【镍氢电池充电器】镍氢电池充电器电路图 镍氢电池充电器原理图分析

【镍氢电池充电器】镍氢电池充电器电路图 镍氢电池充电器原理图分析

自制镍氢电池充电器电路图

文介绍的自制充电器用LM324的4个运算放大器作为比较器，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进行充电，其原理电路见图。其特点是电路简单、工作可靠、无需调整、元器件容易购买等，下面分几个部分进行介绍。

1、基准电压Vref形成

外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref=2.5×（100+820）／820=2.80（v），这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计（单节镍氢充电电池充满后电压约为1.40V）。

2、大电流充电

（1）工作原理

接入电源，电源指示灯LED（VD2）点亮。装入电池（参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中），当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。此时，VT1处于放大状态-这是因为电池电压和-VD4压降的和约为3.2V（假设开始充电时电池电压约为2.5V），而经VD1后的电压大约5.OV，所以，VT1的发射极－集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA时，VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流（注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1-2，IC1-4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V）。

（2）充电的指示

首先看IC1-3的工作情况：其同相端1O脚通过R13接Vref,R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。

其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2<，所以输入IC1-4的12脚电压基本上略低于电池电压，

显然它更低于其l3脚电压因此，IC1-4输出稳定的低电平。结合上面的讨论，我们可以看出，加在R12和VD 3通路一端为频率固定的方波电压，另一端为稳定的低电平，因此，发光二极管VD3会周期性点亮，给人一闪一闪的感觉。

最后看IC1-1的工作情况：当IC1-2输出低电平时，显然IC1-1的3脚为低电平，而其2脚通过R1接Vref所以，IC1-1也输出低电平。结合上面的讨论，我们可以看出，R11和VD5两端电压差为零，因此，VD5（饱和指示）不能点亮!

另外，由于IC1-1输出低电平，无论IC1-3的9脚电压如何变化（电容充、放电在该脚形成三角波电压）都不会受IC1-1输出的影响—因为IC1-3的9脚电压（要么高到V+，要么低到V-）始终高于IC1-1的输出，VD6反偏截止!所以，这种状态下，三只指示灯的工作情况分别为：VD2点亮，指示电源正常；VD3闪烁，指示电池充电正常；VD5不亮。

3、小电流充电

当充电一段时间后，电池电压慢慢上升到接近Vref时，IC1-2输出电压慢慢上升，于是，流过R7的电流慢慢减小，即流经VT1基极的电流慢慢减小，因此VT1输出的电流也会慢慢减小，但电池电压还会持续不断地缓慢上升，当电池电压几乎等于Vref时，IC1-2会输出较高电压，这时IC1-1的3脚电压高于2.8OV（反相端2脚的输入端电压），比较器翻转输出高电平。该电压有两个作用：一方面会使VD5正偏导通被点亮（此时，IC1-4输出还是低电平），指示充电饱和；另一方面VD6也正偏导通，而R17很小，实际上是强制C2上端为高电平，所以IC1-3的9脚电压高于10脚电压，IC1-3被强迫输出低电平，VD3因无正偏压而熄灭。

虽然，从外在的表现看充电灯熄灭，饱和灯点亮在某一时刻瞬间转换完成，但是实际上充电过程却是逐渐过渡的：当电池电压远低于Vref时持续大电流充电，当电池电压接近于时充电电流慢慢减小，直至逐渐充电趋近零——即使饱和灯点亮时，小电流充电仍在继续!所以这种状态下，三只指示灯的工作情况分别为：VD2点亮，指示电源正常；VD3不亮；VD5点亮（饱和指示，小电流充电）。

4、IC1-4的用途

从上面2、3内容的分析中可以看出，无论电路是大电流或小电流充电，IC1-4的输出一直是“低电平”，好像它没有什么作用似的，还不如直接把VD3、VD5负极接“地”？刚开始设计时，确实没有考虑用IC1-4，把VD3、VD5的负极直接接地。然而，当制作好后通电工作时发现一个问题：当不装电池通电时，饱和指示灯VD5点亮—显然不合适！因为，没装电池时VT1处于微导通状态，IC 1-2的5脚电压高于，IC1—2输出高电平，于是IC1-2也输出高电平，VD5点亮。

若在原理图中接入IC1-4，没装电池时VT1处于微导通状态，IC1-4的1 2脚电压也会高于，因此，IC1-4输出高电平，这样VD5就不能点亮。

需要说明一点，外接输入电压不能太高，也不能太低。输入电压太高，大电流充电时调整管发热严重；另一方面，IC1-2输出高电平的时间会因为电源电压较高而提前超过Vref（设定值），这样就会给我们一个错觉，电池很快就充满了!实际上并非如此。输入电压太低也不好，同上面的分析一样，IC1-2输出高电平的时间会因为电源电压较低而迟后，更有甚者，也可能永远达不到充电指示灯一直闪烁，但大电流充电过程早已结束。所以，外接电压太高或太低，充电和饱和指示的状态是不准确的。

变压器提供3-6V的交流电压，经过4个二极管组成的桥式整流电路得到脉冲直流电，再经过C1的滤波就基本是平滑的直流电了。LED1和R1组成电源显示。

开机启动过程：电流经过T1的BE结，经过LED2，R2，R3，对C2充电，以及由T3BE结和R5R7组成的并联回路，由于C2在通电以前内部没有电荷，所以流过T1BE结的电流经过放大后，就有直流电压输出到T1的集电极，这个时候电流分3个回路：

1、流过R4给T2提供偏流，以达到让T1继续维持导通

2、流过R1和RP组成的分压电路。R6和RP的作用就是组成电压检测线路，

3、给电池充电

这个电路又个自动保护，一个是充电电压自动控制。还有一个是充电电流自动控制。

电压自动控制由R6，RP，C3，D1，T3组成。当R6和RP的分压电压超过D1和T3 BE结的压降1。4V以后，T3基极得到电流，使T3集电极电压下降，促使T2济济电流也下降，然后是T1基极电流也下降，最后是输出电压也下降。

电流控制原理和电压控制一样，不过采样元件是R7而已，这里不重复叙述。

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