【鎳氫電(dian)池充電(dian)器】鎳氫電(dian)池充電(dian)器電(dian)路(lu)圖 鎳(nie)氫(qing)電池充(chong)電器(qi)原理圖分(fen)析

自制鎳氫電(dian)池充電(dian)器電(dian)路(lu)圖

文介紹的自制充電器用LM324的4個運(yun)算放大器(qi)作為(wei)比較器(qi)，用TL431設置電壓基準，用S8550作為調(diao)整管(guan)，把輸入電(dian)(dian)壓降壓，對電(dian)(dian)池(chi)進行充(chong)電(dian)(dian)，其原理電(dian)(dian)路(lu)見圖。其特點是電(dian)(dian)路(lu)簡單、工作可靠、無需調(diao)整、元器件容易購買等，下面分幾個部分進行介紹。

1、基準電壓Vref形成

外接電源經插座X、二極管VD1后由電容C1濾波。VD1起保護作(zuo)用(yong)，防止外(wai)接(jie)電源極性反(fan)接(jie)時損(sun)壞TL431。R3、R4、R5和TL431組成基準電壓Vref，根據(ju)圖中參數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(dian)平，VT1導通，輸出大電(dian)流(liu)給電(dian)池充(chong)電(dian)。此時，VT1處于放大狀態-這是因為電(dian)池電(dian)壓和-VD4壓降的和約為(wei)3.2V（假設開始充電時電池電壓約為2.5V），而經VD1后的電壓(ya)大約5.OV，所以，VT1的(de)發射極－集電極壓差遠大于(yu)0.2V，當充電電流為300mA時，VT1發熱比較(jiao)嚴重，所(suo)以最好用PT=625mW的(de)S8550，或者適當(dang)增大基極電阻(zu)以(yi)減小充電電流(liu)（注：由于LM324低(di)電平驅動能力較小，實測IC1-2，IC1-4輸出低電平并不(bu)是(shi)0V，而是約為0.8V）。

（2）充電的指示

首先看IC1-3的(de)工作情況：其同相端1O腳通過R13接Vref,R14接(jie)成正反(fan)饋，反(fan)相端9腳外接電(dian)容(rong)，并(bing)有一負反(fan)饋通路，所以，它實際上構成了滯回比(bi)較器。剛開始(shi)時C2上(shang)端(duan)沒有電壓，則IC1-3輸出高電平(ping)。這個(ge)高電平(ping)有兩(liang)個(ge)放電通路，一(yi)個(ge)通路是通過R14反饋到10腳，另一通路(lu)是經(jing)電阻(zu)R15對(dui)電容C2充(chong)電(dian)(dian)(dian)，當充(chong)電(dian)(dian)(dian)的(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)高于10腳電(dian)壓(ya)V+時，比較(jiao)器翻轉輸出低電平(ping)；與(yu)此同時，由于(yu)R14的反饋作用，10腳電(dian)壓(ya)立即下(xia)跳到(dao)V-，這時(shi)，電容C2通過電(dian)阻R15放(fang)電，當放(fang)電的電壓小于10腳電(dian)壓(ya)V-時，比較器再次翻轉輸出(chu)高電平(ping)，由于(yu)R14的反(fan)饋作用，10腳電壓立(li)即上跳到V+，此(ci)后電路一直(zhi)重復上述過(guo)程，因此(ci)，IC1-3的輸出為(wei)頻率(lv)固定的方波(bo)信號。

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

顯然它更低于其l3腳電壓(ya)因此，IC1-4輸出穩定(ding)的低(di)電平。結合上(shang)面(mian)的討論，我們可以看出，加在(zai)R12和VD 3通路(lu)一端為(wei)頻率(lv)固定的方波電壓，另一端為(wei)穩定的低(di)電平，因此，發光二極(ji)管VD3會周期性點亮，給人一閃(shan)一閃(shan)的感覺。

最后看IC1-1的工作情況：當IC1-2輸(shu)出低(di)電平時(shi)，顯(xian)然IC1-1的3腳為(wei)低電平，而(er)其2腳通過R1接Vref所以，IC1-1也輸(shu)出低(di)電平。結合上面的討論，我們可(ke)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(lun)IC1-3的9腳電壓(ya)如(ru)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9腳電壓（要么高到V+，要(yao)么低到(dao)V-）始終高于IC1-1的(de)輸(shu)出，VD6反偏截(jie)止!所以，這種狀態下，三只指示燈(deng)的工(gong)作情況(kuang)分別(bie)為：VD2點亮，指示電源(yuan)正常；VD3閃爍，指示電池充電正常；VD5不亮。

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(shi)，IC1-2輸出電壓慢(man)慢(man)上升，于是，流過(guo)R7的電流慢(man)慢(man)減小，即(ji)流經VT1基極的(de)電流慢慢減(jian)小(xiao)，因此(ci)VT1輸出的電(dian)流也會(hui)慢慢減小，但電(dian)池電(dian)壓還會(hui)持(chi)續(xu)不斷地緩慢上升，當電(dian)池電(dian)壓幾乎等(deng)于(yu)Vref時，IC1-2會輸出較高電(dian)壓，這時IC1-1的3腳電壓高(gao)于2.8OV（反相端2腳(jiao)的輸入端電(dian)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(zheng)偏(pian)導通被點亮（此時，IC1-4輸出還是低(di)電平），指示充電飽和；另一方面VD6也(ye)正偏導通，而R17很小，實際上是強制C2上端為高電平，所以IC1-3的9腳電壓高于(yu)10腳(jiao)電(dian)壓，IC1-3被強迫輸(shu)出低電平，VD3因無(wu)正偏壓而(er)熄滅(mie)。

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(shi)(shi)持續大電(dian)流(liu)充(chong)電(dian)，當(dang)電(dian)池電(dian)壓接近(jin)于時(shi)(shi)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)慢(man)慢(man)減小，直至逐漸充(chong)電(dian)趨近(jin)零——即使飽和燈點亮時，小(xiao)電流充(chong)電仍在繼續!所以這種狀(zhuang)態(tai)下(xia)，三只指示(shi)燈的工(gong)作情況(kuang)分(fen)別(bie)為(wei)：VD2點亮，指(zhi)示(shi)電源(yuan)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內容的分析中可(ke)以看出，無論(lun)電路(lu)是(shi)大電流或小(xiao)電流充電，IC1-4的輸出一直是(shi)“低電(dian)平”，好像(xiang)它沒(mei)有(you)什(shen)么作用似的，還(huan)不如直接(jie)把VD3、VD5負極(ji)接“地”？剛開始(shi)設計(ji)時(shi)，確(que)實(shi)沒有(you)考慮用IC1-4，把(ba)VD3、VD5的負極(ji)直(zhi)接接地。然而，當(dang)制作好(hao)后通(tong)電工作時(shi)發現一個問題(ti)：當(dang)不裝電池通(tong)電時(shi)，飽和指示燈VD5點亮—顯然不合適(shi)！因為，沒(mei)裝電池時(shi)VT1處(chu)于微(wei)導通狀態(tai)，IC 1-2的5腳電壓高于，IC1—2輸出高電平，于(yu)是(shi)IC1-2也輸出高電平(ping)，VD5點亮。

若在原理圖中接入IC1-4，沒(mei)裝電池時VT1處于微導(dao)通狀態，IC1-4的1 2腳電壓也會高于，因此(ci)，IC1-4輸出(chu)高電平，這樣VD5就不能點(dian)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(shu)出高(gao)電(dian)平的時(shi)間(jian)會因為電(dian)源電(dian)壓較(jiao)高(gao)而提前超過(guo)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(shang)并非如(ru)此。輸入電(dian)壓(ya)太低也(ye)不好(hao)，同上(shang)面的分(fen)析一樣，IC1-2輸出高電(dian)平的時間會因(yin)為電(dian)源電(dian)壓較低(di)而遲后，更有甚者，也可能永遠達(da)不(bu)到充(chong)電(dian)指示(shi)燈一直閃爍，但大電(dian)流充(chong)電(dian)過(guo)程早已結束(shu)。所(suo)以，外接電(dian)壓太(tai)高或太(tai)低(di)，充(chong)電(dian)和(he)飽和(he)指示(shi)的狀態是不(bu)準確的。

變(bian)壓(ya)器提供3-6V的(de)交流(liu)電壓(ya)，經過4個二極管組(zu)成的(de)橋式整(zheng)流(liu)電路得到(dao)脈(mo)沖(chong)直流(liu)電，再(zai)經過C1的(de)濾波就基本是平滑的(de)直流(liu)電了。LED1和R1組(zu)成電源顯示(shi)。

開(kai)機啟動過(guo)(guo)程：電(dian)(dian)流(liu)(liu)經(jing)過(guo)(guo)T1的BE結，經(jing)過(guo)(guo)LED2，R2，R3，對(dui)C2充電(dian)(dian)，以(yi)及由(you)T3BE結和R5R7組成的并聯回路，由(you)于C2在通電(dian)(dian)以(yi)前內部沒有電(dian)(dian)荷，所以(yi)流(liu)(liu)過(guo)(guo)T1BE結的電(dian)(dian)流(liu)(liu)經(jing)過(guo)(guo)放大(da)后，就有直流(liu)(liu)電(dian)(dian)壓輸(shu)出到T1的集電(dian)(dian)極，這個(ge)時候電(dian)(dian)流(liu)(liu)分3個(ge)回路：

1、流過R4給T2提供偏流，以達到讓(rang)T1繼續維持導(dao)通(tong)

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

3、給電池充電

這個電(dian)路又個自動(dong)保護，一個是充(chong)電(dian)電(dian)壓自動(dong)控制。還有一個是充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)自動(dong)控制。

電(dian)壓(ya)自(zi)動(dong)控制由R6，RP，C3，D1，T3組成(cheng)。當R6和RP的分壓(ya)電(dian)壓(ya)超過(guo)D1和T3 BE結(jie)的壓(ya)降1。4V以(yi)后(hou)，T3基極得到(dao)電(dian)流，使(shi)T3集電(dian)極電(dian)壓(ya)下(xia)降，促使(shi)T2濟(ji)濟(ji)電(dian)流也下(xia)降，然后(hou)是(shi)T1基極電(dian)流也下(xia)降，最后(hou)是(shi)輸出電(dian)壓(ya)也下(xia)降。

電流控制原(yuan)理和(he)電壓(ya)控制一(yi)樣(yang)，不過(guo)采(cai)樣(yang)元件是R7而(er)已，這里不重復敘述。

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