【鎳氫電池充電器】鎳氫電池充電器電路圖 鎳氫電池充電器原理圖分析

自制鎳氫電池充電器電路圖

文介紹的自制充電器用LM324的4個運算放大器作為比較器，用TL431設(shè)置電壓基準(zhǔn)，用S8550作為調(diào)整管，把輸入電壓降壓，對電池進(jìn)行充電，其原理電路見圖。其特點是電路簡單、工作可靠、無需調(diào)整、元器件容易購買等，下面分幾個部分進(jìn)行介紹。

1、基準(zhǔn)電壓Vref形成

外接電源經(jīng)插座X、二極管VD1后由電容C1濾波。VD1起保護(hù)作用，防止外接電源極性反接時損壞TL431。R3、R4、R5和TL431組成基準(zhǔn)電壓Vref，根據(jù)圖中參數(shù)Vref=2.5×（100 820）／820=2.80（v），這個數(shù)據(jù)主要是針對鎳氫充電電池而設(shè)計（單節(jié)鎳氫充電電池充滿后電壓約為1.40V）。

2、大電流充電

（1）工作原理

接入電源，電源指示燈LED（VD2）點亮。裝入電池（參考圖片，實際上是用導(dǎo)線引出到電池盒，電池裝在電池盒中），當(dāng)電池電壓低于Vref時，IC1-1輸出低電平，VT1導(dǎo)通，輸出大電流給電池充電。此時，VT1處于放大狀態(tài)-這是因為電池電壓和-VD4壓降的和約為3.2V（假設(shè)開始充電時電池電壓約為2.5V），而經(jīng)VD1后的電壓大約5.OV，所以，VT1的發(fā)射極－集電極壓差遠(yuǎn)大于0.2V，當(dāng)充電電流為300mA時，VT1發(fā)熱比較嚴(yán)重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者適當(dāng)增大基極電阻以減小充電電流（注：由于LM324低電平驅(qū)動能力較小，實測IC1-2，IC1-4輸出低電平并不是0V，而是約為0.8V）。

（2）充電的指示

首先看IC1-3的工作情況：其同相端1O腳通過R13接Vref,R14接成正反饋，反相端9腳外接電容，并有一負(fù)反饋通路，所以，它實際上構(gòu)成了滯回比較器。剛開始時C2上端沒有電壓，則IC1-3輸出高電平。這個高電平有兩個放電通路，一個通路是通過R14反饋到10腳，另一通路是經(jīng)電阻R15對電容C2充電，當(dāng)充電的電壓高于10腳電壓V 時，比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平；與此同時，由于R14的反饋作用，10腳電壓立即下跳到V-，這時，電容C2通過電阻R15放電，當(dāng)放電的電壓小于10腳電壓V-時，比較器再次翻轉(zhuǎn)輸出高電平，由于R14的反饋作用，10腳電壓立即上跳到V ，此后電路一直重復(fù)上述過程，因此，IC1-3的輸出為頻率固定的方波信號。

其次看IC1-4的工作情況：電池電壓經(jīng)R2、R16分壓，接IC1-4的12腳，因為R2<，所以輸入IC1-4的12腳電壓基本上略低于電池電壓，

顯然它更低于其l3腳電壓因此，IC1-4輸出穩(wěn)定的低電平。結(jié)合上面的討論，我們可以看出，加在R12和VD 3通路一端為頻率固定的方波電壓，另一端為穩(wěn)定的低電平，因此，發(fā)光二極管VD3會周期性點亮，給人一閃一閃的感覺。

最后看IC1-1的工作情況：當(dāng)IC1-2輸出低電平時，顯然IC1-1的3腳為低電平，而其2腳通過R1接Vref所以，IC1-1也輸出低電平。結(jié)合上面的討論，我們可以看出，R11和VD5兩端電壓差為零，因此，VD5（飽和指示）不能點亮!

另外，由于IC1-1輸出低電平，無論IC1-3的9腳電壓如何變化（電容充、放電在該腳形成三角波電壓）都不會受IC1-1輸出的影響—因為IC1-3的9腳電壓（要么高到V ，要么低到V-）始終高于IC1-1的輸出，VD6反偏截止!所以，這種狀態(tài)下，三只指示燈的工作情況分別為：VD2點亮，指示電源正常；VD3閃爍，指示電池充電正常；VD5不亮。

3、小電流充電

當(dāng)充電一段時間后，電池電壓慢慢上升到接近Vref時，IC1-2輸出電壓慢慢上升，于是，流過R7的電流慢慢減小，即流經(jīng)VT1基極的電流慢慢減小，因此VT1輸出的電流也會慢慢減小，但電池電壓還會持續(xù)不斷地緩慢上升，當(dāng)電池電壓幾乎等于Vref時，IC1-2會輸出較高電壓，這時IC1-1的3腳電壓高于2.8OV（反相端2腳的輸入端電壓），比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平。該電壓有兩個作用：一方面會使VD5正偏導(dǎo)通被點亮（此時，IC1-4輸出還是低電平），指示充電飽和；另一方面VD6也正偏導(dǎo)通，而R17很小，實際上是強(qiáng)制C2上端為高電平，所以IC1-3的9腳電壓高于10腳電壓，IC1-3被強(qiáng)迫輸出低電平，VD3因無正偏壓而熄滅。

雖然，從外在的表現(xiàn)看充電燈熄滅，飽和燈點亮在某一時刻瞬間轉(zhuǎn)換完成，但是實際上充電過程卻是逐漸過渡的：當(dāng)電池電壓遠(yuǎn)低于Vref時持續(xù)大電流充電，當(dāng)電池電壓接近于時充電電流慢慢減小，直至逐漸充電趨近零——即使飽和燈點亮?xí)r，小電流充電仍在繼續(xù)!所以這種狀態(tài)下，三只指示燈的工作情況分別為：VD2點亮，指示電源正常；VD3不亮；VD5點亮（飽和指示，小電流充電）。

4、IC1-4的用途

從上面2、3內(nèi)容的分析中可以看出，無論電路是大電流或小電流充電，IC1-4的輸出一直是“低電平”，好像它沒有什么作用似的，還不如直接把VD3、VD5負(fù)極接“地”？剛開始設(shè)計時，確實沒有考慮用IC1-4，把VD3、VD5的負(fù)極直接接地。然而，當(dāng)制作好后通電工作時發(fā)現(xiàn)一個問題：當(dāng)不裝電池通電時，飽和指示燈VD5點亮—顯然不合適！因為，沒裝電池時VT1處于微導(dǎo)通狀態(tài)，IC 1-2的5腳電壓高于，IC1—2輸出高電平，于是IC1-2也輸出高電平，VD5點亮。

若在原理圖中接入IC1-4，沒裝電池時VT1處于微導(dǎo)通狀態(tài)，IC1-4的1 2腳電壓也會高于，因此，IC1-4輸出高電平，這樣VD5就不能點亮。

需要說明一點，外接輸入電壓不能太高，也不能太低。輸入電壓太高，大電流充電時調(diào)整管發(fā)熱嚴(yán)重；另一方面，IC1-2輸出高電平的時間會因為電源電壓較高而提前超過Vref（設(shè)定值），這樣就會給我們一個錯覺，電池很快就充滿了!實際上并非如此。輸入電壓太低也不好，同上面的分析一樣，IC1-2輸出高電平的時間會因為電源電壓較低而遲后，更有甚者，也可能永遠(yuǎn)達(dá)不到充電指示燈一直閃爍，但大電流充電過程早已結(jié)束。所以，外接電壓太高或太低，充電和飽和指示的狀態(tài)是不準(zhǔn)確的。

變壓器提供3-6V的交流電壓，經(jīng)過4個二極管組成的橋式整流電路得到脈沖直流電，再經(jīng)過C1的濾波就基本是平滑的直流電了。LED1和R1組成電源顯示。

開機(jī)啟動過程：電流經(jīng)過T1的BE結(jié)，經(jīng)過LED2，R2，R3，對C2充電，以及由T3BE結(jié)和R5R7組成的并聯(lián)回路，由于C2在通電以前內(nèi)部沒有電荷，所以流過T1BE結(jié)的電流經(jīng)過放大后，就有直流電壓輸出到T1的集電極，這個時候電流分3個回路：

1、流過R4給T2提供偏流，以達(dá)到讓T1繼續(xù)維持導(dǎo)通

2、流過R1和RP組成的分壓電路。R6和RP的作用就是組成電壓檢測線路，

3、給電池充電

這個電路又個自動保護(hù)，一個是充電電壓自動控制。還有一個是充電電流自動控制。

電壓自動控制由R6，RP，C3，D1，T3組成。當(dāng)R6和RP的分壓電壓超過D1和T3 BE結(jié)的壓降1。4V以后，T3基極得到電流，使T3集電極電壓下降，促使T2濟(jì)濟(jì)電流也下降，然后是T1基極電流也下降，最后是輸出電壓也下降。

電流控制原理和電壓控制一樣，不過采樣元件是R7而已，這里不重復(fù)敘述。

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