镍镉镍镉/镍氢电池用恒流充电器设计镍氢电池用恒流充电器设计一、一、设计任务：设计用于镍镉设计任务：设计用于镍镉/镍氢电池充电的恒流充电器。具体要求如下：镍氢电池充电的恒流充电器。具体要求如下： 1、 该充电器可用于给该充电器可用于给 4 节镍镉节镍镉/镍氢电池恒流充电。镍氢电池恒流充电。 2、 充电电流可在充电电流可在 50500mA 范围连续可调。范围连续可调。 3、 输出恒流稳定性要好，电池电压在输出恒流稳定性要好，电池电压在 0.5V5V 范围内变化时，充电电流变化小于范围内变化时，充电电流变化小于 1%。 4、 具有充电指示和过充保护功能。具有充电指示和过充保护功能。二、二、设计方案分析设计方案分析 镍镉镍镉/镍氢电池由于容量大、效率高、寿命长，且可反复充电，目前在工业及日常生活镍氢电池由于容量大、效率高、寿命长，且可反复充电，目前在工业及日常生活 中使用越来越广泛。为了合理的设计镍镉中使用越来越广泛。为了合理的设计镍镉/镍氢充电器，有必要了解镍镉镍氢充电器，有必要了解镍镉/镍氢电池的基本镍氢电池的基本 知识。知识。 1、 镍镉镍镉/镍氢电池及充电的基本知识镍氢电池及充电的基本知识 不同直径及长度的镍镉不同直径及长度的镍镉/镍氢电池其容量是不一样的，表示容量的大小用镍氢电池其容量是不一样的，表示容量的大小用 xxx mA.h。一。一 般常用的般常用的 5 5和和 7 7电池其额定电压是电池其额定电压是 1.2V，终止放电电压大约为，终止放电电压大约为 1V 左右，到了终止放电左右，到了终止放电 电压还要继续放电称为过放电。在环境温度下，充入电池的电量为电池容量的电压还要继续放电称为过放电。在环境温度下，充入电池的电量为电池容量的 120%150%时，时， 可认为电池已充满电，此时电池电压约可认为电池已充满电，此时电池电压约 1.4V1.45V，若超过，若超过 1.5V，则表示电池为过充电。，则表示电池为过充电。 过充电或过放电都是对电池是有损害的。过充电或过放电都是对电池是有损害的。对镍镉对镍镉/镍氢电池采用恒流充电是一种标准的充电方法。对电池充电电流的大小一般用镍氢电池采用恒流充电是一种标准的充电方法。对电池充电电流的大小一般用 充电率表示。例如电池的容量是充电率表示。例如电池的容量是 600mAh，若采用，若采用 0.5C 的充电率（的充电率（C 表示电池的容量）充表示电池的容量）充 电，则充电电流为电，则充电电流为 300mA。镍镉。镍镉/镍氢电池的标准充电率是镍氢电池的标准充电率是 0.1C，这样，这样 15 小时左右即可将小时左右即可将 电池充满电，采用标准充电率的优点是对电池不会造成损害，缺点是充电时间长；镍镉电池充满电，采用标准充电率的优点是对电池不会造成损害，缺点是充电时间长；镍镉/镍镍 氢电池的快速充电率是氢电池的快速充电率是(0.51)C，这样，这样 3 小时之内可将电池充满电，该方法的有点是充电小时之内可将电池充满电，该方法的有点是充电 时间短，但需要在电路中加入自动检测控制电路，以防止电池过充造成的温度过高，保护时间短，但需要在电路中加入自动检测控制电路，以防止电池过充造成的温度过高，保护 电池不受损害。电池不受损害。 2、 充电器设计方案充电器设计方案 根据以上介绍，若采用快速充电法，一般采用智能快速集成芯片完成，它具有全面的根据以上介绍，若采用快速充电法，一般采用智能快速集成芯片完成，它具有全面的 保保 护措施。对于标准的恒流充电，可以采用图护措施。对于标准的恒流充电，可以采用图 所示方案实现。将电网电压降压、整流滤波所示方案实现。将电网电压降压、整流滤波 后，产生一直流电压；在经过稳流电路输出一个可调的恒定电流；测测保护电路的功能是后，产生一直流电压；在经过稳流电路输出一个可调的恒定电流；测测保护电路的功能是 根据充电电池的状态，自动控制恒流电路的输出，以保护电池。根据充电电池的状态，自动控制恒流电路的输出，以保护电池。220V 降压整流、滤波稳流电路Io 检测保护电路电池组三、三、单元电路设计参考单元电路设计参考 1、 稳流电路设计稳流电路设计 稳流参考电路如图稳流参考电路如图 所示。稳压二极管所示。稳压二极管 DW和电阻和电阻 R1构成基准源电路，保证输入电压构成基准源电路，保证输入电压 Vi的稳定性。的稳定性。VC输入电压，该电压是整流、滤波电路的输出。整个电路可以看成一个电流输入电压，该电压是整流、滤波电路的输出。整个电路可以看成一个电流 串联负反馈系统，串联负反馈系统，T1、T2 组成的复合管是调整管，自动调整其组成的复合管是调整管，自动调整其 T2 管管 VEC电压的大小，保电压的大小，保证输出电流的稳定。根据分析，输出电流的大小为：证输出电流的稳定。根据分析，输出电流的大小为：。可见，调节输入电压。可见，调节输入电压 Vi的的00RVIi大小，即可改变输出电流的大小。图中电阻大小，即可改变输出电流的大小。图中电阻 R2、R3是输入平衡电阻，是输入平衡电阻，R4是限流电阻。关是限流电阻。关 于输入电压于输入电压 VC的决定，应该考虑如下：当充电电池电压最高，且输出电流最大时，调整的决定，应该考虑如下：当充电电池电压最高，且输出电流最大时，调整 管仍然要工作在线性状态，一般要求管仍然要工作在线性状态，一般要求 VEC3V。若再考到电网电压有。若再考到电网电压有10%的波动，所以的波动，所以VC1.1（1.454+3+0.5R） ；假如选定运算放大器的电源；假如选定运算放大器的电源 VC，运算放大器的饱和输出电，运算放大器的饱和输出电 压约压约 VC-2V，所以当输出电流最小时，要求运算放大器输出电压要小于，所以当输出电流最小时，要求运算放大器输出电压要小于 VC-2V，即：，即：，所以，所以 R12。VC1.1（1.454+3+0.512）mA5027 . 07 . 0 RVVCC=16.28V。至于调整管。至于调整管 T2 的选择，主要考虑发热情况，该电路消耗在的选择，主要考虑发热情况，该电路消耗在 T2 管上的最大功耗管上的最大功耗 为：为：PT2=（15.18-0.55-1.45）1=8.73（W） 。功率晶体管。功率晶体管 TIP42C 完全满足要求。稳压完全满足要求。稳压 管的选择，根据输出电流大小，可以选管的选择，根据输出电流大小，可以选 7V/1W 的稳压管。消耗在的稳压管。消耗在 Ro 电阻的最大功耗为电阻的最大功耗为I02R0=0.5212=3W，选择，选择 12/5W 即可，其余电阻选择即可，其余电阻选择 0.5W。图中。图中 K1 是保护继电器是保护继电器 的一个常闭触点，正常充电式的一个常闭触点，正常充电式 K1 闭合，当充满电时，闭合，当充满电时，K1 断开，输出电流变小，保护电池断开，输出电流变小，保护电池 不至于过充。不至于过充。+_ A1DwVc+_R11kRw 50kR210kR310kLM324(1)R4100T1T2Ro9015BT1BT4 IoIoViTIP42C120.1%Vo100/1WRK17V/1W2、 检测控制电路检测控制电路 该电路的功能是检测电池的两端电压是否过高，当该电路的功能是检测电池的两端电压是否过高，当 4 节电池串联被充电时，其两端的节电池串联被充电时，其两端的 电电 压高于压高于 41.45V=5.8V 时，电路起保护作用。为了使保护电路继电器避免频繁的起、停工时，电路起保护作用。为了使保护电路继电器避免频繁的起、停工 作，该电路可采用作，该电路可采用“迟滞比较器迟滞比较器”电路实现，电路如图电路实现，电路如图 所示。该电路的上门坎电压所示。该电路的上门坎电压；比较器的下门坎电压为：；比较器的下门坎电压为：。根据。根据ZrefHVRRRVRRRV877878 refLVRRRV878电池的特性，选择电池的特性，选择 VH=5.8V，VL=5.2V。可见调节。可见调节 RW2即可调节回差电压，调节即可调节回差电压，调节 RW1可调可调 节下门坎电压值。节下门坎电压值。K 选择线圈电阻为选择线圈电阻为 400 左右的左右的 12V 小型直流继电器，当电池没有被充小型直流继电器，当电池没有被充 满电时，电池电压比较低，比较器输出高电平，满电时，电池电压比较低，比较器输出高电平，T3 管饱和，管饱和，T4 截止，继电器截止，继电器 K 不动作，不动作， 其常闭触点其常闭触点 K1 闭合，稳流电路以设定的电流给电池充电；当电池被充满时，电压升高到闭合，稳流电路以设定的电流给电池充电；当电池被充满时，电压升高到 VH时，比较器输出低电平，时，比较器输出低电平，T3 管截止，管截止，T4 饱和，继电器饱和，继电器 K 动作，其常闭触点动作，其常闭触点 K1 断开，断开， R 被接入，输出电流大大减小，避免了电池过充。被接入，输出电流大大减小，避免了电池过充。LED 是充电指示灯。是充电指示灯。+_ A2LM324(2)Vref电池电压VcDw1R5R6R7R8R9Dw2R10R11KR12 LEDT3T490138050Rw1Rw2VzVz2Vz17V/1W 5V/1W50050k2k10k50k2005.1k4.3k1002kD1N4001R122k3、 降压、整流滤波电路降压、整流滤波电路这部分可以采用图这部分可以采用图 所示的典型电路。电源变压器选择如下：由于所示的典型电路。电源变压器选择如下：由于 VC=16V，故要求变压，故要求变压器副边电压器副边电压，取，取 U2=15V。变压器副边电流。变压器副边电流VVUC3 .132 . 1 16 2 . 1 2I21.1I0max=1.10.5A=0.55A。考虑变压器效率。考虑变压器效率，变压器原容量8 . 0，为了留有余量，可选择 12W 的变压器。取整流取整流WIUPP108 . 0 55. 0152221二极管和滤波电容器件的选取如下：因为二极管和滤波电容器件的选取如下：因为 VC16V，最大输出电流近似为，最大输出电流近似为 0.5A，故滤波电，故滤波电 容两端并联的等效电阻容两端并联的等效电阻 RL=VC/I0=16/0.5=32。为了减小滤波电容两端电压的波动，选择为了减小滤波电容两端电压的波动，选择，其中，其中 T=20mS。所以。所以2)53(TCRL。选择电容。选择电容 1000uF/50V 的滤波的滤波uFmS RTCL)1562937(32220)53(2)53(电容。整流二极管的最高工作电压电容。整流二极管的最高工作电压，工作电流，工作电流VUVRM2 .2115222，故选择，故选择 1N4001 二极管即可完全满足要求。滤波电容两端并联的二极管即可完全满足要求。滤波电容两端并联的AIID25. 025 . 020以小电容是消除高频信号的影响。以小电容是消除高频信号的影响。AC 220VU215VBD1D2D3D41N4001C+C1 0.01uF1000uFVc四、四、电路安装与调试电路安装与调试 1 在进行电路安装前，首先用万用表测试所有电子元器件的好坏，并查明电子器件及集成在进行电路安装前，首先用万用表测试所有电子元器件的好坏，并查明电子器件及集成 电路的管脚。电路的管脚。 2、按照图、按照图 所示电路仔细连好电路，最好在变压器副边串联一个所示电路仔细连好电路，最好在变压器副边串联一个 2A 的保险管。确认连线的保险管。确认连线 无误后，将无误后，将 220V 交流电压接通，用万用表测量滤波电容两端的直流电压是否正确。交流电压接通，用万用表测量滤波电容两端的直流电压是否正确。 3、按照、按照 所示的电路仔细连线，经检查无误后，电池先不要接入