用于镍镉或镍氢电池的线性充电器最大限度地减少了零件数量

虽然可充电锂离子 和锂聚合物电池有 最近是高的首选电池 高性能便携式产品， 老主力镍镉（NiCd） 和较新的镍氢 （镍氢）电池仍然很重要 便携式电源的来源。镍 基于电池坚固耐用，功能强大 放电率高，循环寿命好 而且相对便宜。镍氢 电池正在取代镍镉在许多地方 应用因为更高 容量额定值（高 40% 至 50%）和 由于环境问题 镍镉细胞中所含的镉。 本文介绍镍镉/镍氢电池 充电基础知识，并介绍了 LTC4060 线性电池充电器。

充电入门 镍镉/镍氢电池

各种充电方式 镍基电池分类 按速度：慢，快，快。这 最简单的充电器类型是慢速 充电器，应用定时器控制， 相对较低的充电电流 约14小时。这可能也是 适用于许多便携式应用。 为了缩短充电时间，快速和 快速充电器应用恒定电流 同时监控电池电压 和/或温度确定 何时终止或停止收费 周期。充电时间通常范围 从 3 到 4 小时（快速 充电）至约 0.75–1.5 小时 （快速充电）。

快速和快速充电器强制 恒定充电电流并允许 电池电压上升到水平 它需要（在限制范围内）强制执行此操作 当前。在充电周期中， 充电器测量电池电压 定期确定何时 以终止充电周期。在 充电周期、电池电压 在接受电荷时上升（见图1）。 在充电周期接近尾声时， 电池电压开始大幅上升 更快，达到峰值，然后开始下降。 当电池电压下降时 与峰值相比的固定mV数 （–ΔV），电池已充满电且 充电周期结束。

图1.以 2000C 速率充电的 4mAHr 镍氢 1 芯电池组的典型充电曲线。

电池具有内部保护装置 防止过度收费。虽然 电池电压正在从峰值下降， 电池温度和内部 压力迅速上升。如果快速充电 继续大量 达到充满电后的时间， 电池压力密封可能会暂时 打开导致气体排出。这 不一定是灾难性的 电池，但当电池排气时，一些 电解质也会释放。如果排气 经常发生，细胞最终会 失败。此外，排气后， 密封件可能无法正确关闭，并且 电解质会变干。

差异 镍镉和镍氢电池

开路电压（标称1.2V） 和寿命终止电压（0.9V 至 1V） 两者几乎相同 电池类型，但充电特性 有些不同。所有镍镉电池 可连续涓流充电， 但一些NiMH细胞不能，并且可能 如果涓流电荷 达到完全充电后继续。 此外，电池电压曲线期间 快速充电周期在 两种电池类型。

对于NiMH细胞，减少 电池电压 （–ΔV） 达到 峰值大约是它的一半 镍镉电池，从而带电 基于 –ΔV 的略微终止 更难。此外，镍氢 电池温升期间 充电周期高于NiCd， 和更高的温度进一步 减少发生的 –ΔV 量 当达到完全充电时。为 NiMH细胞，-ΔV几乎不存在 在高温下充电 费率低于 C/2。（请参阅侧边栏 “C”的定义）。旧电池和电池不匹配进一步减少 已经很小的电池电量下降 电压。

两者之间的其他区别 化学成分包括更高的能量 密度和大大降低的电压 NiMH的抑郁或“记忆效应” 细胞，尽管NiCd仍然是首选 适用于高电流漏极应用。 镍镉电池还具有较低的自放电 特性，但镍氢 技术有改进空间 在这方面，虽然镍镉技术是 相当成熟。

LTC4060 镍镉/镍氢 电池充电器控制器

LTC®4060 是一款完整的镍镉或 镍氢线性电池充电器控制器 提供恒定的充电电流 并快速终止充电 最多可为四个串联充电 细胞。使用简单，需要 最少的外部元件， IC驱动廉价的外部PNP 晶体管提供充电电流。 基本配置只需要 五个外部组件，尽管 包括其他功能，例如 作为，电池温度的NTC输入 合格，可调充电电压， 能够驱动状态输出 一个 LED 以及关断和暂停输入。 选择电池化学成分 并且完成要充电的电池数量 通过捆扎销钉，以及 充电电流使用 标准值电阻器。用足够的 热管理、充电电流 最高可达 2A，甚至更高 使用外部电流时的电流 检测电阻与 内部检测电阻。

什么是重要的 设计充电器 使用 LTC4060？

一旦电池化学和 设置单元格数量，必须一个 确定正确的充电电流。 LTC4060 专为快速 为镍基电池充电和 使用 –ΔV 作为充电终止 方法。电池温度可以 还要进行监控以避免过度 充电时的电池温度， 如果充电终止，安全定时器会关闭充电器 不会发生。典型的快速充电电压 轮廓（快速上升，然后下降 在接近末端的电池电压 （–ΔV） 中 的充电周期）仅在 充电电流相对较高。如果 充电电流过低，电池 电压不产生所需的电压 达到电池电压后下降 一个峰值，这是必要的 LTC4060 用于终止充电周期。 在非常低的充电电流下，–ΔV 根本不发生。另一方面 如果充电电流过高， 电池可能会变得过热 需要位于电池附近的NTC热敏电阻来暂停充电 循环允许电池冷却 在恢复充电周期之前。

典型 LTC4060 充电周期

施加足够的输入电压， 未连接电池且正确 充电电流、充电时间和 热敏电阻连接就位， 充电器的输出电压非常接近 到输入电压。正在连接一个 放电的电池到充电器拉 降低充电器的输出电压 低于 1.9 • V细胞（五细胞是总数 电池电压除以正在充电的电池数量），从而开始 充电周期。

如果电池温度为 由NTC热敏电阻测量，是 在 5°C 至 45°C 窗口外， 充电周期暂停且不充电 电流流动，直到可接受的 达到温度。当 电池温度在限制范围内， 测量电池电压并 必须低于最大限制。

如果 V细胞900mV以下，充电器 开始涓流充电 20% 编程充电电流，直到 电压超过900mV，此时 完全编程的充电电流 开始。几百毫秒 充电周期开始后，如果 电池电压超过1.95V， 充电周期停止。此过电压 条件通常意味着电池 有缺陷，需要充电器 通过替换 电池，切换关机引脚，或 卸下并重新接通电源。

一旦编程常数 充电电流开始流动，一段时间 被称为“延迟时间”的时间开始了。 此延迟时间范围从 4 分钟到 15 分钟，具体取决于 充电电流和充电时间 设置。在延迟期间， –ΔV 端接被禁用为 防止误收费终止。一个 电池深度放电或 最近<>月没有被指控 在以下情况下出现电池电压下降 充电周期的早期， 这可能会被误认为是有效的 –ΔV 终止。

在充电周期内，电池 电压缓慢上升。当 电池接近充满电， 电池电压开始上升得更快， 达到峰值，然后开始下降。 充电器每 15 到 40 秒连续采样一次电池电压， 取决于充电电流和定时器 设置。如果每个采样电压读数 小于之前的读数， 连续四次读数，以及 电池电压总降量超过 镍氢电池为8mV/节，镍氢电池为16mV/节 NiCd，充电电流停止，结束 充电周期。开放式排水管 输出引脚“CHRG”，被拉动 在充电周期中低，现在变成高阻抗。

用户可编程充电 功能在以下情况下启动新的充电周期 电池电压降至设定值以下 自放电引起的电压电平 或电池负载。此外，如果完全 充电电池大于1.3V是 连接到充电器，–ΔV 端接 检测电路使能 立即没有延迟时间， 从而缩短了充电周期 已经接近充满的电池 负责。

如果电池达到大约 在充电周期内 55°C， 充电器暂停至温度升高 降至 45°C，然后恢复充电 直到 –ΔV 终止结束 充电周期。如果没有 –ΔV 终止 发生，安全定时器停止 充电周期。如果计时器停止 充电周期，被认为是故障 条件和充电器必须 通过删除和替换 电池，切换 SHDN 引脚或切换 充电器的输入功率。

关于电池容量和充电电流

正确的充电电流始终与电池的容量有关，或者简称为“C”。字母“C”是一个术语，用于表示制造商规定的电池放电容量，以mA • Hr为单位。 例如，额定值为2000mAHr的电池可以在电池电压降至2000.0V或零容量之前提供9mA负载一小时。在同一示例中，以 C/2 速率为同一电池充电意味着以 1000mA （1A） 充电。

快速充电镍镉或镍氢电池的正确充电电流大约在 C/2 和 2C 之间。该电流水平需要该电流水平才能表现出电池达到完全充电时发生所需的–ΔV拐点，尽管在2C下充电可能会导致电池温升过大，特别是对于小型高容量NiMH电池。由于两种电池化学成分之间的化学差异，镍氢电池在快速充电时会产生更多的热量。

注意这些陷阱

不要将负载直接连接到 充电时电池。收费 电流必须保持相对恒定 用于 –ΔV 充电终止 才能有效。负载随变化而变化 当前水平导致微小变化 在可以触发的电池电压中 错误的 –ΔV 电荷终止。为 需要加载的应用程序，请参阅 到显示的电源路径组件 在图 2 中。当输入电压为 存在，负载由 通过肖特基二极管输入电源 D1 和电池与 负载。移除输入电压 将 Q2 的闸门拉低，将其打开 提供低电阻电流路径 在电池和负载之间。

图2.4节2A镍氢电池充电器，带NTC热敏电阻和电源路径控制

最小化 充电器和电池。 一些电池座有弹簧 以及电阻过大的触点。 在 与电池串联可以防止 从启动开始的充电周期，因为 一次电池过压情况 完全充电电流开始。不好 构造电池座也可以 产生假充电终止，如果 电池移动产生过早 –ΔV 读数。

与锂离子电池不同，它可以 并联以增加容量，镍镉 或镍氢电池不应并联， 尤其是在快速充电时。互动 细胞之间阻止适当的 充电终止。如果容量更大 是必需的，请选择较大的单元格。

并非所有镍镉或镍氢电池 充电时的行为相同。 制造商在材料和 施工导致一些 不同的充电电压曲线或 产生的热量。一电池 可设计用于通用 使用或针对高容量进行优化， 快速充电速率或高温 操作。某些电池可能不是 专为大电流 （2C） 充电而设计 导致电池温度高的速率 充电时。此外，大多数新的 细胞未完全形成， 在他们之前需要一些调理 达到其额定容量。调节 由多次充电和 放电周期。

安装在电池附近的热敏电阻 包装，最好是接触 与一个或多个细胞，是高度 推荐，作为安全功能 并延长电池寿命。与表现出非常 充电时温升小， 镍基电池在 充电周期，尤其是镍氢 电池。最小化时间长度 电池暴露在高温下 延长电池寿命。

结论

镍镉和镍氢电池是理想的选择 可充电电源的来源 许多便携式产品和备份 应用。本文有助于 让用户熟悉一些 镍的充电特性 基于电池及其应用方式 至 LTC4060 充电器。充电 镍镉和镍氢电池正确，并且 利用 LTC4060 简化了安全性 线性电池充电器控制器。

审核编辑：郭婷