随着各种可携式电子产品的普及化，镍氢、镍镉电池用快速充电器成为生活中的必需品，然而大部份的充电器都无法作单数电池充电，因此本文接着将要介绍可作单数电池充电之快速充电器。

设计规格

(表一)是不受电池容量、放电状态差异，可作单数电池快速充电的「Active Charger」充电器的设计规格一览。镍氢、镍镉电池用于快速充电器设计上常见的问题是电池盒的接触阻抗，尤其是电池盒的负极端经常因阻抗发热溶化变形。此外接触阻抗会造成不稳定的电压下降，形成快速充电器的另一项障碍，因此大部份的充电器进行充电时都会利用方式监控电池电压，一旦充电电压开始减缓就立即停止充电动作，然而实际上该电压变化量非常微小，而且电池电压的检测值包含接触阻抗造成的不稳定电压，因此方式经常造成所谓的误动作现象。

表一 Active Charger设计规格一览

项目	载波振幅
项目	输入电源
DC5V±5％，2.1A以上	电池种类
镍氢、镍镉电池	电池容量
充电电压	公称值1.2V
充电输出数量	4个（不可串联）
充电电流	‧一般模式：4个各1A ‧Turbo 1模式：单颗单独充电时1.6A ‧Turbo 2模式：单颗单独充电时2.0A
开始充电	电池装填于专用电池盒，连接电池后自动检测
停止充电条件	‧取出电池时 ‧检测时 ‧total timer的time up（180分） ‧合并使用break through方式与dV down方式
检测分解能力	full scale约2.18V时为10bit（2.1mV）
检测间隔	1秒
预备充电	禁止- 检测时间(3分)
装填检测时间	1.5秒
显示充电状态	针对各电池，LED点灭闪烁
Monitor输出	利用serial间隔100ms，输出内部主要变量

设计步骤

(图一)(a)是三号NiMH（1800mAH）充电电池以1C（1.8A）充电时手指接触电池，电池盒两端与数字多功能电表连接，并用EasyGPIB收集数据，藉此测试接触阻抗对电池电压影响的结果。若与图一(b)未作手指接触的充电电池的测试结果比较时，图1(a)的电压变动非常明显，不过两图的垂直scale几乎完全相同，这意味着上述两方式都无法利用检测电池电压。

《图一 使用电池盒的电池电压变化》

Active Charger利用total充电timer与检测两种方式检测电池的充电完成度。为增加电池的适用范围，所以加长充电timer的设定时间，相对的充电完成度几乎完全依赖的检测，有鉴于此为提高检测精度，因此开发下列两种方案提供用户选择：

break through方式

电压下降主要是接触阻抗与充电电流两者相乘的积所造成，基本上零接触阻抗并无法达成，因为充电电流若变成零，理论上就不会发生电压下降现象。如(图二)所示检测电压前与检测电压后，暂时停止充电电流所谓的「break through方式」。

由于本快速充电器具备特殊的充电控制技术，因此无法使用MAX713特殊IC，必需改用8位微处理器PIC16F876。

《图二 break through方式的动作特性 》

(图三)是利用图一介绍的电池与Active Charger，进行充电时的充电特性。基本上它是在充电中途用手指触摸电池，使接触阻抗产生变化，接着利用几乎不会对system DMM自动检测造成任何影响的R655检测充电电压，由于DMM的测定值内包含电池盒与connector产生的电压下降成份，因此实际电压变动非常大，不过对PIC微处理器的A-D变换值而言，完全不会造成任何不良影响，由此可知采用break through方式，可以获得正确的电池电压变化数据。

此外本快速充电器是利用serial信号，依序输出PIC微处理器内部变量状态，因此可轻易利用PC监控（monitor）PIC微处理器内部状况，如图三所示。具体方法是利用DMM检测电压，再经过GP-IB与Easy GPIB撷取数据，并用Excel同步观测设备内外的状态。值得一提的是Easy Comm.与Easy GPIB是自行开发的free tool。

《图三 以1.6A充电时A-D变换值与利用DMM的电池电压测定值》

dV counter方式

虽然接触阻抗的影响可以利用break through方式排除，不过充电电流如果发生变动，电池电压也会随着改变，如此一来break through方式就无法发挥预期效果，此外本快速充电器被设计成可作充电电流切换，因此必需采用其它对策，才能有效克服接触阻抗的影响。

(图四)是充电电池的充电曲线实例，由图可知由于充电模式的切换，电池电压会朝下方移动，造成检测电路误动作与停止充电等后果，为防止这种现象因此出现所谓的「dV counter方式」。

若与前测定值比较，dV counter方式即使发生变化，dV counter都可控制在±1范围内，亦即在＋1～－１之间，如果是0的场合便停止counter，因此不会有低于0的困扰。

《图四 电池电压的测定值成断续性变化》

(图五)(a)是正常状态时的电池电压与dV counter的变化，由图可知电压变化出现增加趋势时，虽然dV counter维持0状态，不过一旦出现电压变化减缓趋势时，电压变化会随着检测时段逐渐成为counter up状态，到达一定值（大约是4）时，检测便结束充电动作。

图五(b)是充电途中检测值朝下方移动时的dV counter动作特性，由图可知对dV counter的影响，不因电压变动减缓始终维持1 counter，因此几乎不会影响的检测。如果的检测改用微分电路，检测电路在图五(b)状态时，就会发生误动作。有关dV counter，理论上即使检测电压产生巨大变化，dV counter都能控制在±1范围内。

《图五 充电时电池电压与dV counter的动作特性》

(图六)是实际充电电压（A-D转换值）与dV counter的动作特性，由图可知虽然充电中途如果改变充电电流，检测值会朝下方移动，不过即使如此对dV counter完全没有影响。一旦接近，dV counter值会呈现上升倾向，直到4 counter时才停止。由于本快速充电器停止充电后，必需重新设定变量所以无法描绘最终值，不过根据以上实验结果显示dV counter方式，基本上已经展现预期的动作效果。

《图六 A-D转换与dV counter的动作特性》

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。

《图七 Active Charger的电路图》

(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组件。(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。

《图九 电池2未装设时，充电电流的流动方式》