通用型鎳氫電池充電器的設(shè)計與制作

1、通用型鎳氫電池充電器的設(shè)計與制作隨著鎳氫電池供電的電子產(chǎn)品日益增多，使用針對不同容量鎳氫電池的通用型充電器將能提供很大方便。這里介紹一款充電器，是筆者多年以來的設(shè)計實驗成果，它可以對2003OOOmAh不同容量的鎳氫電池進行充電，而且充電效率高，充電效果非常好。該設(shè)計電路如上圖所示：它采用串聯(lián)充電的原理，可以對l4節(jié)鎳氫電池進行充電。它的優(yōu)點是可以制作不同的連接線，將充電器輸出端與用電器的充電插座直接相連進行充電，而不必把電池拆卸出來再裝到充電器的電池夾中充電，在使用上格外方便。充電過程原理它的充電曲線如圖1中右側(cè)波形圖所示：開始充電時，它以96C的較小電流繼續(xù)對電池充電2.2小時，再轉(zhuǎn)為lO

2、rnA的連續(xù)涓流充電。該設(shè)計的優(yōu)點是防止了電池在接近充飽時產(chǎn)生高熱量，延長了電池的使用壽命。在充電的第一階段，有1/10的時間停止充電，并在此期間插入一個約5ms的大電流放電脈沖，見圖的右下波形圖。這個放電脈沖的往復插入可以去除大電流充電容易引起的極化作用，使充電效率更高。實踐證明，此法能夠提高電池的潔性，增加電池的總體充放次數(shù)，對一些老舊電池還有一定的恢復容量作用，相比穩(wěn)定的恒流充電效果更好。從目前的市場狀況來著，用電器使用最多的鎳氫電池、鎘鎳電池是AA和AAA尺寸的類型，也就是通常稱的5號、7號電池。其中AA電池的容量常在50027OOmAh，而AAA電池在200lOOOmAh，為了適應(yīng)各

3、種類型的電池，該充電器設(shè)計的適應(yīng)范圍在2003OOOmAh。然而要想實現(xiàn)精密的多級恒流控制，就需要相當復雜的控制開關(guān)，在選器件和實際制作時難度很大，因此筆者在設(shè)計中做了一定的簡化)以200mAh容量作為步進值，并且不調(diào)整放電電流和涓流電流的大小。最后使控制開關(guān)簡化到一支lx8DlP開關(guān)，同時也簡化了調(diào)整方法。電路原理該設(shè)計的原理見圖1電路，220V/AC電源經(jīng)過變壓器TR降壓后成為13V/0.8Ax2的交流電，經(jīng)過整流橋DO的整流，電容CO、RO、C1O的濾波后成為+15V/1A和-13V/1A的穩(wěn)定電源。該電路的取樣設(shè)計比擬獨特，它沒有直接取樣輸出電壓，而是通過T4、R9、D2來測量充電控制

4、晶體管TOT3的e、c結(jié)上降落的電壓大小，然后通過R8和光耦合器OPO來控制IC2的取樣端，使晶體管結(jié)電壓恒定在1.2V上。即該電路的輸出電壓是變化的，它能夠自動跟蹤充電輸出端電壓的大小，并保證控制晶體管的工作電壓恒定不變。參加開關(guān)電源的設(shè)計目的在于提高充電器的功率效率，使充1節(jié)電池和充4節(jié)電池的實際效率變化不大，也防止了器件產(chǎn)生高熱量。三端穩(wěn)壓電源ICO給數(shù)字控制等電路提供+12V/的工作電源。負三端穩(wěn)壓電源IC1是專為恒流派電路而設(shè)計的，它輸出-5V/的輔助電源(對開關(guān)電源輸出端)。充電的開關(guān)與恒流控制由4只三極管TOT3來擔任，每支三極管在一個時刻僅僅負責輸出一定的電流，這樣就防止了使用

5、單只控制管時由于器件的線性不良導致的恒流精度下降。SW18是18D1P開關(guān)，它兩兩組成4級二進制電流值控制，分別是480-240-120-60mA和154-77-38.4,-19.2mA。第一組開關(guān)控制第一階段充電電流，第二組開關(guān)控制第二階段充電電流。T7、T8和OP1OP3構(gòu)成開關(guān)接口電路，它們分別控制電路的開閉和不同階段充電的轉(zhuǎn)換。這里采用光電耦合器的原因是，主電路上的電壓是可變的，不能采用普通的接口電路來實現(xiàn)控制。數(shù)字電路IC3(4060)是一個振蕩分頻器，它產(chǎn)生的6.206Hz的振蕩信號經(jīng)過多級分頻以后在Q7上輸出61.88s(周期)，Q13上輸出3960s(周期)的脈沖信號。該信號經(jīng)

6、過IC4(4017)的脈沖分配，以及二極管D3D8的“或邏輯電路后，形成了4L4小時的第一階段定時信號和2.2小時的第二階段定時信號，還有Q6輸出的充電結(jié)束信號。Q6的輸出被反應(yīng)到CE端，使得IC4的Q6輸出高電平時封鎖輸入，保持狀態(tài)。C17、R39的作用是在通電的一瞬間使IC3、IC4清零，保證定時從頭開始。由IC4的QOQ34個輸出端產(chǎn)生的信號經(jīng)過D3D6構(gòu)成的或門給IC5(1)腳，IC6(1)腳和(5)腳提供高電平，使得IC52腳輸出低電平，使IC7的R端為低電平,IC7開始工作，和IC6的(1)、(2)、(2)與非門一起，產(chǎn)生笫一階段恒流充電間歇性控制信號，通過OP3和T7控制TOT3

7、，進入第一階段充電。同時,IC6的(4)、(5)、(6)與非門(5)腳已經(jīng)成高電平，(6)腳接受來自IC3的振蕩信號，在(4)腳輸出6.206Hz的方波，通過D9、T11控制雙色LED中的紅色二極管閃爍發(fā)光，指示第一階段充電。在此期間，IC7的CP端也接受來自IC3的振蕩脈沖，在其Q3輸出端上產(chǎn)生占空比為1/10的高電平信號，它經(jīng)過R42、C23積分電路，R43、C24微分電路和IC5中的兩個反向器產(chǎn)生出時值約5ms的放電控制信號，直接驅(qū)動放電MOS管T6形成大電流放電脈沖。在充電的第二階段，IC4的Q4、Q5端輸出高電平，經(jīng)過IC5(3)、(4)反向器后輸出低電平，一路通過OP2、T8控制恒

8、流電路轉(zhuǎn)換電流，另一路通過D1O、T11使LED恒定發(fā)紅色光，指示出第二階段充電。此時IC7的R端已經(jīng)被置于高電平)其Q3端恒定為零電平，放電電路已經(jīng)停止工作，充電波形中也沒有間歇了，成為穩(wěn)定的恒流充電。“嘀聲，提示使用者充電過程已經(jīng)結(jié)束。動手制作圖2該充電器的印板設(shè)計和實際制作都比擬容易，筆者采用三塊印板的方案，分別把電源局部，充電控制局部和數(shù)字電路局部做在獨立的電路板上，然后再分別連接起來，構(gòu)成整體電路。機殼利用了一個報廢的儀器盒(讀者可以根據(jù)自己的情況白行設(shè)計印板和機殼)，這里給出筆者實做的印板圖(圖24)、整體裝配圖(圖5)，以及裝配好后的外觀照片(圖6、圖7)，僅供參考。在器件選購方

9、面也沒有特別要求，但筆者一開始采用4049六反向器集成電路來作IC5，結(jié)果沒有得到放電脈沖，改用4069后才工作正常。電路中D1用肖特基二極管，T5用1A/20W以上的NMOS管，T6用1OA/50W以上的NMOS管，其他就沒有特別要求了。充電器調(diào)整該充電器的調(diào)整比擬簡單，首先單獨測試開關(guān)電源局部，把取樣電阻R5右端直接和Cl5的上端相連，在Cl5上接一個12V/10W的燈泡，通電后測試燈泡兩端的電壓，應(yīng)該為穩(wěn)定的2.5V，燈泡可以微亮。如果把R5斷開，燈泡可以很亮，這說明開關(guān)電源已經(jīng)正常工作了。然后單獨測試數(shù)字控制電路板，接通+l2V電源以后，IC3的(9)腳就產(chǎn)生出振蕩波形，可用電平筆或指

10、針萬用表測出上下跳動的電平。這時測試其Q7輸出端的脈沖周期，應(yīng)該為準確的61.88s，如果時間超長，就減小R38的阻值，時間不夠就增加R38的阻值，直到得到精確的61.88s周期為止。實際可用一個多圈可調(diào)電阻來替代R38。用示波器或電平筆來測試IC5的(12)腳)可以發(fā)現(xiàn)極短暫的正向脈沖，IC6的(3)腳有1/10間歇的高電平信號，這些都說明數(shù)字電路已經(jīng)正常工作了。對于充電恒流電路的調(diào)整可能是比擬費時間的。需要把全部電路連接正確以后，在輸出端串上電流表和23節(jié)電池，然后逐一調(diào)節(jié)每檔的恒流控制電阻R15R22。先用適當?shù)亩鄧娢黄鱽硖娲潭娮?，每次把電流調(diào)到標準值以后都要記下正確的阻值，然后再

11、選擇或改制適宜的固定電阻替換上去。所作的調(diào)整和記錄都可以在R15的位置上進行。筆者采用的改造電阻的方法是，用刻刀刮去電阻的一局部金屬膜來減小它的阻值)當?shù)玫骄_的阻值以后再用松香或漆把電阻封好。一般加熱封裝會使電阻值稍微增加一點兒，因此應(yīng)該在小于標準電阻值1%2%時就開始封裝。當然，最省事的方法是把所有的電阻都改為多圈電位器或普通的可謂電阻。充電器的使用也非常簡單，沒有必要標出第二階段充電電流，只需要標出第一階段充電電流，480、240、120、60mA。在實際調(diào)整時，每兩支開關(guān)構(gòu)成一個單元，一起調(diào)整就行了。例如，給一組600mAh的電池組充電時，把電池容量乘以0.3，得到180，把120和60兩組開關(guān)調(diào)到ON位置就行了；如果是充2400mAh的電池組，乘0.3得720，就翻開480和240兩組開關(guān)，以此類推，每組開關(guān)的電流值都是相加