【鎳氫(qing)電(dian)池充(chong)電(dian)器】鎳氫(qing)電(dian)池充(chong)電(dian)器電(dian)路(lu)圖 鎳(nie)氫電池充電器(qi)原(yuan)理圖分析

自制鎳氫(qing)電池充電器(qi)電路圖

文介紹的自制充電器用LM324的4個運(yun)算放大器作為比較(jiao)器，用(yong)TL431設(she)置電(dian)壓(ya)基(ji)準，用S8550作為調(diao)(diao)整管(guan)，把輸入電(dian)(dian)(dian)壓(ya)降(jiang)壓(ya)，對電(dian)(dian)(dian)池(chi)進行充電(dian)(dian)(dian)，其(qi)原理電(dian)(dian)(dian)路見圖。其(qi)特點是電(dian)(dian)(dian)路簡單、工(gong)作可靠、無(wu)需調(diao)(diao)整、元器(qi)件容易購買(mai)等，下面分(fen)幾個部分(fen)進行介紹(shao)。

1、基準電壓Vref形成

外接電源經插座X、二(er)極管VD1后(hou)由電容C1濾(lv)波(bo)。VD1起保(bao)護作(zuo)用，防(fang)止外(wai)接電源極性反接時損壞(huai)TL431。R3、R4、R5和TL431組成基(ji)準(zhun)電壓Vref，根(gen)據圖中(zhong)參數Vref=2.5×（100+820）／820=2.80（v），這個數據主要是針對鎳氫充電電池而設計（單節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，實際上是用導線引出到電池盒，電池裝在電池盒中），當電池電壓低于Vref時，IC1-1輸出低電平，VT1導通，輸出大電流給電池充電。此時，VT1處于放(fang)大狀(zhuang)態(tai)-這(zhe)是因為電池(chi)電壓(ya)和(he)-VD4壓降的和(he)約為3.2V（假設開始充電時電池電壓約為2.5V），而經VD1后的電壓大約5.OV，所以，VT1的發(fa)射極－集電極壓差遠大(da)于0.2V，當充電(dian)電(dian)流為300mA時，VT1發熱比(bi)較(jiao)嚴(yan)重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者(zhe)適當(dang)增(zeng)大基(ji)極(ji)電(dian)(dian)阻以減(jian)小充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流（注：由于LM324低(di)電平驅(qu)動能力較小(xiao)，實(shi)測IC1-2，IC1-4輸出低電(dian)平并不是(shi)0V，而是約(yue)為0.8V）。

（2）充電的指示

首先看IC1-3的(de)工作(zuo)情況：其同相端1O腳通過R13接Vref,R14接成正反饋，反相(xiang)端(duan)9腳(jiao)外接電容，并有一負(fu)反饋通(tong)路(lu)，所以，它實際上構成了滯(zhi)回比較器。剛(gang)開始(shi)時C2上端(duan)沒有電壓，則IC1-3輸(shu)出高電平。這個高電平有兩個放電通(tong)(tong)路，一個通(tong)(tong)路是通(tong)(tong)過R14反饋到10腳，另(ling)一通(tong)路是經電阻R15對電(dian)容C2充電(dian)，當充電(dian)的(de)電(dian)壓高(gao)于10腳電壓(ya)V+時，比較(jiao)器翻轉輸出低電平；與此同時，由于R14的反饋作用，10腳(jiao)電壓立(li)即下跳到V-，這(zhe)時(shi)，電容(rong)C2通過(guo)電阻R15放(fang)電，當放(fang)電的電壓小于(yu)10腳電(dian)壓V-時，比較(jiao)器(qi)再次翻轉輸出高電平，由于R14的反饋作(zuo)用，10腳(jiao)電壓立即上跳到V+，此后電路一(yi)直(zhi)重(zhong)復上述過程，因此，IC1-3的輸出(chu)為(wei)頻率固定的方波信(xin)號。

其次看IC1-4的(de)工(gong)作情況：電池(chi)電壓(ya)經(jing)R2、R16分壓(ya)，接IC1-4的12腳，因為R2<，所以輸入IC1-4的12腳電壓(ya)基本上略低(di)于電池(chi)電壓(ya)，

顯然它更低于其l3腳電壓因此(ci)，IC1-4輸出(chu)穩定的低電(dian)平。結合上(shang)面(mian)的討論，我們可以看(kan)出(chu)，加在R12和VD 3通路一端(duan)為頻率(lv)固定的(de)(de)方波電(dian)壓(ya)，另(ling)一端(duan)為穩(wen)定的(de)(de)低電(dian)平，因此，發光二極(ji)管VD3會周期性點亮，給(gei)人(ren)一(yi)閃一(yi)閃的(de)感(gan)覺(jue)。

最后看IC1-1的工作情(qing)況：當IC1-2輸出低電平時，顯然IC1-1的3腳為(wei)低電平，而其2腳通過R1接(jie)Vref所以，IC1-1也輸出低(di)電平。結合(he)上面的討(tao)論，我們可以看出，R11和VD5兩端電(dian)壓差為零，因此，VD5（飽和指示）不能點亮!

另外，由于IC1-1輸出(chu)低電(dian)平，無論IC1-3的9腳電壓如何(he)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(wei)IC1-3的(de)9腳電(dian)壓(ya)（要么高到V+，要么低到V-）始終高于IC1-1的(de)輸出，VD6反偏(pian)截止!所(suo)以，這種狀態下，三只指示燈的工作情況(kuang)分別為(wei)：VD2點亮，指示電源正常；VD3閃爍，指示電池(chi)充電正(zheng)常；VD5不(bu)亮。

3、小電流充電

當充電一段時間后，電池電壓慢慢上升到接近Vref時，IC1-2輸出電壓慢(man)慢(man)上升(sheng)，于(yu)是，流過(guo)R7的電流(liu)慢慢減小，即(ji)流(liu)經(jing)VT1基(ji)極的(de)電流慢(man)慢(man)減小，因此VT1輸出的電(dian)流也會慢(man)慢(man)減小，但電(dian)池電(dian)壓還會持續不斷地緩(huan)慢(man)上升，當(dang)電(dian)池電(dian)壓幾乎等于(yu)Vref時，IC1-2會(hui)輸出(chu)較高電壓，這時(shi)IC1-1的3腳電壓高于2.8OV（反相端2腳(jiao)的輸入端(duan)電壓），比較器翻轉輸出高電平。該電壓有兩個作用：一方面會使VD5正偏導通被點亮（此時，IC1-4輸(shu)出(chu)還(huan)是(shi)低電平(ping)），指示充電飽和；另一方面VD6也正偏導通，而R17很小(xiao)，實際上是強制C2上端為高電平，所以IC1-3的9腳電(dian)壓(ya)高(gao)于10腳電壓，IC1-3被強迫(po)輸出(chu)低(di)電平，VD3因無正偏壓而熄滅。

雖然，從外在的表現看充電燈熄滅，飽和燈點亮在某一時刻瞬間轉換完成，但是實際上充電過程卻是逐漸過渡的：當電池電壓遠低于Vref時持續大(da)電(dian)流充(chong)電(dian)，當(dang)電(dian)池電(dian)壓接近于時充(chong)電(dian)電(dian)流慢慢減(jian)小，直至(zhi)逐(zhu)漸充(chong)電(dian)趨近零——即使飽和燈(deng)點亮(liang)時，小電流充電仍(reng)在繼續!所以這種狀態下，三只指(zhi)示燈(deng)的(de)工作(zuo)情況分別為：VD2點(dian)亮(liang)，指示電源正常；VD3不亮；VD5點亮（飽和指(zhi)示，小電流充電）。

4、IC1-4的用途

從上面2、3內容(rong)的(de)分析中可(ke)以看出，無論電(dian)(dian)路是大電(dian)(dian)流或(huo)小電(dian)(dian)流充電(dian)(dian)，IC1-4的輸(shu)出一直(zhi)是“低電平(ping)”，好像它沒有(you)什么作用似(si)的，還不(bu)如直(zhi)接把VD3、VD5負極接“地”？剛開始(shi)設計時，確實沒有考慮(lv)用(yong)IC1-4，把VD3、VD5的(de)負極(ji)直接(jie)接(jie)地。然(ran)而(er)，當制作(zuo)好(hao)后通電工作(zuo)時(shi)發現一個問題：當不裝(zhuang)電池通電時(shi)，飽和(he)指示燈VD5點亮(liang)—顯(xian)然不合適！因為，沒裝(zhuang)電(dian)池時VT1處于微導通狀態，IC 1-2的5腳電壓高于，IC1—2輸出(chu)高電(dian)平(ping)，于(yu)是IC1-2也輸出高電(dian)平(ping)，VD5點亮。

若在原理圖中接入IC1-4，沒裝(zhuang)電池時VT1處(chu)于微導通狀態(tai)，IC1-4的1 2腳電壓也會高(gao)于，因此，IC1-4輸(shu)出高(gao)電平，這樣(yang)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，大電流充電時調整管發熱嚴重；另一方面，IC1-2輸出高電平(ping)的時間會因為電源電壓較(jiao)高而提(ti)前超過Vref（設定值），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(ru)此。輸入電(dian)壓太低也不好，同上面的分析一樣，IC1-2輸出高電(dian)(dian)平的時間會(hui)因為電(dian)(dian)源(yuan)電(dian)(dian)壓較低而遲(chi)后，更(geng)有甚者，也(ye)可能永遠達不(bu)到充(chong)電(dian)(dian)指示(shi)燈一直閃爍，但(dan)大電(dian)(dian)流充(chong)電(dian)(dian)過程早已結(jie)束。所以(yi)，外接(jie)電(dian)(dian)壓太高或(huo)太低，充(chong)電(dian)(dian)和(he)飽和(he)指示(shi)的狀態是不(bu)準確的。

變壓器提供3-6V的交流電壓，經過(guo)4個二極(ji)管(guan)組成的橋式整流電路得(de)到脈(mo)沖(chong)直流電，再(zai)經過(guo)C1的濾(lv)波就基本是(shi)平滑(hua)的直流電了。LED1和R1組成電源顯(xian)示。

開機啟動過(guo)程：電(dian)流經(jing)過(guo)T1的(de)BE結，經(jing)過(guo)LED2，R2，R3，對(dui)C2充(chong)電(dian)，以及由T3BE結和R5R7組成(cheng)的(de)并聯(lian)回路，由于C2在通電(dian)以前內部沒有電(dian)荷，所以流過(guo)T1BE結的(de)電(dian)流經(jing)過(guo)放大后(hou)，就(jiu)有直流電(dian)壓輸(shu)出(chu)到(dao)T1的(de)集(ji)電(dian)極，這個時候電(dian)流分3個回路：

1、流過R4給T2提供偏流，以達到讓T1繼續維持導通

2、流過R1和(he)RP組(zu)成的(de)分壓電(dian)路。R6和(he)RP的(de)作用(yong)就(jiu)是組(zu)成電(dian)壓檢測(ce)線路，

3、給電池充電

這(zhe)個電(dian)路又個自動(dong)保護(hu)，一(yi)個是(shi)充電(dian)電(dian)壓自動(dong)控制。還有一(yi)個是(shi)充電(dian)電(dian)流自動(dong)控制。

電(dian)(dian)壓自動控制(zhi)由R6，RP，C3，D1，T3組(zu)成。當R6和RP的分壓電(dian)(dian)壓超過D1和T3 BE結的壓降(jiang)(jiang)1。4V以后(hou)，T3基極(ji)(ji)得到電(dian)(dian)流，使T3集電(dian)(dian)極(ji)(ji)電(dian)(dian)壓下(xia)降(jiang)(jiang)，促使T2濟濟電(dian)(dian)流也(ye)下(xia)降(jiang)(jiang)，然后(hou)是T1基極(ji)(ji)電(dian)(dian)流也(ye)下(xia)降(jiang)(jiang)，最后(hou)是輸出電(dian)(dian)壓也(ye)下(xia)降(jiang)(jiang)。

電(dian)流(liu)控(kong)制(zhi)原理和電(dian)壓控(kong)制(zhi)一樣(yang)，不過采樣(yang)元件是R7而已(yi)，這里不重復敘述。

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