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鎳氫電池充電器原理

1.基準電壓Vref形成
    外接電源經插座X、二極管VD1后由電容C1濾波。VD1起保護作用,防止外接電源極性反接時損壞TL431。R3、R4、R5和TL431組成基準電壓Vref,根據圖中參數Vref= 2.5×(100+820)/820=2.80(v),這個數據主要是針對鎳氫充電電池而設計(單節鎳氫充電電池充滿后電壓約
為1.40V)。
2.大電流充電
(1)工作原理
    接入電源, 電源指示燈LED(VD2)點亮。裝入電池(參考圖片,實際上是用導線引出到電池盒, 電池裝在電池盒中),當電池電壓低于Vref時,IC1-1輸出低電平,VT1導通,輸出大電流給電池充電。此時,VT1處于放大狀態-這是因為電池電壓和-VD4壓降的和約為3.2V(假設開始充
電(dian)時電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)約(yue)為2.5V),而經(jing)VD1后(hou)的(de)電(dian)壓(ya)大(da)約(yue)5.OV,所(suo)以(yi)(yi),VT1的(de)發(fa)射極-集電(dian)極壓(ya)差遠(yuan)大(da)于0.2V,當充電(dian)電(dian)流為300mA時,VT1發(fa)熱比(bi)較嚴重,所(suo)以(yi)(yi)最好(hao)用(yong)PT=625mW的(de)S8550,或者適當增大(da)基極電(dian)阻以(yi)(yi)減小充電(dian)電(dian)流(注:由于LM324低電(dian)平(ping)驅動能力較小,實(shi)測(ce)IC1-2,IC1-4輸出低電(dian)平(ping)并(bing)不是(shi)0V,而是(shi)約(yue)為0.8V)。

(2)充電的指示
    首先看IC1-3的工作情況:其同相端1O腳通過R13接Vref,R14接成正反饋,反相端9腳外接電容,并有一負反饋通路,所以,它實際上構成了滯回比較器。剛開始時C2上端沒有電壓,則IC1-3輸出高電平。這個高電平有兩個放電通路,一個通路是通過R14反饋到10腳,另一通路是經電阻R15對電容C2充電,當充電的電壓高于10腳電壓V+ 時,比較器翻轉輸出低電平;與此同時,由于R14的反饋作用,10腳電壓立即下跳到V-,這時,電容C2通過電阻R15放電,當放電的電壓小于10腳電壓V-時,比較器再次翻轉輸出高電平, 由于R14的反饋作用,10腳電壓立即上跳到V+,此后電路一直重復上述過程,因此,IC1-3的輸出為頻率固定的方波信號。
    其次看IC1-4的工作情況:電池電壓經R2、R16分壓,接IC1-4的12腳,因為R2< 顯然它更低于其l3腳電壓 因此,IC1-4輸出穩定的低電平。結合上面的討論,我們可以看出,加在R12和VD 3通路一端為頻率固定的方波電
壓,另一端為穩定的低電平,因此,發光二極管VD3會周期性點亮,給人一閃一閃的感覺。
    最后看IC1-1的工作情況:當IC1-2輸出低電平時,顯然IC1-1的3腳為低電平,而其2腳通過R1接Vref所以,IC1-1也輸出低電平。結合上面的討論,我們可以看出,R11和VD5兩端電壓差為零,因此,VD5(飽和指示)不能點亮!
    另外,由于IC1-1輸出低電平,無論IC1-3的9腳電壓如何變化(電容充、放電在該腳形成三角波電壓)都不會受IC1-1輸出的影響— 因為IC1-3的9腳電壓(要么高到V+ ,要么低到V-)始終高于IC1-1的輸出,VD6反偏截止!所以,這種狀態下,三只指示燈的工作情況分別為:VD2點亮,指示電源正常;VD3閃爍,指示電池充電正常;VD5不亮。
3.小電流充電
    當充電一段時間后,電池電壓慢慢上升到接近Vref時,IC1-2輸出電壓慢慢上升,于是,流過R7的電流慢慢減小,即流經VT1基極的電流慢慢減小,因此VT1輸出的電流也會慢慢減小,但電池電壓還會持續不斷地緩慢上升,當電池電壓幾乎等于Vref時,IC1-2會輸出較高電壓,這時IC1-1的3腳電壓高于2.8OV (反相端2腳的輸入端電壓), 比較器翻轉輸出高電平。該電壓有兩個作用:一方面會使VD5正偏導通被點亮(此時,IC1-4輸出還是低電平),指示充電飽和;另一方面VD6也正偏導通,而R17很小,實際上是強制C2上端為高電平,所以IC1-3的9腳電壓高于10腳電壓,IC1-3被強迫輸出低電平,VD3因無正偏壓而熄滅。
     雖然,從外在的表現看充電燈熄滅,飽和燈點亮在某一時刻瞬間轉換完成,但是實際上充電過程卻是逐漸過渡的:當電池電壓遠低于Vref時持續大電流充電,當電池電壓接近于時充電電流慢慢減小,直至逐漸充電趨近零—— 即使飽和燈點亮時,小電流充電仍在繼續!所以這種狀態下,三只指示燈的工作情況分別為:VD2點亮,指示電源正常;VD3不亮;VD5點亮(飽和指示,小電流充電)。
4.IC1-4的用途
    從上面2、3內容的分析中可以看出,無論電路是大電流或小電流充電,IC1-4的輸出一直是“低電平”,好像它沒有什么作用似的,還不如直接把VD3、VD5負極接“地”?剛開始設計時,確實沒有考慮用IC1-4,把VD3、VD5的負極直接接地。然而,當制作好后通電工作時發現一個問題:當不裝電池通電時,飽和指示燈VD5點亮—顯然不合適!因為,沒裝電池時VT1處于微導通狀態,IC 1-2的5腳電壓高于 ,IC1—2輸出高電平,于是IC1-2也輸出高電平,VD5點亮。
    若在原理圖中接入IC1-4,沒裝電池時VT1處于微導通狀態,IC1-4的1 2腳電壓也會高于 ,因此,IC1-4輸出高電平,這樣VD5就不能點亮。
需要說明(ming)一點,外接輸(shu)入電(dian)(dian)(dian)(dian)壓不(bu)(bu)能太(tai)高(gao),也不(bu)(bu)能太(tai)低(di)。輸(shu)入電(dian)(dian)(dian)(dian)壓太(tai)高(gao),大(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)流充電(dian)(dian)(dian)(dian)時調(diao)整管發(fa)熱(re)嚴重;另一方(fang)面,IC1-2輸(shu)出高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)的時間(jian)(jian)會(hui)因為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓較(jiao)(jiao)高(gao)而提前超過(guo)Vref(設定值),這樣(yang)就(jiu)會(hui)給我們一個(ge)錯覺,電(dian)(dian)(dian)(dian)池很快(kuai)就(jiu)充滿了(le)!實(shi)際上并(bing)非如此。輸(shu)入電(dian)(dian)(dian)(dian)壓太(tai)低(di)也不(bu)(bu)好(hao),同上面的分析一樣(yang),IC1-2輸(shu)出高(gao)電(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)的時間(jian)(jian)會(hui)因為(wei)電(dian)(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓較(jiao)(jiao)低(di)而遲后,更有甚者,也可能永(yong)遠達不(bu)(bu)到充電(dian)(dian)(dian)(dian)指示燈一直閃(shan)爍(shuo),但大(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)流充電(dian)(dian)(dian)(dian)過(guo)程早已結(jie)束。所以,外接電(dian)(dian)(dian)(dian)壓太(tai)高(gao)或太(tai)低(di),充電(dian)(dian)(dian)(dian)和飽和指示的狀態是不(bu)(bu)準確的.

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