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1、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
2、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
3、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
4、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.
5、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、
6、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
7、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。
8、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-
9、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=0.5
10、212=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
11、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
12、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
13、 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
14、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
15、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
16、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
