【鎳氫電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)器】鎳氫電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)器電(dian)(dian)路圖(tu) 鎳氫電池充電器原理圖分析

自制鎳氫電(dian)池充(chong)電(dian)器電(dian)路(lu)圖

文介紹的自制充電器用LM324的4個運算放大器作為(wei)比較器，用TL431設(she)置(zhi)電壓基準，用S8550作為(wei)調整管(guan)，把(ba)輸入電壓(ya)(ya)降壓(ya)(ya)，對電池進行充電，其(qi)原理電路(lu)見圖。其(qi)特點是電路(lu)簡單、工作可靠、無需調整、元器(qi)件容易購買等，下面(mian)分(fen)(fen)幾個部(bu)分(fen)(fen)進行介(jie)紹(shao)。

1、基準電壓Vref形成

外接電源經插座X、二極管(guan)VD1后(hou)由電容C1濾波(bo)。VD1起保護作(zuo)用(yong)，防止外接(jie)電源極性反接(jie)時損(sun)壞TL431。R3、R4、R5和TL431組(zu)成基(ji)準(zhun)電壓Vref，根據圖中(zhong)參數(shu)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(shi)，IC1-1輸(shu)出(chu)低電平(ping)，VT1導通，輸(shu)出大電流給電池充電。此時，VT1處于放(fang)大狀態-這是因為電池電壓和-VD4壓降的和約為3.2V（假設開始充電時電池電壓約為2.5V），而經VD1后的(de)電壓大(da)約5.OV，所以(yi)，VT1的發射極－集(ji)電極壓差遠(yuan)大(da)于0.2V，當(dang)充電(dian)電(dian)流為300mA時，VT1發熱比較(jiao)嚴重，所(suo)以(yi)最(zui)好用PT=625mW的S8550，或(huo)者適當增大基極電(dian)阻以減小充(chong)電(dian)電(dian)流（注：由于LM324低電(dian)平驅動(dong)能(neng)力較小，實測IC1-2，IC1-4輸出低電(dian)平并不(bu)是0V，而是約為0.8V）。

（2）充電的指示

首先看IC1-3的工作情(qing)況：其同相端1O腳通過(guo)R13接Vref,R14接成正反饋(kui)，反相端9腳外接電容，并有一(yi)負反饋通路，所以，它實際上構成(cheng)了滯(zhi)回比較器。剛開(kai)始時C2上端沒有電壓(ya)，則IC1-3輸出高電(dian)平。這個高電(dian)平有兩個放電(dian)通路(lu)，一(yi)個通路(lu)是通過(guo)R14反(fan)饋到(dao)10腳，另一(yi)通路是經電阻R15對電容(rong)C2充電，當充電的電壓(ya)高(gao)于10腳電壓(ya)V+時，比較器翻轉(zhuan)輸(shu)出低電平(ping)；與此同時，由于R14的反饋作(zuo)用，10腳(jiao)電壓(ya)立即下跳到(dao)V-，這(zhe)時，電容C2通過電阻(zu)R15放電，當放電的電壓小于10腳電壓V-時，比較器再次翻(fan)轉輸(shu)出高電平(ping)，由于R14的反饋作(zuo)用，10腳電(dian)壓(ya)立即上跳到V+，此后電路一直重復上(shang)述過程，因此，IC1-3的輸出(chu)為頻(pin)率固定的方波信號。

其次看IC1-4的(de)工作情(qing)況：電(dian)池電(dian)壓(ya)經(jing)R2、R16分壓，接IC1-4的12腳，因為(wei)R2<，所以輸入IC1-4的12腳電(dian)(dian)壓基本(ben)上略(lve)低(di)于(yu)電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓，

顯然它更低于其l3腳電壓因(yin)此，IC1-4輸出(chu)穩定的(de)低電平。結合上面的(de)討論，我們可以看(kan)出(chu)，加在R12和(he)VD 3通(tong)路一(yi)端為頻率固定的方波(bo)電壓，另一(yi)端為穩定的低電平，因此，發光二極管(guan)VD3會周(zhou)期(qi)性點亮(liang)，給人一閃一閃的感覺。

最后看IC1-1的工作(zuo)情況：當IC1-2輸出低電平時，顯然(ran)IC1-1的3腳為(wei)低電平(ping)，而(er)其2腳通(tong)過(guo)R1接(jie)Vref所以，IC1-1也輸出低電平。結合上(shang)面的討論，我們可以看出，R11和(he)VD5兩端(duan)電壓(ya)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(de)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(yin)為IC1-3的(de)9腳電壓（要么高到V+，要么(me)低到V-）始終高于IC1-1的輸出，VD6反偏截(jie)止!所以(yi)，這種狀態(tai)下，三(san)只指示燈(deng)的工作情況分別為(wei)：VD2點亮(liang)，指(zhi)示電源正常；VD3閃(shan)爍，指示電池充電正(zheng)常；VD5不亮(liang)。

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(dian)壓慢慢上(shang)升，于是，流過R7的電流慢慢減(jian)小(xiao)，即流經(jing)VT1基(ji)極的(de)電流(liu)慢(man)慢(man)減小，因此VT1輸出的電(dian)(dian)流也會(hui)慢(man)(man)慢(man)(man)減小，但電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)(ya)還會(hui)持續不斷地緩慢(man)(man)上升，當電(dian)(dian)池電(dian)(dian)壓(ya)(ya)幾乎(hu)等于Vref時(shi)，IC1-2會輸出較高電壓，這時(shi)IC1-1的3腳電壓高于2.8OV（反相端2腳的輸入端(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(dao)通被點亮（此時，IC1-4輸出還是低(di)電平），指示充電飽和；另一方面VD6也正偏導通(tong)，而R17很小，實際(ji)上是(shi)強制C2上端為高電平(ping)，所以IC1-3的9腳電壓(ya)高于(yu)10腳電壓，IC1-3被強迫(po)輸(shu)出低電平(ping)，VD3因無(wu)正(zheng)偏壓(ya)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)流充電(dian)，當電(dian)池電(dian)壓接(jie)近于時充電(dian)電(dian)流慢慢減小，直(zhi)至(zhi)逐(zhu)漸充電(dian)趨近零——即使飽(bao)和燈點亮時(shi)，小電(dian)流(liu)充電(dian)仍在繼(ji)續!所以這種狀(zhuang)態下，三只指示燈的工作情況分(fen)別為：VD2點亮，指示電源(yuan)正常(chang)；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內容的(de)分析中可以看出(chu)，無論電(dian)路是大(da)電(dian)流(liu)(liu)或小(xiao)電(dian)流(liu)(liu)充電(dian)，IC1-4的(de)輸出(chu)一直(zhi)是“低電平”，好(hao)像它沒有什(shen)么作(zuo)用似的，還不如(ru)直接把VD3、VD5負極接“地”？剛開始設計時，確實(shi)沒有考(kao)慮用IC1-4，把VD3、VD5的負極直接(jie)接(jie)地。然而，當制作好后通電(dian)工作時發現一(yi)個問題：當不(bu)裝(zhuang)電(dian)池通電(dian)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(dao)通狀態，IC 1-2的5腳電壓高(gao)于，IC1—2輸出高電平，于是(shi)IC1-2也輸(shu)出(chu)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(wei)導通狀態，IC1-4的1 2腳電壓也會高于，因(yin)此(ci)，IC1-4輸出(chu)高(gao)電平，這(zhe)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，大電流充電時調整管發熱嚴重；另一方面，IC1-2輸出高電平的時(shi)間會(hui)因為電源電壓較(jiao)高而(er)提前超過Vref（設定值），這樣就會給我們一個錯覺，電池很快就充滿了!實(shi)際上并非如此。輸入電壓太低也(ye)不好，同上面的分析(xi)一樣，IC1-2輸出高(gao)電(dian)(dian)平的時間會因為(wei)電(dian)(dian)源電(dian)(dian)壓較低(di)而遲后，更有甚者，也可能永遠達不到充(chong)電(dian)(dian)指(zhi)示(shi)燈一直閃爍，但(dan)大電(dian)(dian)流充(chong)電(dian)(dian)過(guo)程(cheng)早(zao)已結束。所以，外接電(dian)(dian)壓太高(gao)或太低(di)，充(chong)電(dian)(dian)和飽和指(zhi)示(shi)的狀態是不準確的。

變壓器(qi)提(ti)供3-6V的(de)(de)交流(liu)電(dian)壓，經過4個(ge)二極(ji)管(guan)組(zu)成的(de)(de)橋式(shi)整流(liu)電(dian)路得到脈沖直(zhi)流(liu)電(dian)，再經過C1的(de)(de)濾波就基本是平滑的(de)(de)直(zhi)流(liu)電(dian)了。LED1和R1組(zu)成電(dian)源顯示。

開機啟動(dong)過(guo)程：電(dian)(dian)流經(jing)過(guo)T1的(de)BE結(jie)，經(jing)過(guo)LED2，R2，R3，對C2充電(dian)(dian)，以(yi)及由T3BE結(jie)和(he)R5R7組成的(de)并聯回路(lu)，由于(yu)C2在通電(dian)(dian)以(yi)前(qian)內(nei)部沒有(you)電(dian)(dian)荷(he)，所以(yi)流過(guo)T1BE結(jie)的(de)電(dian)(dian)流經(jing)過(guo)放(fang)大后，就(jiu)有(you)直流電(dian)(dian)壓輸(shu)出到T1的(de)集電(dian)(dian)極，這個(ge)時候電(dian)(dian)流分3個(ge)回路(lu)：

1、流(liu)過R4給T2提(ti)供偏流(liu)，以達到讓T1繼續(xu)維(wei)持導(dao)通

2、流過R1和(he)RP組成的分壓電(dian)路(lu)。R6和(he)RP的作用就是組成電(dian)壓檢測線路(lu)，

3、給電池充電

這個電路又個自動(dong)(dong)保(bao)護，一(yi)個是充電電壓自動(dong)(dong)控制。還有(you)一(yi)個是充電電流自動(dong)(dong)控制。

電(dian)(dian)(dian)壓(ya)自動控制由R6，RP，C3，D1，T3組成。當R6和RP的分(fen)壓(ya)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)超過D1和T3 BE結的壓(ya)降(jiang)1。4V以后(hou)(hou)，T3基(ji)極得(de)到(dao)電(dian)(dian)(dian)流(liu)，使(shi)T3集電(dian)(dian)(dian)極電(dian)(dian)(dian)壓(ya)下降(jiang)，促(cu)使(shi)T2濟濟電(dian)(dian)(dian)流(liu)也下降(jiang)，然(ran)后(hou)(hou)是T1基(ji)極電(dian)(dian)(dian)流(liu)也下降(jiang)，最后(hou)(hou)是輸出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)也下降(jiang)。

電流控(kong)制原理和電壓控(kong)制一樣，不過采樣元件(jian)是(shi)R7而已，這里(li)不重(zhong)復敘述。

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