镍氢/镍镉快速充电器技术介绍

电路结构

(图七)是本快速充电器的电路图。虽然利用PIC微处理器可使电路结构变得非常简洁，不过本电路仍可作各种复杂模式的充电动作。有关PIC微处理器周边电路的特性，基于篇幅限制无法详细说明。电路图右侧两个对称部份是本快速充电器的主要电路。

(图八)是主要电路概要说明图，虽然它是由block 0与block 1所构成，不过两个block的动作特性完全相同，因此只介绍block 0的动作特性。

图八的与是简易定电流电路，该电路利用信号CGH12控制2A充电电流的ON/OFF，此外必需注意的是必需作散热设计。（PASS 1）与（PASS 2）是电池盒未装设电池时，可将充电电流作bypass的FET元件。(图九)是未装设电池2时，充电电流的流动方式。由于break through方式检测电池电压，是在与 ON状态下进行，所以与的电压都可获得GND level基准。

图七　Active Charger的电路图

图八　主要电路概要说明图

图九　电池2未装设时，充电电流的流动方式

动作模式说明

■normal mode

normal mode是指4颗电池同时充电模式。本快速充电器一旦开始进行充电，就成为normal mode，此时各充电block以50ms的间隔交互ON，因此平均充电电流为1A，4颗电池每颗都是1A合计是4A，不过实际上电源只有2A，所以必需使用已商品化可输出5V，2.3A电力的switching regulator type AC adapter，此外本快速充电器必需装设5V的电源稳压器。

■turbo mode 1与turbo mode 2
若按turbo按键就成为turbo mode。turbo mode共有两种形式，分别是电池3或电池4，其中一个装设时的turbo mode 1，与电池3以及电池4同时装设时的turbo mode 2两种。

由于turbo mode 1必需用FET元件，将充电电流bypass，因此此处利用降低ON的时间，藉此抑制FET的发热量。(表二)是turbo mode 1与turbo mode 2的电流分配特性。

表二　各种充电模式的电流分配特性

制作重点

本快速充电器被设计成可作2号、3号、4号各种镍氢/镍镉电池充电，因此採用connector与各电池连接电池盒的方式。值得注意的是电池盒的选用必需非常谨慎，否则电池盒会有溶化（melt）之虞，笔者建议使用Keystone Electronics制作的金属材质电池盒，这种金属材质电池盒具有耐热特性，所以非常适合应用于快速充电器。此外为避免端子部与connector内部短路，因此端子部与connector都必需用热缩套管隔绝。

与两元件会发热，所以装设through hole type散热器（heat sink）增加散热效果；为2.5V驱动的power MOSFET，该MOSFET低gate电压时会变成ON。相反的若不使用FET元件，就无法将电流bypass，同时会造成电池过热问题，换句话说如果使用替代元件时，必需特别注意电池过热问题；由于常见的silicon diode顺电压压降过大，不适合本快速充电器使用，因此分别使用2A等级的shot key barrier diode。外壳钣金为厚1.2mm铝合金制成，正面粘贴有利用back print film制成的装饰panel。

虽然本快速充电器的sequence动作很简易，不过充电时必需单独监控各电池，所以变数与管理相对的非常多，大部份的处理採取定时插入方式。由于插入是每隔50ms进行一次，所以block 0与block 1的处理，是以100ms间隔交互执行，最后的插入处理含有将内部变数当作serial data送信处理成份，因此利用PC撷取该处理结果，并监控内部状态，使用软件则是用MPLAB编写。

充电状态可用(图十)所示的pattern以LED点灭方式显示。图中的「预备充电」是指未检测，强制性充电时段而言。电池装设后，本快速充电器会持续三分钟进行预备充电，主要原因是针对长期放置的电池充电时，充电初期会产生所谓的现象，为避免充电器停止充电，所以作预备性充电设计。此外已充电的4号电池若作turbo充电时，会有过充电之虞，基于安全考量预备充电时间被设计成三分钟。

图十　电池充电状态显示用pattern

本快速充电器亦可支援2号电池的充电，所以total timer被设计成180分；如果是3号以下小容量镍氢、镍镉电池充电时，充电时间大约90分即可。(图十一)是3号镍氢电池的充电特性。如上所述turbo mode充电可分成turbo mode 1与turbo mode 2两种，因此测试时装填两个电池，并以2A最大充电电流的turbo mode 2方式进行。

图十一　3号镍氢电池充电特性

利用dV counter与break through方式制成的006型镍氢、镍镉快速充电器的电路使用8pin DIP flash type PIC12F675，电路内建10位元A-D inverter，由于内建URT无monitor输出专用serial输出端子，因此使用软件监控（monitor）电池的充电状态。此外多余的pin可当作温度检测用thermistor的输出，亦可当作电池pack的充电机。为配合镍氢、镍镉电池的容量，所以充电电流被设计成170mA。由于本充电器的充电对象为006型镍氢、镍镉电池，因此未作复杂的电路设计，换言之dV counter与break through方式制成快速充电器的程式也比Active Charger简单。

结语

虽然Active Charger的电池充放电时间比较长，不过却可利用Easy Comm、Easy GPIB与Excel等软件，以及简单的硬件工具缩短充放电时间，并大幅改善测试方法。整体而言Active Charger具备单数电池充电功能，这种全新创举使得消费者不再受到电池数量的限制，可随时作单数电池快速充电。