MAX712 – Controler pentru incarcarea rapida a acumulatoarelor NiCd / NiMH

Timp de citit: 4 minute

Scopul circuitului integrat specializat MAX712 / MAX713

MAX712 (si MAX713, cu foarte mici diferente) este un circuit integrat specializat pentru incarcarea rapida a acumulatoarelor NiCd sau NiMH de la o sursa de tensiune de curent continuu.

Pot fi incarcate de la 1 pana la 16 elemente (de 1.2V) conectate in serie, numarul acestora programandu-se hardware, prin configurarea potentialelor la pinii PGM_. Incarcarea rapida se face de la C/2 pana la 4C (C = capacitatea acumulatorului). Este disponibila si incarcarea protejata (de intretinere) cu C/16, comutarea realizandu-se automat, de catre elementele interne ce determina logica de lucru a circuitului.

Modul de detectie al sfarsitului de incarcare se face prin sesizarea pantei de tensiune, a temperaturii bateriei sau prin depasirea timpului impus de incarcare. Incarcarea se realizeaza in curent constant. Elementul care ofera informatii despre starea curenta a bateriei este rezistorul RSENSE. Dupa deconectarea de la sursa de tensiune, MAX712 consuma din bateria incarcata max. 5uA.

MAX712 – Semnificatia pinilor la capsula DIP16 (fig.1)

Tensiunea de alimentare trebuie sa fie cel putin mai mare cu 6V decat tensiunea insumata a acumulatoarelor conectate in serie, supuse incarcarii. In figura 1 se prezinta desenul capsulei DIP16, iar semnificatia pinilor este urmatoarea:

• Pinul 1 „VLIMIT” – sesizeaza numarul de celule inseriate; tensiunea intre terminalele BATT+ si BATT- nu trebuie sa depaseasca „VLIMIT x numarul de celule”;
• Pinii 2 si 15, „BATT+2 si „BATT-„ se conecteaza la acumulatorul supus incarcarii;
• Pinii 3 si 4, „PGMO” si „PGM1” – prin conectarea acestora la „V+”, „REF”, „BATT-” sau lasate in aer, se determina numarul de elemente inseriate supuse incarcarii (vezi tabelul 1);

Configurarea pinilor PGM1,0 (tabelul 1)

Numar celule	PGM1	PGM0
1	V+	V+
2	Open	V+
3	REF	V+
4	BATT-	V+
5	V+	Open
6	Open	Open
7	REF	Open
8	BATT-	Open
9	V+	REF
10	Open	REF
11	REF	REF
12	BATT-	REF
13	V+	BATT
14	Open	BATT-
15	REF	BATT-
16	BATT-	BATT-

• Pinul 5 – „HI” – pragul pentru supra-temperatura a bateriei; peste valoarea setata incarcarea se sfarseste;
• Pinul 6 – „TLO” – pragul pentru sub-temperatura;
• Pinul 7 – „TEMP” – detectia dependentei temperaturii de pe un termistor;
• Pinul 8 – „/FASTCHG” – semnalizare stare incarcare;
• Pinii 9 si 10, „PGM2” si „PGM3” – prin conectare la „V+”, „REF”, „BATT-” sau lasate in aer, se deremina timpul de incarcare de la 33 min la 264 min (tabelul 2). „PGM3” determina rata de incarcare in modul protejat (trickle, vezi tabel 3);

Selectarea timpului de incarcare (tabelul 2)

Timp incarcare [min]	PGM3	PGM2
22	V+	Open
22	V+	V+
33	V+	V+
33	V+	BATT-
45	Open	Open
45	Open	REF
66	Open	V+
66	Open	BATT-
90	REF	Open
90	REF	REF
132	REF	V+
132	REF	BATT-
180	BATT-	Open
180	BATT-	REF
264	BATT-	V+
264	BATT-	BATT-

• Pinul 11, „CC” – compensarea buclei de curent constant;
• Pinul 13 „GND” – masa. Pe rezistorul conectat intre „BATT-” si GND este masurat curentul de incarcare;
• Pinul 14 – „DRV” – iesire de curent pentru driver cu tranzistor bipolar PNP;
• Pinul 15 – „V+ „– pentru sunt de curent (R1), „V+” este +5V fata de „BATT-„. Pin pentru alimentare;
• Pinul 16 – „REF” – referinta de tensiune de 2V.

Exemplu de aplicatie tipica cu MAX712 – incarcator rapid pentru acumulatoare

Modul de utilizare a aplicatiei tipice MAX712

Modul de utilizare este simplu si presupune urmatorii pasi:

a) identificarea caracteristicilor acumulatorului utilizat pentru incarcare;
b) determinarea ratei si a timpului de incarcare, conform tabelelor 2 si 3. Se va tine cont ca randamentul incarcarii este de 80% si alegerea timpului de incarcare se majoreaza corespunzator. IFAST[mA] = (capacitatea acumulatorului in mAh) / (timpul de incarcare);

PGM3	Rata incarcare rapida	Curent incarcare in mod protejat
V+	4C	IFAST/64
Open	2C	IFAST/32
REF	C	IFAST/16
BATT-	C/2	IFAST/8

c) alegerea numarului de celule conectate in serie, conform tabelului 1 (maxim 11). La insumare, trebuie tinut cont ca blocul convertor analog-digital intern limiteaza tensiunea pe un element intre 1.4V si 1.9V, altfel panta este negativa si incarcarea va fi oprita;
d) se alege sursa de tensiune astfel incat sa fie mai mare cu 6V decat tensiunea maxima insumata a elementelor de acumulator;
e) derminarea puterii dispipate pe tranzistorul PNP ca (tensiunea max. alim. – tensiunea min. a acumulatorulut) x (curentul de incarcare);
f) se limiteaza curentul pe pinul V+ intre 5mA si 20mA. R1 = (tensiunea minima alim. – 5V)/5mA;
g) se calculeaza RSENSE = 0.25V/IFAST;
h) se consulta tabelele 1, 2 si 3 inainte de incarcare. Exemplu: pentru incarcare rapida cu C/2 se selecteaza un timp intre 1.5x sau 2x din timpul de incarcare, respectiv 3 sau 4 ore.

Concluzie pentru functionarea circuitului electronic

In concluzie, MAX712 se poate afla in doua stari: incarcare rapida sau de intretinere (protejata, trickle).

Circuitul monitorizeaza 3 parametri: panta curbei de incarcare, temperatura acumulatorului (daca se utilizeaza termistoare) si timpul de incarcare.

Prin rezistorul RSENSE se determina prezenta bateriei si curentul de incarcare. Daca tensiunea pe elementul de acumulator se afla sub 0.4V, are loc incarcare protejata, peste urmeaza incarcarea rapida, iar cand incarcarea s-a terminat (situatie sesizata de unul din cei trei parametri enumerati mai sus) se trece din nou in modul de incarcare protejata. Semnul pantei de tensiune, la incarcare, se determina masurand tensiunea la doua intervale de timp succesive; daca panta este negativa se opreste incarcarea rapida.

Daca se doreste incarcarea a mai mult de 11 celule sau se considera ca puterea disipata pe acest tranzistor este mult prea mare, iar costul pentru radiator exagerat, se poate configura circuitul MAX712 ca sursa in comutatie.

Lista de componente necesare pentru realizarea aplicatiei tipice

R1 = (minimum wall-cube voltage – 5V)/5mA;
R2 = 150 Ohm;
R3 = 68 KOhm;
R4 = 22 KOhm;
RSENSE = 0.25V/(IFAST);
C1 = 1 uF;
C2 = 0.01 uF;
C3 = 10 uF;
C4 = 0.01 uF;
C5 (DC IN) = 10 uF;
D1 = 1N4001 (sau 1N4007);
Q1 = 2N6109 (sau TIP42);
IC1 = MAX712CPE+ (16 Plastic DIP) sau MAX712CSE+ (6 Narrow SO);
3 x contacte terminale (pentru alimentare, bateriile sincarcate si consumator).

Bibliografie:

Revista Conex Club – nr.5 – 2006
https://datasheets.maximintegrated.com/
https://www.qsl.net/eb4eqa/ (vezi aici aplicatia dezvoltata si layout-ul de PCB)
https://www.qsl.net/ve3lny/ (vezi aici alte versiuni dezvoltate ale aplicatiei)