【应用】基于圣邦微低功耗运算放大器SGM358的镍氢电池充电方案，可降低记忆效应，滞回电压检测设计成就工业级应用
近年来，锂电池发展迅猛，尤其在消费类电子应用越来越广泛，镍氢电池的市场份额越来越小，但是镍氢电池凭借其安全性和可靠性，在工业领域中仍然有广泛的应用。镍氢电池较镍镉电池具有环保、能量密度高的特点，是镍镉电池的1.5倍以上，而且记忆效应也远小于镍镉电池。
在工业设备使用镍氢电池会频繁充电，充放电深度不够仍然会造成一定的记忆效应，充电精度不够会造成电池容量损耗甚至导致电池寿命大幅减小。本文主要介绍一种基于圣邦微低功耗运算放大器SGM358设计的镍氢电池充电电路原理，主要针对解决以上问题，经验证，切实有效可用。
图1 充电电路原理图
本电路采用限压恒流法为两节串联结构的镍氢电池充电，电池规格设计为1.2V 2000mAh。电路原理见图1，主要由基准源单元、恒流驱动单元和电压检测控制单元三部分组成：
1，基准源单元：由R4、R7、R9和U2构成，U2型号为TL431，由R4提供工作偏置电流，由R7和R9配置成2.7V的基准，提供给后级。典型电路如图2所示：
图2 TL431典型电路原理
根据公式和电路参数得出：
Uo = 2.495V * （1 + 820 / 10K） = 2.700V
2，恒流驱动单元：由R2、R5、Q1、Q2和D2组成。Q1型号SS8550作为输出调整管，Q2型号SST3906T116作为限流检测管，D2型号RR264MM-400作为反向截止管，防止电池电压倒灌，R2为电流采样电阻，R5为偏置电阻。电路恒流段最大输出电流由三极管Q2的UBE（典型值为0.65V）和电流采样电阻R2的阻值决定：
Io = UBE / R2 = 0.65V / 1.6 ≈ 406mA
3，电压检测控制单元：由D1、U1、R3、R6、R8组成。D1兼做充电指示和为Q1提供偏置电流。U1型号为SGM358，内部由两个运算放大器构成，为电压检测控制单元的核心，其中一个运算放大器U1A设计为滞回比较电路，其作用为控制充电启动和停止的电压，另一个运算放大器U1B设计为跟随器，利用其高阻输入性能减少检测电路对电池的影响。
根据电路的设计参数，滞回比较电路的两个电压阈值分别为：
Uth1 = 2.897V （平均单节1.449V）
Uth2 = 2.459V （平均单节1.229V）
电池电压低于2.459V时，滞回比较器U1A输出为低电平，LED点亮，由D1、R5为Q1提供偏置，使得恒流驱动电路输出约400mA电流（按2000mAh电池算为0.2C）为镍氢电池充电，当电池电压充至大于2.897V时，滞回比较器U1A输出为高电平，LED灭，Q1失去偏置，充电停止，此时由R1继续提供涓流充电，以弥补电池自身放电消耗，涓流电流为：
It = （5V – 2.897V）/ 680R = 3mA
电路PCB设计参考图如下：
图3 基于SGM358的镍氢电池充电板PCB图
本电路经验证，具有良好的性能表现，特点如下：
·充电电流适中，有效避免电池发热；
·充电控制电压精确，电池既不会欠充也不会过充；
·特有的滞回电压检测设计，使得电池既可以保证80%以上的可用电量，又不会让电池长期处于完全充满状态， 避免电池钝化性能下降，适合工业应用场合；
·自身功耗较低，节能的同时降低了热设计难度。
低功耗运算放大器SGM358产品特性：
·成本低；
·工作电压2.1-5.5V，输入输出均为轨到轨结构，适合低电压单电源供电的场合；
·输入失调电压最大仅5mV，输入偏置电流仅10pA，能够满足绝大多数的需求；
·增益带宽为1MHz；
·功耗低，工作电流仅60μA/每个运放；
·提供SOIC-8, MSOP-8 和 DIP-8等多种封装，可供灵活选择。
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用户15955234 Lv3. 高级工程师 2020-04-28这个应用方案应该仅限于输入电压和电池电压压差比较小的情况下使用，不然Q2功耗巨大，容易过温烧坏 -
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eric陈 Lv7. 资深专家 2019-10-31很有意思的解决方案
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SGMICRO放大器选型表
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产品型号
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品类
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CH
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SHDN
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Vᴄᴄ(Min)(V)
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Vᴄᴄ (Max)(V)
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Vᴏs(mV)
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Iq/CH(μA、nA、mA)
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Iʙ(pA)
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GBP(MHz、kHz)
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SR(V/ms、V/μs)
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Eɴᴏɪsᴇ(nV/√Hz、μVᴘᴘ)
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Package
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SGM8545
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低功耗运算放大器
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1
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N
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2.1
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5.5
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3.5
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48μA
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0.5
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1.1MHz
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520V/ms
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27nV/√Hz
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SOT-23-5
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