常用充电器电路与应用

常用充电器电路与应用

家用型可充电池，常见有镍镉（Nicd）和镍氢（NiH）电池，其尺寸为5^#、7^#的，而容量为500mAh～1.2mAh之间。同体积的电池，镍氢型电池比镍镉型，其容量几乎大一倍。但镍镉电池的技术性能最完善，即使国内外军方使用的可充电电池，目前镍镉电池（大容量Ah），也占很大的比例。  

由于生产镍镉电池的镉材料对操作工人身体损害太大，加之废旧镍镉电池污染环境的蔽端，所以在全球范围内（包括我国），已制定了相应的政策，要在近2～3年之内全部停止生产镍镉电池，而转入以生产无污染的镍氢电池以取代镍镉电池。

在性能方面，镍镉电池有记忆效应，而镍氢电池无记忆效应，所以两种电池在充电时，前者需要预先放电再进行充电，而后者只需直接进行充电。两种电池标称的端电压（一节）均为1.2V，所以对他们充电时，其充电电路均可兼容，只是对镍氢电池充电时，无需放电操作。

值得说明：锂离子电池（俗称可充电的锂电池），由于目前价格较高，加之充电方法有严格的规定，这里不予耐论。

1. 浮充式电池充电器

图1是一种镍镉电池和镍氢电池充电器电路。该电路主要对常用的镍镉和镍氢（5^#、7^#）电池进行充电。充电方式属于电源浮充型。所谓浮充是指电源对电池充电时是连续的直流电，而不是脉冲电压的充电方式。对电池浮充电是家用型电池最常采用的方式，其优点是电路简单，缺电是充电完成后，其电池容量难于达到电池的标称容量。这对小容量的可充电池，该缺点还不太明显，但对大容量电池，不仅会缩短电池的使用时间，而且会导致缩短电池有效的寿命，所以对大容量电池，如电动自行车使用的充电器，最好不使用浮充电的方式。

图1电路中的E为被充的电池，E可以是多级串承，其串联的电池个数，取决于充电电源电压，这里的充电电压V_CC为+8V，则最多可充5节5^#（或7^#）镍镉或镍氢电池。

电路中的开关K为手动充电/放电开关，K置Charge时为电池充电；K置Discharge时，为电池放电。

电路工作原理和操作      在图1电路中，R1、R2、R3及稳压管D1组成基准电压发生器，调节电位器R3，使R3输出电压为0.7V（也可选0.8V）。该电压通过R4供给IC-1（TL084）反相（一）端②脚作为参考电压，IC-1作比较器用。IC-1同相（+）端③脚，通过R5及R6取得控制电压，控制电压来自充电电池E。R6是电位器，调节R6使其输出电压V1=V_E/n，其中V_E是被充电电池按1V计算的总电压，n代表电池的节数，调节R6使V1≈1V的电压。满足这些条件时，置开关K于放电位置，此时由于IC-1同相端③脚电压高于反相端②脚电压，其IC-1输出高电平，此时BG（结型场效应管BUZ10）导通，充电电池通过限流电阻R11和BG管放电。当电池E放电，使V1值低于IC-1反相端②脚电压时（V1低于1V），IC-1的输出端①脚为低电平，BG管截止。同时运放IC-2输出高电平，并通过R9、C1、D2将该高电平转移到IC-1的反相端②脚，使电路自锁，电池放电完成，自动停止放电。然后，人工将开关K置于充电位置，此时电源通过R10以100mA的电流向电池浮充电。R10的取值可按公式：8－1.42n/0.1计算，n代表电池节数。

上述电路的充放电操作过程说明，电池放电时，运放TL082和相关电路完成电池放电功能，但充电时，TL082，未参与工作，所以电池一旦充满规定电压时，若不断电源，电池处于涓流充电，即使不断开电源，电池也不会造成过充而损坏电池。

2. 脉冲式电池充电器      对电池（包括Nicd或NiH）充电的最好方式是脉冲式的充电法，其特点是脉冲高电平时对电池充电，而低电平时可对电池放电，要求放电时的电流应大大小于充电电流。放电目的是把电池正极上堆积的电荷适当减少，以保证充电充足。所以脉冲充电法，可使电池电量充足到电池的标称容量值。这是浮充电方式所达不到的指标。

图2是采用IC 555时基电路和三极管8050组成的电池充电电路，以供5^#或7^#的镍镉或镍氢电池充电。

电路中的IC555产生方波，方波频率设置为50Hz，方波由IC 555③脚输出。三极管BG集电极与IC555③脚相连，基极通过RD与电源相连。BG的发射极通过限流电阻R1与被充电池相连后到地。BG基极电阻RD为4.7kΩ，目的是供给BG管足够的基极电流而使BG处于饱和状态。

按图示连接，给电路加电（+5V），555产生振荡，其③脚输出方波，方波高电平时，BG管处于饱和导通（管压降接近为0），其电流通过集电极到发射极对电池充电；方波低电平时，基极到集电极仍处于正偏置，BG管集电极电压接近于零，此时有反向（从发射极到集电极）电流从电池流回IC 555的③脚，电池处于放电状态，但由于反向电流很小，所以电池放电电流也远小于对电池充电的电流。

电路中的R1为限流电阻，其值与电源电压和电池充电个数有关，一般取充电平均电流为100mA（对5^#电池），充电时间约7～8小时（对5^#电池），电池充满后，若不断电源，电池处于涓流状态，不会造成电池过充。

3. PIC单片机UPS电源   

PIC单片机（微控制器）常用于生产现场作控制电路。生产现场，若突然断电，有时会使PIC单片机运行数据消失，为此这里给出一种简单实用的PIC单片机UPS电源，如图3所示。

UPS电源又称不间断电源，或后备电源，即电网供电突然停止时，UPS电源会自动给设备需要的部件供电。

图3电路的特点：电网有电时，该电路给PIC单片机提供+5V电源；停电时，由电池（+9V）自动给电路供电，PIC单片机仍有+5V电源；停电时，电路自动进行切换（不用继电器），完成后备供电。

电路工作原理      有交流电时，电源220V经变压器B降压、D1～D4整流、C1滤波。整流后的电压经二极管D5后分成两路，一路通过TR1到IC1，完成稳压输出+5V电压，供PIC单片机所需的电源。另一路通过R1对镍镉电池9V进行充电，充电电流选择约40mA。如果停电，电解电容器C1放电为0V，这时，电池通过D6、TR1到IC1向电路供电，使输出端仍有+5V电压，完成后备电源的功能。

二极管D5起隔离作用，使停电时，阻止电池电流流向整流桥。稳压管D7（5.6V）的作用，是防止电池E（+9V）过放电，即当电池放电下降到约6V时，因D7作用，TR1截止，电池放电停止。所以该电路的设计是完全符合电路各方面要求的。