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镍氢电池充电器原理 镍氢电池充电器电路图_锂电池充电器改镍氢电池充电器

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摘要:密封镍镉电池效率高、循环寿命长、能量密度大、体积小、重量轻、结构紧凑,并且不需要维护,因此在工业和消费产品中得到了广泛应用。而镍氢电池与同体积镍镉电池相比,容量可提高一倍,而且没有重金属镉带来的污染问题。镍氢电池充电器电路图是怎么样的?下面一起来看看镍氢电池充电器原理分析。

【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< < span=""> ,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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