. 11 NiMH akumulátory .............................................................................. 12 Akumulátory Li-Ion ............................................................................. 12 Nabíjení èlánkù NiCd a NiMH ............................................................ 13 Nabíjení èlánkù Li-Ion ......................................................................... 13 Kritéria pro ukonèení rychlého nabíjení .............................................. 15 Pouití sekundárních èlánkù a tedy i øídicích obvodù nabíjení ............ 15
3 Integrované obvody pro øízení nabíjení ................................................ 16 3.1 3.2
Souèasná nabídka nabíjecích obvodù firmy Maxim ............................ 17 Krátce o øídicích obvodech MAX712/713, 846, 2003/2003A, 745, 1640/1641, 1679 .......... 19
4 Obvody pro øízení rychlého nabíjení èlánkù a baterií NiCd a NiMH MAX712/MAX713 .......................................... 20 4.1 4.1.1 4.2 4.3 4.3.1 4.3.2 4.4 4.5 4.6 4.6.1 4.6.2 4.7 4.7.1 4.7.2 4.8 4.9 4.10
A
Struèný popis ....................................................................................... Oznaèení a funkce vývodù pouzdra ..................................................... Mezní hodnoty ..................................................................................... Charakteristické parametry .................................................................. Základní informace a postup pøi návrhu nabíjeèe s MAX712/713 ...... Podrobný popis funkce ........................................................................ Napájení MAX712/713 ........................................................................ Rychlé nabíjení .................................................................................... Kapkové nabíjení ................................................................................. Pøíklad k monosti nastavení nestandardního kapkového proudu ....... Nastavení niího kapkového proudu pro baterie NiMH ..................... Regulaèní obvody ................................................................................ Napìová regulaèní smyèka ................................................................. Proudová regulaèní smyèka ................................................................. Ztrátový výkon ..................................................................................... Ukonèení rychlého nabíjení podle sklonu nabíjecí charakteristiky ..... Ukonèení rychlého nabíjení pøi dosaení zvolené teploty ................... Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM
20 22 23 23 24 27 30 31 32 33 33 34 34 35 35 36 36 3
4.11 4.11.1 4.11.2 4.11.3
Dalí poznámky k aplikaci ................................................................... Nabíjení vìtího poètu èlánkù .............................................................. Zvýení úèinnosti pøi napájení zátìe z baterie .................................... Signalizace stádia nabíjení ...................................................................
38 39 39 40
5 MAX2003/2003A obvody pro øízení rychlého nabíjení èlánkù NiCd a NiMH ............................................................... 43 5.1 5.1.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.8.1 5.8.2 5.8.3 5.9 5.10 5.11 5.11.1 5.11.2 5.11.3 5.11.4 5.11.5 5.12 5.13 5.13.1 5.13.2 5.14 5.15 5.16 5.17
Struèný popis ....................................................................................... Oznaèení a funkce vývodù pouzdra ..................................................... Mezní hodnoty ..................................................................................... Charakteristické parametry .................................................................. Èasové charakteristiky ......................................................................... Podrobný popis .................................................................................... Mìøení napìtí èlánku ............................................................................ Mìøení teploty baterie .......................................................................... Zahájení rychlého nabíjení ................................................................... Vloení baterie ..................................................................................... Pøipojení napájení na nabíjeè s MAX2003/2003A s vloenou baterií .... Èíslicové zapnutí rychlého nabíjení signálem CCMD ......................... Vybíjení èlánkù pøed nabíjením ........................................................... Proud rychlého nabíjení ....................................................................... Ukonèení rychlého nabíjení ................................................................. Ukonèení podle nárùstu teploty ........................................................... Ukonèení pøi poklesu napìtí (DU) ..................................................... Vypnutí nabíjení pøi dosaení maximální teploty ................................ Vypnutí pøi maximálním napìtí ........................................................... Vypnutí pøekroèením èasového limitu ................................................. Koncové dobíjení ................................................................................. Kapkové dobíjení ................................................................................. Impulzní kapkové dobíjení .................................................................. Kapkové nabíjení stálým proudem ...................................................... Stav nabíjecího procesu ....................................................................... Vzorový postup pøi návrhu nabíjeèe s MAX2003/MAX2003A .......... Nabíjeè NiCd s MAX2003/2003A bez cívky ...................................... Nabíjeè baterie NiMH napájený zdrojem s proudovým omezením .....
43 44 45 45 45 48 50 50 52 52 52 53 53 54 55 55 56 56 57 57 57 58 58 58 59 59 65 68
6 MAX846A øídicí obvod pro nabíjení akumulátorù rùzných elektrochemických systémù ..................................................... 69
6.1 Struèný popis obvodu .......................................................................... 69 6.1.1 Oznaèení a funkce vývodù pouzdra ..................................................... 71 6.2 Mezní hodnoty ..................................................................................... 73
4
Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM
A
6.3 6.4 6.5
Charakteristické parametry .................................................................. 73 Podrobný popis .................................................................................... 73 Pøíklady zapojení ................................................................................. 75
7 Øídicí obvod MAX745 ............................................................................. 79 7.1 7.1.1 7.1.2 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9
Struèný popis ....................................................................................... Oznaèení a funkce vývodù pouzdra ..................................................... Mezní hodnoty ..................................................................................... Charakteristické parametry .................................................................. Podrobný popis .................................................................................... Øízení napìtí ........................................................................................ Øízení proudu ....................................................................................... Monitorování nabíjecího proudu .......................................................... PWM (Pulse width modulation pulzní íøková modulace) regulátor .. Vnitøní lineární regulátor napìtí a referenèní zdroj .............................. Minimální vstupní napìtí .....................................................................
79 80 82 82 82 82 84 85 85 86 86
8 MAX1640/MAX1641 øídicí obvod pro nabíjeèe NiCd, NiMH a Li-Ion se synchronním usmìròovaèem ....................... 88 8.1 8.1.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 8.13 8.14
Struèný popis ....................................................................................... 88 Oznaèení a funkce vývodù pouzdra ..................................................... 89 Mezní hodnoty ..................................................................................... 90 Charakteristické parametry .................................................................. 90 Podrobný popis .................................................................................... 90 Nabíjení naprogramování výstupního proudu .................................. 91 Volba impulzního kapkového nabíjení a nastavení proudu .................. 94 Vypnutí výstupního proudu (Reim Off) ............................................. 94 Nastavení maximálního výstupního napìtí .......................................... 94 Programování doby tOFF ........................................................................................ 95 Referenèní napìtí ................................................................................. 95 Kompenzace proudové regulaèní smyèky ........................................... 95 Synchronní usmìròovaè ....................................................................... 96 K výbìru souèástek .............................................................................. 96 Dalí informace k aplikaci ................................................................... 96
9 Øídicí obvod MAX1679 ........................................................................... 98 10 Vývojové moduly pro obvody MAX712, MAX713, MAX2003A, MAX846A, MAX745 a MAX1640 ................................. 100 10.1
A
Vývojový modul (Evaluation Kit) MAX712EVKIT-DIP pro lineární nabíjeè NiCd a NiMH ..................................................... 100 Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM
5
10.2 10.3 10.4 10.5 10.5.1 10.6 10.6.1 10.6.2 10.6.3 10.6.4 10.6.5 10.6.7
Vývojový modul spínaného nabíjeèe MAX713SWEVKIT-SO ........ 102 Vývojový modul MAX2003AEVKIT-SO ......................................... 104 Vývojový modul MAX846EVKIT [15] ............................................ 107 Vývojový modul MAX745 ................................................................ 107 Pøíprava a oivení .............................................................................. 108 Vývojový modul MAX1640EVKIT ................................................... 111 Veobecný popis ................................................................................. 111 Pøíprava a oivení ............................................................................... 111 Struèný popis funkce ........................................................................... 111 Nastavení výstupního proudu ............................................................. 113 Nastavení poètu nabíjených èlánkù ..................................................... 113 Pouití stavebnice pro obvod MAX1641 ............................................ 114
11 Nìkolik dalích aplikací obvodù MAX712, 713, 846 .......................... 115 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7
Nabíjeè s indikací reimù nabíjení [4] ................................................ 115 Nabíjeè a kondicionér [5] ................................................................ 116 Spínaný nabíjeè pro nabíjení proudem 5 A [24] ................................. 118 Spínaný nabíjeè nabije baterii za 1 hodinu [6] .................................... 118 Obvod pro øízení rychlého nabíjení se spínaným zvyovacím regulátorem napìtí [25] .................................................. 120 Nabíjeè s MAX712 nabije NiMH akumulátor 500 mAh za 4 hodiny [26] ................................................................. 122 Øídicí obvod + mikropoèítaè = inteligentní nabíjeè ....................... 123
12 Inteligentní baterie a nabíjeèe v systému SBS .................................... 126 13 MAX1647/1648 obvody pro rychlé inteligentní nabíjeèe baterií nìkolika elektrochemických systémù ...................................... 128 13.1
Krátce k MAX1647 ........................................................................... 130
14 MAX1667 ............................................................................................... 131 15 Øídicí obvod MAX1645 ......................................................................... 133 16 Co lze oèekávat v blízké budoucnosti .................................................. 134 17 Literatura ............................................................................................... 135
6
Inteligentní nabíjeèky s obvody MAXIM
A
