При попытке «быстро» зарядить никель-кадмиевый (NiCd) элемент или аккумуляторную батарею следует проявлять осторожность, когда плотность тока приближается к трети его емкости (C/3) или превышает ее. Когда батарея полностью заряжается, высокий зарядный ток повышает как внутреннее давление, так и температуру элемента, что может быстро вывести батарею из строя или разрушить ее.
Один из способов избежать повреждений – это контролировать разность температур (TDIFF) между температурой поверхности батареи (TB) и окружающей средой (TA) и пропорционально уменьшать зарядный ток (ICH) по мере увеличения разности температур. Разумеется, необходимо убедиться, что датчик, контролирующий температуру окружающей среды, прикреплен к такому месту конструкции, которое приблизительно соответствует тепловой массе батарейного блока. В противном случае разница, обусловленная возникающими тепловыми задержками, отрицательно скажется на результатах.
Рассмотрим пример конструкции, которая должна преобразовывать разность температур в диапазоне от 0 °C до 10 °C в зарядный ток, пропорционально уменьшающийся от C/3 до 0 А. Если значение C равно 750 мА, то C/3 равно 250 мА, и выражение, описывающее эту линейную систему, имеет вид:
 | (1) |
Последовательность, преобразований, реализующих функцию, соответствующую Формуле 1, представлена на Рисунке 1. На нем показаны: датчик температуры (Рисунок 1б), преобразователь разности напряжений в несимметричное напряжение (Рисунок 1в) и преобразователь напряжения в зарядный ток (Рисунок 1г). Схема индивидуально измеряет две соответствующие температуры TB и TA, используя в качестве датчиков два подобранных по характеристикам недорогих кремниевых диода.
 | ||
| Рисунок 1. | Эти графики и формулы, иллюстрирующие работу схемы защиты аккумулятора, включают общую конструкцию (а), схему датчика температуры (б), преобразователь дифференциального напряжения в несимметричное (в) и преобразователь напряжения в зарядный ток (г). | |
Выходные напряжения датчиков VB и VA подаются на входы дифференциального усилителя, который вычитает, масштабирует и смещает их, вырабатывая несимметричное управляющее напряжение VSET, обратно пропорциональное величине TDIFF. Наконец, сильноточный преобразователь напряжения в ток обеспечивает необходимый зарядный ток ICH, прямо пропорциональный VSET.
Из Рисунка 1 видно, что при TDIFF = 0 °C (VDIFF = 0 В) управляющее напряжение VSET, равное 2.5 В, устанавливает максимальный зарядный ток 250 мА. Когда TDIFF повышается до 10 °C (VDIFF = –20 мВ), VSET линейно снижается до 0 В, в результате чего ICH падает до 0 и зарядка прекращается.
 | ||
| Рисунок 2. | Выходные напряжения диодных датчиков температуры подаются на стандартный дифференциальный усилитель, выдающий, в свою очередь, разностное напряжение, которое будет изменяться от –20 В до 0 В при повышении разности температур от 0 °C до 10 °C. | |
Проектирование начинается с написания трех линейных уравнений, описывающих каждый из графически изображенных элементов схемы. Два напряжения с диодных датчиков температуры (Рисунок 2) подаются на входы стандартного дифференциального усилителя (IC1), который для получения дифференциального напряжения VDIFF вычитает напряжение датчика VA = (–2 мВ/°C)TA + 670 мВ из VB = (–2 мВ/°C)TB + 670 мВ:
 | (2) |
В дополнение к вычитанию, описанному Формулой 2, IC1 выполняет усиление дифференциального напряжения VDIFF в 125 раз и добавляет к выходному сигналу смещение +2.5 В. Математическое представление этих операций выглядит так:
 | (3) |
Компоненты выбираются путем простого сравнения коэффициентов усиления и смещения со значениями, необходимыми для схемы преобразования сигнала, описываемой как
 | (4) |
Обратите внимание, что сравнение членов выражения также показывает, как правильно подключать входы: VB следует подключить к входу V(+), а VA – к входу V(–). Дифференциальный коэффициент усиления IC1 равен:
 | (5) |
VREF задается микросхемой IC2 источника опорного напряжения (REF-03), формирующей точное напряжение 2.50 В.
Конструирование преобразователя напряжения в зарядный ток начинается с формулы пропорциональной зависимости ICH от VSET:
 | (6) |
Наконец, обратите внимание, что из-за наличия отрицательной обратной связи усилителя IC3 напряжение VSET оказывается приложенным непосредственно к задающему ток резистору RSET, поэтому
