在設計便攜式產品和無線通信設備時，工程師們有多種電池解決方案可以選擇，包括鎳氫電池(NiMH)、鋰離子電池、鋰聚合物電池和鋰電池(ALB)等。其中，鋰電池以其的能量密度和不斷降低的價格而得到越來越廣泛的應用；鎳氫電池比鎳鎘電池的能量密度高，記憶效應較輕而且比較環保，因此在許多便攜式應用中仍然占據了一席之地。鎳氫電池具有標準尺寸，在大多數應用中可直接替換堿性電池。

　　本文結合一款適用于AA和AAA標準鎳氫電池的充電控制器，對鎳氫電池的充電管理技術進行了論述。該充電控制器除完成鎳氫電池充電控制外．還可以識別電池類型，避免對堿性電池充電。

1 鎳氫電池充電算法

　　隨著鎳氫電池的廣泛應用，其充電器也引入了多項技術。一般需要采用恒流源對鎳氫電池充電，當達到充滿狀態時，電池會發生放熱化學反應，并導致電池溫度上升，電池端電壓降低。可檢測電池溫度上升速率或者負向電壓變化率，來終止充電。這些充電終止方法分別稱為dT/dt和-△V。除了這兩種檢測條件外，當前大多數鎳氫快充充電器還整合了溫度門限測量和超時定時器等安全功能。無論以上哪個條件滿足，都將結束快充。充電速率非常低時，dT/dt和-△V不太明顯，很難精確檢測到。終止檢測方法在充電速率大于C/3時要比低充電速率時容易得多，溫度上升速率大約為1？C/分鐘，-△V響應也比低充電速率時更明顯。

　　快充結束后將以0.lC左右的充電速率浮充30分鐘(當浮充電流設置為其它值時，時間相應調整)，從而徹底充足電池。為補償鎳氫電池的自放電效應，完成浮充后充電器會在電池取出前始終以C/20或者C/30的涓流充電，使電池維持在充滿狀態。

2 新型鎳氫電池充電器

　　DS271l(線性模式)和DS2712(開關模式)是兩款設計巧妙的鎳氫電池充電管理器件，為l節或2節AA或AAA標準鎳氫電池提供了一種理想的充電方案。它們可以構成單機式充電器，或者嵌入系統使用，而且可以靈活地配置為電池串連或電池并聯結構。這兩款器件同樣采用溫度、電壓和充電超時等參數來進行快充控制，并提供浮充和涓充等基本功能。重要的是，它們還可以自動測試電池類型，避免對堿性原電池充電。下面以DS2712為例對其充電控制和電池檢測功能進行說明。

2.1 電路原理分析

　　圖1所示為開關模式充電器。它采用DS2712調節充電電流和終止充電。控制器監視溫度、電池電壓和電池電流。兩個熱敏電阻輸入THMl和THM2分別監視每節電池的溫度。電壓檢測輸入端VPl和VP2分別用于檢測2節并聯電池的端電壓。快充時間通過TMR與地之間的電阻設置，時間范圍在0.5h至10h之間。浮充時間是快充時間的一半。

　　上電時LED2引腳的三種電平狀態(低電平、懸空和高電平)分別選擇l節串聯、2節串聯或2節并聯充電模式，圖中接法選擇2節并聯模式。而DM-SEL引腳的三種輸入電平狀態則選擇兩個LED的充電狀態顯示方式。因此僅通過三個引腳即完成了充電模式選擇、充電狀態顯示方式選擇和狀態顯示。

　　Q3是開關模式充電器的開關功率晶體管；Ll是濾波電感；Dl是整流二極管；C2、C3和C1分別是調節器的輸入電容和輸出電容。Rsense是檢流比較器(DS2711內部是檢流放大器)的檢流電阻。檢流比較器的內部基準電壓為O.125V，DS2712的比較器輸入具有24mV滯回，通過比較器輸出CSOUT提供閉環、開關模式電流控制。CSOUT為低時，充電電流逐漸增大，直到檢流電阻兩端的電壓達到0.125V時，CSOUT變為高電平，關斷Q3。此后，電感電流開始下降，直到檢流電阻兩端的電壓降至約0.1V，CSOUT又變為低電平。該輸出能夠驅動PNP雙極型晶體管或者PMOSFET。經過調節的充電電流ICHG可在開關Ql和Q2的控制下分別為2節并聯的電池充電。

　　充電控制引腳CCl和CC2為開漏極輸出，輸出拉低時可打開相應的開關Q1和Q2，使充電電流源與電池接通。充電過程中，輸出CCl和CC2的操作取決于充電模式配置。并聯模式下，CCl和CC2輪流交替拉低(每路輸出持續32個時鐘周期，每周期0.96秒),任何時刻充電電流只對l節電池充電。可見并聯模式下充電電流是間歇的。在1節或2節電池串聯模式下．僅會拉低CCl。除了周期性的電池阻抗測試和-△V測試外，串聯模式下的充電電流是連續的。

2.2 充電狀態轉換

　　DS2712的內部狀態機控制著CCl和CC2的工作。充電開始時，DS2712先對電池進行狀態測試，以確保電池電壓為1.0 V～1.65 V，并確認溫度為0℃~+45℃。如果電壓低于1.0 V，DS2712將以12.5％的占空比分時拉低CCl和CC2，對電池緩慢預充，以防損壞電池。一旦電池電壓超過1.0 V，狀態機轉為快充模式。

　　進入快充模式幾分鐘之后，每32個時鐘周期進行電池電壓測量(在CCl和CC2為高時進行測量)。如果新的測量結果大于以前的測量結果，則保留新的測量結果。電池電壓不再升高時，始終保留測量值，并與后續測量值比較。一旦檢測到電池電壓跌落-△V門限(典型值為2mV)，將終止快充。如果電池電壓沒有跌落，但保持平坦電壓的時間持續了16分鐘，也將終止快充而進入浮充模式。

　　浮充時CCl和CC2的占空比為12.5％(即快充電流的25％,和預充電流相同)，持續時間為所設快充時間的一半。浮充結束后，充電器進入涓充維持模式，占空比為1/64，直到電池被拿走或重新上電。

2.3 電池類型測試

　　該充電控制器還能夠自動檢測電池類型，并避免對其它類型電池充電。該測試主要依據鎳氫電池和堿性電池的阻抗差異來實現。盡管不同廠家提供的電池阻抗會有所不同，同一電池在各種電量狀態下內阻也會變化，但總的來看，堿性電池比鎳氫電池的內阻要高許多。因此DS2712通過檢測電池的內阻決定電池是否可以充電。

　　快充時占空比為31/32，跳過的時鐘周期進行電池阻抗測試。充電控制引腳CCx為低時，電流充入電池,此時電池兩端的電壓為VON。跳過的時鐘周期內CCx變為高，切斷充電電流，此時電池兩端的電壓為VOFF。當VON-VOFF超過某電壓門限(VCTSE)時，表示電池阻抗過高，內部狀態機自動跳入故障模式并停止充電。VCTST通過接在CTST引腳和地之間的電阻設置，范圍在32mV至400mV之間。VCTST和設置電阻RSET的關系為：

　　而VCTST與電池阻抗門限RCTST的關系為：

　　對于AA和AAA電池可考慮選擇160mΩ(該值可根據需要作相應調整)作為判斷可充電鎳氫電池(新電池或舊電池)的檢測門限，進行新、舊電池的阻抗測試，而堿性電池則不能通過測試，因此不會對其充電。

　　圖2所示為采用DS2712鎳氫充電器對鎳氫電池(事先已充了一部分電)進行充電的電池電壓曲線。上面一條曲線對應CCx為低時(充電電流灌入電池時)的電池電壓，下面那條曲線對應CCx為高切斷電流時的電池電壓。只要這兩條曲線的差值超過VCTST，即表示電池阻抗超過門限阻抗。因此巧妙地實現了電池測試功能。