Max713 datasheet на русском

Контроллеры ускоренного заряда NiCd/NiMH батарей

Отличительные особенности:

Быстрый цикл заряда NiCd или NiMH батарей
Отключение по значению падения напряжения, температуре и по таймеру быстрого цикла заряда
Заряд до 16 – ти последовательно – соединенных элементов
Режим заряда батареи с, одновременной, рабочей нагрузкой (линейный режим)
Быстрый цикл заряда от С/4 до 4С
Режим медленного заряда С/16
Автоматическое переключение с режима быстрого заряда (Fast) в режим медленного заряда (Trickle)
Линейный, или импульсный режим контроля источника питания
При отсутствии заряда, потребляемый ток составляет 5 мкА (макс)
5 В, шунтирующий стабилизатор, питает внешнюю логику

Области применения:

Оборудование с питанием от батарей:
Компьютеры Laptop, Notebook, и Palmtop
Ручные терминалы
Сотовые телефоны
Потребительская электроника:
Портативные стерео системы
Беспроводные телефоны

Типовая схема включения:

Контроллеры цикла быстрого заряда MAX712/MAX713 NiCd и NiMH батарей работают от источников постоянного тока, с напряжением, по крайней мере, на 1.5 В больше максимального напряжения батареи. Одновременно могут заряжаться от 1 до 16, последовательно – соединенных элементов, с циклом до 4 С. Определение окончания цикла заряда батареи производится с помощью мониторинга падения напряжения и АЦП, таймера, и температурного компаратора. ИС MAX712/MAX713 питаются от источника постоянного тока через, расположенный на плате, шунтирующий стабилизатор напряжения +5 В. Потребляемый (от батареи) ИС ток составляет 5 мкА (макс), в режиме отсутствия заряда. Резистор – датчик тока, расположенный на шине с низким потенциалом, позволяет стабилизировать зарядный ток батарей, даже в режиме одновременного снабжения энергией нагрузки батареи.

ИС MAX712 завершает цикл быстрой зарядки, при получении нулевого падения напряжения, тогда, как MAX713 использует схему отрицательного нулевого падения напряжения. Обе ИС выпускаются в корпусах 16- pin DIP и SO. Единственными, необходимыми, внешними элементами являются: силовой PNP – транзистор, блокирующий диод, три резистора и три конденсатора.

В случае необходимости обеспечения большей зарядной мощности, ИС MAX712/MAX713 могут быть сконфигурированы для работы в импульсном режиме, с минимальной рассеиваемой мощностью. Выпускаются два макетных набора (evaluation kits): MAX712EVKIT-DIP для быстрого ознакомления с контроллером заряда в линейном режиме, и MAX713EVKIT-SO – для ознакомления с зарядным контроллером в импульсном режиме.

Хождение под мухой или две недели с MAX713.

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Не было заботы, купила баба порося.

Всем привет.
Как вы, наверное, уже поняли из заголовка, речь пойдет о зарядном устройстве для никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов на микросхеме MAX713. Схема этого зарядника есть на нашем сайте и посмотреть её можно вот тут. Правда по окончании этой лабораторной работы её придется несколько подкорректировать, однако не буду забегать вперед. Со всем этим добром пришлось изрядно попыхтеть и написание данного опуса растянулось больше чем на две недели — чуть позже поймете почему. Хотя, вполне возможно, кому-то и удалось избежать проблем, которые будут описаны ниже, но тем не менее, тех горемык, которые так же как и я маялись с этой микросхемой судя по нашему форуму хоть отбавляй. Так что, надеюсь, эти две недели не пропадут даром и помогут нашим товарищам не наступать на те грабли, которые беспорядочно раскиданы вокруг.
Итак, вот она, виновница торжества — MAX713:

Короче говоря, начитавшись всяких кошмаров на нашем и на других форумах, я подумал — "Ну вот они все дураки-то. Сейчас я все быстренько соберу и всем покажу козью морду — руки не оттуда растут. ". Однако реальность оказалась гораздо хуже, чем я предполагал. Но обо всем по порядку.
Итак, я метнулся котом помойным в один известный московский магазин радиобарахла, где и было закуплено все необходимое.

Вот из всего этого и будем лепить зарядное устройство. Плату разрабатывать не стал — обойдусь макеткой. Также, для полевых испытаний, были закуплены пара металлогидридных аккумуляторов GP емкостью 1300мАЧ

и симпатичный пенальчик для них:

Ну и славно. Теперь — расчеты.
Итак, у нас есть два аккумулятора по 1300мАЧ каждый. Я выбрал разумный, на мой взгляд, компромисс между скоростью заряда и сохранностью аккумулятора — заряжать будем током С/2, то есть около 750мА.
Теперь, чтобы было проще — по шагам, указанным в статье со схемой.
1. Ток заряда — уже определили — 750мА.
2. Количество аккумуляторов — 2 штуки, смотрим в таблицу 1 — PGM1 остается висеть в воздухе, а PGM0 соединяем с V+.
3. Подбираем входное напряжение. Минимально, оно должно быть равно 2+(1,9*2)=5,8 вольта, то есть, не меньше 6 вольт. Однако у меня был в наличии трансформатор с напряжением на вторичной обмотке 12 вольт. Учитывая диодный мост и фильтрующий конденсатор, получаем входное напряжение — 17 вольт. Не хило. Ну а кому сейчас легко?
4. Определяем мощность выходного транзистора — (17-2,7)*0,75=10,7 ватт. Ну возьмем 11. В принципе, КТ816 такую мощность выдерживает, судя по справочнику. Поэтому, менять я его не стал (пока) и поставил его буржуйский аналог BD140.
5. Считаем R1. R1=(17-5)/5=2,4 кОм.
6. Считаем R6. R6=0,25/0,75=0,33 Ом.
7. Выбираем время тайм-аута — смотрим таблицу 2 — PGM2 прикручиваем к BATT-, PGM2 — к REF. Это будет соответствовать 3-м часам.
Все, с расчетной часть покончено — впереди сплошная практика, чтоб её.
Вся сборка проходила довольно спокойно, в теплой, дружественной обстановке.
Не прошло и пары часов, как получилось вот это:

Резистор R6 был выдран из какой-то платы оставшейся со времен мохнатых мамонтов — со знаком качества.

Так, время достать аккумуляторы. Тут выяснилась одна интересная вещь — когда я перевернул упаковку, мой взгляд уперся в строгую надпись — "Не вскрывать!"

Долго думал. Но потом решил все же на свой страх и риск вскрыть упаковку и вытащить оттуда аккумуляторы. Посмотрим, насколько они заряжены.

Ну, нормальный недозаряд — пациент ни жив ни мертв. Он в коме. Будем лечить.
Ну вот, все готово — по местам стоять, с якоря сниматься!

20 секунд, полет нормальный. Как видите, ток на 50 мА отличается от расчетного — скорее всего это связано с немного большим (на 0,03 Ома) сопротивлением резистора R6. Ну да это не беда.
В первое включение, вся эта конструкция проработала ровно семь минут. Нет, она не сама выключилась — я её выключил. Потому как на диодном мосту (КЦ402А) и радиаторе транзистора можно было жарить яйца. Я побоялся спалить и то и другое, посему пришлось опять бежать в магазин. Правду люди говорят — сколько не бери, а все равно второй раз бежать придется. Таким образом, диодный мост был заменен на другой, с большим максимальным током (1,9А у 2KBB40 против 1А у КЦ402А)

А на транзистор был водружен более монстровый радиатор.

После этого, радиатор все равно разогревался прилично, но руку держать на нем, хотя и с трудом, можно было.
Ну что — опять поехали.
На этот раз мой бульбулятор проработал 24 минуты и вырубился сам. Тьфу, блин! А все не просто так. Ну что же, начнем шаманить. Прежде всего, я заменил транзистор на КТ818.

Снова зарядка. 43 минуты. %;№@%#$"? — сказал я. Решил подойти к делу системно, по научному и промерить везде напряжения, сравнивая их с напряжениями в описании на микросхему. И при очередном замере, между выводом резистора R6 и шупом мультиметра проскакивает маленькая такая, но очень симпатичная искорка. Статика, подумал я. Бубубу, сказала микросхема и откинула коньки. Черт! И в третий раз поехал я к синему морю. Ну в смысле, в магазин. Опять заряд-разряд. 14 минут, 28 минут, 32 минуты. @#$%^%$^#$@%$@#^#&#&.
В общем, чтобы не мучить вас дальше душераздирающими подробностями, скажу в чем было дело.

В резисторе R1. Что сказано в даташите? Что микросхема питается через резистор R1, который нужно рассчитать, но который должен быть (далее дословно) ДОСТАТОЧНО МАЛЫМ, чтобы ток, проходящий через него составлял от 5 до 20 мА. В этом случае, на выводе V+ будет напряжение +5 вольт, что совершенно необходимо для нормально функционирования микросхемы.
Когда я первый раз замерил напряжение на вывод V+, на нем было всего 3,48 вольта. Это вместо 5! При таком напряжении, у внутреннего компаратора микросхемы просто ехала крыша — он не мог понять, то ли зарядка аккумуляторов уже закончилась, то ли еще что стряслось и вырубал все к чертям щенячьим.
Я стал уменьшать сопротивление. В результате, схема начала работать стабильно только когда оно было уменьшено до 1,2 кОм — в два раза, по сравнению с расчетным. А собственно почему? Да потому что светодиод! Тот самый зеленый светодиод, который индицирует подачу питания на микросхему. На нем-то ведь тоже есть падение напряжения, а этого никто в даташите не учитывает.
Короче говоря, очередной заряд после замены резистора прошел в течение 1 часа 20 минут, что вполне нормально, учитывая неполный разряд аккумулятора. После этого времени зарядник перешел в режим медленного заряда, как и положено.

Около 80 мА или чуть больше.
Все. На этом мучения закончились.
Итак, из всего этого можно сделать следующие выводы:
1. Транзистор нужно ставить по-мощнее — КТ818, КТ837 или вроде того. Но учтите, что помимо мощности надо учесть еше и коэффициент усиления — h21э. Иначе, при большом токе заряда микросхема может уйти в защиту — максимальный ток на выводе DRV — 30мА.
2. Провода, ведущие к аккумулятору должны быть достаточно толстыми, а контакт с аккумуляторами должен быть жестким и надежным.
3. Резистор R1 должен быть меньше расчетного как минимум на треть. Если, конечно, использовать индикаторный светодиод. Лучше всего будет подобрать его экспериментально, измеряя (под нагрузкой!) напряжение на выводе V+. Оно должно быть как можно ближе к +5 вольтам.
4. Микросхему нужно защищать от статики — убирать со стола котов и прочих мышей с хомячками.
Вроде бы все.
Удачи всем тем, кто решил делать зарядное устройство на этой микросхеме. Я лично пойду поищу что-то менее капризное. Хотя, конечно, после всех издевательств, которые я над ней учинил, работает она вполне стабильно и аккумуляторы заряжает совершенно нормально.

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 = (V_MIN — V_LED — 5В) / 8мА
R1 > (V_MAX — V_LED — 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:
V_MIN = N * 1.9В + V_O,
где N — количество элементов в батарее, а V_O — 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) — V_MIN 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 * V_LIMIT. V_LIMIT 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 * V_LIMIT.
Стабилизация выходного тока в режиме быстрого заряда. Это основной режим заряда аккумулятора. Ток определяется сопротивлением шунта R_SENSE по формуле R_SENSE = 0.25В / I_FAST.
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, I_TRICKLE 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.

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). V_MIN = 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 V_REF, которое равно 2В. Повесим туда же и V_LIMIT, 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.

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.