镍氢电池充电器原理 镍氢电池充电器电路图

　　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。