隨著鎳氫電池供電的電子產(chǎn)品日益增多，使用針對(duì)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(lái)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成果，它可以對(duì)200~3000mAh不同容量的鎳氫電池進(jìn)行充電，而且充電效率高，充電效果非常好。
該設(shè)計(jì)電路如上圖所示：它采用串聯(lián)充電的原理，可以對(duì)l~4節(jié)鎳氫電池進(jìn)行充電。它的優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行充電，而不必把電池拆卸出來(lái)再裝到充電器的電池夾中充電，在使用上格外方便。
充電過(guò)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(shí)，它以0.3C的恒定電流對(duì)電池充電4.4小時(shí)(C為電池容量除以1小時(shí)的電流值)，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)為0.096C的較小電流繼續(xù)對(duì)電池充電2.2小時(shí)，再轉(zhuǎn)為lOrnA的連續(xù)涓流充電。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是避免了電池在接近充飽時(shí)產(chǎn)生高熱量，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。在充電的第一階段，有1/10的時(shí)間停止充電，并在此期間插入一個(gè)約5ms的大電流放電脈沖，見圖的右下波形圖。這個(gè)放電脈沖的往復(fù)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(shí)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(duì)一些老舊電池還有一定的恢復(fù)容量作用，相比穩(wěn)定的恒流充電效果更好。
從目前的市場(chǎng)狀況來(lái)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(hào)、7號(hào)電池。其中AA電池的容量常在500~2700mAh，
而AAA電池在200~1000mAh，為了適應(yīng)各種類型的電池，該充電器設(shè)計(jì)的適應(yīng)范圍在200~3000mAh。然而要想實(shí)現(xiàn)精密的多級(jí)恒流控制，就需要相當(dāng)復(fù)雜的控制開關(guān)，在選器件和實(shí)際制作時(shí)難度很大，因此筆者在設(shè)計(jì)中做了一定的簡(jiǎn)化)以200mAh容量作為步進(jìn)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(jiǎn)化到一支lx8DlP開關(guān)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了調(diào)整方法。
電路原理
該設(shè)計(jì)的原理見圖1電路，220V/AC電源經(jīng)過(guò)變壓器TR降壓后成為13V/0.8Ax2的交流電，經(jīng)過(guò)整流橋D0的整流，電容C0、R0、C10的濾波后成為+15V/1A和-13V/0.1A兩組電壓。集成塊IC2和功率MOS管T5構(gòu)成了典型的開關(guān)穩(wěn)壓源，可在C14、C15上得到1.2~7.6V/1A的穩(wěn)定電源。
該電路的取樣設(shè)計(jì)比較獨(dú)特，它沒有直接取樣輸出電壓，而是通過(guò)T4、R9、D2來(lái)測(cè)量充電控制晶體管T0~T3的e、c結(jié)上降落的電壓大小，然后通過(guò)R8和光耦合器OP0來(lái)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(dòng)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。加入開關(guān)電源的設(shè)計(jì)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(shí)際效率變化不大，也避免了器件產(chǎn)生高熱量。
三端穩(wěn)壓電源IC0給數(shù)字控制等電路提供+12V/0.1A的工作電源。負(fù)三端穩(wěn)壓電源IC1是專為恒流派電路而設(shè)計(jì)的，它輸出-5V/0.1A的輔助電源(對(duì)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T0~T3來(lái)?yè)?dān)任，每支三極管在一個(gè)時(shí)刻僅僅負(fù)責(zé)輸出一定的電流，這樣就避免了使用單只控制管時(shí)由于器件的線性不良導(dǎo)致的恒流精度下降。
SW1~8是1×8D1P開關(guān)，它兩兩組成4級(jí)二進(jìn)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OP1~OP3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(lái)實(shí)現(xiàn)控制。數(shù)字電路IC3(4060)是一個(gè)振蕩分頻器，它產(chǎn)生的6.206Hz的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)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(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)IC4(4017)的脈沖分配，以及二極管D3~D8的“或”邏輯電路后，形成了4L4小時(shí)的第一階段定時(shí)信號(hào)和2.2小時(shí)的第二階段定時(shí)信號(hào)，還有Q6輸出的充電結(jié)束信號(hào)。
Q6的輸出被反饋到CE端，使得IC4的Q6輸出高電平時(shí)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(shí)從頭開始。由IC4的Q0~Q34個(gè)輸出端產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)D3~D6構(gòu)成的或門給IC5(1)腳，IC6(1)腳和(5)腳提供高電平，使得IC5（2）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(hào)，通過(guò)OP3和T7控制TO~T3，進(jìn)入第一階段充電。
同時(shí),IC6的(4)、(5)、(6)與非門(5)腳已經(jīng)成高電平，(6)腳接受來(lái)自IC3的振蕩信號(hào)，在(4)腳輸出6.206Hz的方波，通過(guò)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(lái)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(hào)，它經(jīng)過(guò)R42、C23積分電路，R43、C24微分電路和IC5中的兩個(gè)反向器產(chǎn)生出時(shí)值約5ms的放電控制信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)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(guò)IC5(3)、(4)反向器后輸出低電平，一路通過(guò)OP2、T8控制恒流電路轉(zhuǎn)換電流，另一路通過(guò)D10、T11使LED恒定發(fā)紅色光，指示出第二階段充電。此時(shí)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。
在第二階段充電結(jié)束時(shí)，IC4的Q6輸出高電平，通過(guò)IC5(5)、(6)反向后，控制OP1，倒亙流電路產(chǎn)生10mA的涓流電流，同時(shí)通過(guò)Tl2控制LED發(fā)出綠光，指示第二階段充電結(jié)束。該信號(hào)還會(huì)通過(guò)R33使T9截止，使IC3的Q7輸出通過(guò)C20、R34微分電路使能IC6中的兩個(gè)與非門電路構(gòu)成方波發(fā)生器，在壓電片F(xiàn)C上產(chǎn)生每61.88s一個(gè)“嘀”聲，提示使用者充電過(guò)程已經(jīng)結(jié)束。 |
