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1、镍氢（Ni-MH ）充电器原理前言镍氢充电电池在不同倍率恒流充电状态下，当充电能量达到相同容量时，其端电压是不同的，充电电流倍率越大，电压越高；比如对 1200mAH（电池容量单位；毫安时）的充电电池以 1CA（1 倍率即 1.2A）充电到额定容量的 110%时，其电压约 1.53V；以0.1CA（ 0.1 倍率即 120mA）充电到额定容量的 110%时，其电压约 1.47V。另外，充电电池一般都标称为 1.2V，实际上如前所述，充电满时电压可达 1.45V 以上；放电时一般认为电压降至 1.0V 左右存储的能量基本用完。实际使用时，尽量不要让充电电池过充电或过放电，特别是在大电流时更要避免
2、。下面分析、介绍广东步步高电子公司超薄型便携式 VCD/MP3/CD 附带的镍氢充电器。因该便携式 VCD/MP3/CD 机较薄，所以，它采用方型 1200mAH 镍氢充电电池，随之相配的充电器外型很象一个鞋刷，两节电池必须串联同时充电，充满（大电流）时间约 4 4.5小时。便携式 VCD/MP3/CD 也有充电功能，只是充电电流较小（约 140mA），充满需要1012 小时。一、强电部分：1市电经 1A/250V 保险管加到压敏电阻 RV 和整流桥堆 D1-D4 上，压敏电阻用于市电瞬间过压保护，D1-D4 整流后的脉动直流再经 C1、L1、C2 组成的 型滤波电路滤波后加到变压器 T1 初
3、级侧。2观察变压器 T1 初、次级绕组的同名符号，可以看出它是典型的反激式变换型，也叫回扫变压器型。如图（3）所示是其等效原理图，开关 S 导通时，变压器初级侧感应电压，极性为 上正下负， 次级侧感应电压，极性为 下正上负， 这时变压器初级侧以输入电压V1 励磁蓄积能量，变压器次级侧电压极性使二极管 VD 反偏截止；开关 S 断开时，变压器初级侧电压极性反转为 上负下正， 次级侧感应电压，极性为 上正下负， 这时变压器次级侧以输电压 VO 消磁，蓄积在电感中的能量释放供给负载。电压变比为 M = D / N（1 - D）式中，N 为变压器匝比，即 N = N1 / N2；D 是占空比，定义为
4、D = TON / T，TON 是开关 S 导通时间，T 为工作周期3U1（VIPer12A ）是 STMicroelectronics 公于 2002 年研发出的低功率、离线式控制器，它内部集成了开关控制电路和功率场效应管，其第 12 脚是功率管的源极（SOURCE），第 3 脚 FB 是反馈信号输入端，作为内部电路控制使用，第 4 脚 VDD是电源，第 5 8 是功率管的漏极（DRAIN），功率管的栅极（GRID）没有引出，在内部受一个 RS 触发器输出 Q 控制，该触发器有 4 个复位输入 R1R4，分别代表温度、欠压锁定、过压和电流保护，1 个置位 S 输入。因此，该器件具有过压、过流
5、和温度保护功能，属电流控制型，漏极最大极限电流约 420mA，工作频率为 60KHz，特别适合于 8 13W 的小型家用电器使用。另外，当漏极为最大极限电流的 12%，即约 50mA时，系统靠减少开关周期而工作于脉冲模式，这一点对于轻负载时的转换器尤其重要。4变压器还有一个辅助绕组，经 D6 半波整流后作为 U1 的电源；开始起动时此绕组不能供电，起动电源是由 U1（VIPer12A）的漏极进入到 IC 内部的，一旦系统正常工作后，就靠辅助绕组供电。U1（VIPer12A ）第 3 脚 FB 联接光耦，而光耦受精密可调基准电源 TL431 控制，从图示参数可计算低压侧稳压输出 5.5V，即 2
6、.5V *（1K+ 1K）/1K = 5.0V此外，电路中 R1（620K），C3（102/1KV），D5（PR107）组成保护电路，因为，在U1 关断瞬间，变压器 T 初级侧电压极性反转上负下正，该电压同桥堆整流出的电源电压同相、相加，这个较高的电压同时加到 U1 上，所以，需要用上面的电路保护，同时吸收初级部分能量。二、弱电部分：1恒流充电：恒流充电单元由 R8（56）、T1T3（S8050）和 R9（2.2，1/4W）组成。正常工作时，T3 的发射结与 R9 并联，其电压基本不变，约 0.60V，因此，可以计算2.2 流过的电流约 270mA；如果输入电压偏高或充电电池电压较低，这时 2
7、.2 流过的电流也相应增大，即 T3 的发射结电压升高，T3 就会有更大的基极电流，于是 T1、T2基极电压就会下降，从而保持流过 2.2 电流基本不变（稍稍增大一点）。2滞回比较器：滞回比较器由 LM358 和 R5（1K）、R6（10K）组成，LM358 接成正反馈；基准电压也是由精密可调基准电源 TL431 与 R2（150）、R3 （1.5K）、R4（10K）组成，因此，可以计算出基准电压：VREF = 2.5 V*（1.5K + 10K）/10K = 2.875（V ）而上、下翻转电压由下面公式导出：V+ =（VREF * 10K + 3.55 *1K） /（10K+1K） 其中 3
8、.55V 是 LM358 输出的“高电平”V- =（VREF * 10K + 0.6 *1K） /（10K+1K） 其中 0.6V 是 LM358 输出的“低电平” 因此，计算得出： 上翻转电压 V+ = 2.936（V）下翻转电压 V- = 2.668（V ）当把充电电池放入电池槽，插入市电就开始大电流充电，充电电流约 270mA；随后，电池电压会缓慢上升，LM358 反相输入端一直检测电池电压的变化，一旦电池电压上升到上翻转电压 V+ = 2.936（V），LM358 就会发生雪崩正反馈，其输出“低电平”，随后，系统转入涓流充电。3涓流充电：LM358 发生雪崩正反馈，其输出“低电平”时，
9、这个较低的电压通过R14（2.2K）加到另一组运放的反相输入端；显然，该脚电压远小于其同相端的电压（为 2.5V），因此，LM358 的输出“高电平”，从而控制 T4 饱和导通，这样，R8和 R10 分压把 T1、T2 的基极电位控制在 3.80 3.85（V）之间。则 R9 上的电压降为VR9 = （3.80 3.85）- VBE VBATT VD0式中： VBE 是 T1、T2 的发射结电压，约为 650mV；VD0 是肖特基二极管正向电压，小电流时约为 250mV；VBATT 是（ 2 节）充电电池电压，约为 2.85V；注：镍氢充电电池在以大电流充电到较高电后转向小电流充电，其电压会立
10、即下降一点，然后缓慢下降，一般会下降到 2.752.85V 之间；该电压随涓流充电电流的大小而不同，涓流大则相应的电池电压高，反之则低。这是充电电池的特性决定的，也是一个工程实际问题。因此，我们可以计算得出 VR9 最大为 100mV，最小为 50mV，读者很容易计算出相应的涓流充电电流，此时 T3 处于截止状态。为什么要涓流充电呢？为什么要设下翻转电压？ 因为电池在批量生产时一定分散性，如果把电池充到 2.936（V）即关掉，实际上，对部分电池并未充满对使用者来，这也是一件憾事；因此，为了让每一个电池都充满，在电池电压到达 2.936（V）后改为涓流充电即可做到；另外，以涓流充电较长（30
11、天）时间内也不会损坏电池。对第二个问题，如果只设一个阀门电压，比如前面讲到的 2.936（V），那么可以想象：当电池电压超过该值后切换到涓流充电，电池电压会缓慢下降，一旦低于阀门电压，系统又回切换大电流充电这样如此反复一方面会损坏电池，另一方面会给使用者造成错觉：电池怎么总是充不满呢？！现在再设置一个下翻转电压 V- = 2.668（V），当系统转到涓流充电后，只要电池电压不低于下阀门电压，它就不会再翻转，一直保持涓流充电直到使用者取下。4D0 的做用和指示灯的含义；（1） 开始设计时由于考滤不周，电路中并没有 D0，但在做实际充电实验时发现一个问题：当电池充满后不直接取下电池，而是连同充电器
12、一起取下，这时电源指示灯LED1（red）亮了起来！读者暂不看下面的文章，先自行分析一下为什么？原因如下：当市电去除后，+5.0V 不存在了，这时，电池电压就会经 R9、T3 的集电结（集电结此时正偏导通）、R8 、R1 最后加在 LED1（red），所以它会亮，并且电池电压越高，LED1 （red）越亮。读者还可分析：R8 和 T1、T2 的集电结并联，电流为和不会直接经过它们的集电结而非要经过 R8 呢？仔细想一想，你会得出答案，只有这样多思多想你才可以提高自己理解、分析电路的能力。（2）指示灯的含义LED1（red）电源指示（红色），一旦插入市电即亮；LED2（green ） 大电流充电指示（绿色），靠 LM358 的 直接驱动；LED3（yellow）涓流充电指示（黄色），靠 LM358 的 直接驱动；
