常用充電器電路與應(yīng)用

家用型可充電池，常見有鎳鎘（Nicd）和鎳氫（NiH）電池，其尺寸為5^#、7^#的，而容量為500mAh～1.2mAh之間。同體積的電池，鎳氫型電池比鎳鎘型，其容量幾乎大一倍。但鎳鎘電池的技術(shù)性能最完善，即使國內(nèi)外軍方使用的可充電電池，目前鎳鎘電池（大容量Ah），也占很大的比例。  

由于生產(chǎn)鎳鎘電池的鎘材料對操作工人身體損害太大，加之廢舊鎳鎘電池污染環(huán)境的蔽端，所以在全球范圍內(nèi)（包括我國），已制定了相應(yīng)的政策，要在近2～3年之內(nèi)全部停止生產(chǎn)鎳鎘電池，而轉(zhuǎn)入以生產(chǎn)無污染的鎳氫電池以取代鎳鎘電池。

在性能方面，鎳鎘電池有記憶效應(yīng)，而鎳氫電池?zé)o記憶效應(yīng)，所以兩種電池在充電時，前者需要預(yù)先放電再進(jìn)行充電，而后者只需直接進(jìn)行充電。兩種電池標(biāo)稱的端電壓（一節(jié)）均為1.2V，所以對他們充電時，其充電電路均可兼容，只是對鎳氫電池充電時，無需放電操作。

值得說明：鋰離子電池（俗稱可充電的鋰電池），由于目前價格較高，加之充電方法有嚴(yán)格的規(guī)定，這里不予耐論。

1. 浮充式電池充電器

圖1是一種鎳鎘電池和鎳氫電池充電器電路。該電路主要對常用的鎳鎘和鎳氫（5^#、7^#）電池進(jìn)行充電。充電方式屬于電源浮充型。所謂浮充是指電源對電池充電時是連續(xù)的直流電，而不是脈沖電壓的充電方式。對電池浮充電是家用型電池最常采用的方式，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，缺電是充電完成后，其電池容量難于達(dá)到電池的標(biāo)稱容量。這對小容量的可充電池，該缺點(diǎn)還不太明顯，但對大容量電池，不僅會縮短電池的使用時間，而且會導(dǎo)致縮短電池有效的壽命，所以對大容量電池，如電動自行車使用的充電器，最好不使用浮充電的方式。

圖1電路中的E為被充的電池，E可以是多級串承，其串聯(lián)的電池個數(shù)，取決于充電電源電壓，這里的充電電壓V_CC為+8V，則最多可充5節(jié)5^#（或7^#）鎳鎘或鎳氫電池。

電路中的開關(guān)K為手動充電/放電開關(guān)，K置Charge時為電池充電；K置Discharge時，為電池放電。

電路工作原理和操作      在圖1電路中，R1、R2、R3及穩(wěn)壓管D1組成基準(zhǔn)電壓發(fā)生器，調(diào)節(jié)電位器R3，使R3輸出電壓為0.7V（也可選0.8V）。該電壓通過R4供給IC-1（TL084）反相（一）端②腳作為參考電壓，IC-1作比較器用。IC-1同相（+）端③腳，通過R5及R6取得控制電壓，控制電壓來自充電電池E。R6是電位器，調(diào)節(jié)R6使其輸出電壓V1=V_E/n，其中V_E是被充電電池按1V計(jì)算的總電壓，n代表電池的節(jié)數(shù)，調(diào)節(jié)R6使V1≈1V的電壓。滿足這些條件時，置開關(guān)K于放電位置，此時由于IC-1同相端③腳電壓高于反相端②腳電壓，其IC-1輸出高電平，此時BG（結(jié)型場效應(yīng)管BUZ10）導(dǎo)通，充電電池通過限流電阻R11和BG管放電。當(dāng)電池E放電，使V1值低于IC-1反相端②腳電壓時（V1低于1V），IC-1的輸出端①腳為低電平，BG管截止。同時運(yùn)放IC-2輸出高電平，并通過R9、C1、D2將該高電平轉(zhuǎn)移到IC-1的反相端②腳，使電路自鎖，電池放電完成，自動停止放電。然后，人工將開關(guān)K置于充電位置，此時電源通過R10以100mA的電流向電池浮充電。R10的取值可按公式：8－1.42n/0.1計(jì)算，n代表電池節(jié)數(shù)。

上述電路的充放電操作過程說明，電池放電時，運(yùn)放TL082和相關(guān)電路完成電池放電功能，但充電時，TL082，未參與工作，所以電池一旦充滿規(guī)定電壓時，若不斷電源，電池處于涓流充電，即使不斷開電源，電池也不會造成過充而損壞電池。

2. 脈沖式電池充電器      對電池（包括Nicd或NiH）充電的最好方式是脈沖式的充電法，其特點(diǎn)是脈沖高電平時對電池充電，而低電平時可對電池放電，要求放電時的電流應(yīng)大大小于充電電流。放電目的是把電池正極上堆積的電荷適當(dāng)減少，以保證充電充足。所以脈沖充電法，可使電池電量充足到電池的標(biāo)稱容量值。這是浮充電方式所達(dá)不到的指標(biāo)。

圖2是采用IC 555時基電路和三極管8050組成的電池充電電路，以供5^#或7^#的鎳鎘或鎳氫電池充電。

電路中的IC555產(chǎn)生方波，方波頻率設(shè)置為50Hz，方波由IC 555③腳輸出。三極管BG集電極與IC555③腳相連，基極通過RD與電源相連。BG的發(fā)射極通過限流電阻R1與被充電池相連后到地。BG基極電阻RD為4.7kΩ，目的是供給BG管足夠的基極電流而使BG處于飽和狀態(tài)。

按圖示連接，給電路加電（+5V），555產(chǎn)生振蕩，其③腳輸出方波，方波高電平時，BG管處于飽和導(dǎo)通（管壓降接近為0），其電流通過集電極到發(fā)射極對電池充電；方波低電平時，基極到集電極仍處于正偏置，BG管集電極電壓接近于零，此時有反向（從發(fā)射極到集電極）電流從電池流回IC 555的③腳，電池處于放電狀態(tài)，但由于反向電流很小，所以電池放電電流也遠(yuǎn)小于對電池充電的電流。

電路中的R1為限流電阻，其值與電源電壓和電池充電個數(shù)有關(guān)，一般取充電平均電流為100mA（對5^#電池），充電時間約7～8小時（對5^#電池），電池充滿后，若不斷電源，電池處于涓流狀態(tài)，不會造成電池過充。

3. PIC單片機(jī)UPS電源   

PIC單片機(jī)（微控制器）常用于生產(chǎn)現(xiàn)場作控制電路。生產(chǎn)現(xiàn)場，若突然斷電，有時會使PIC單片機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)消失，為此這里給出一種簡單實(shí)用的PIC單片機(jī)UPS電源，如圖3所示。

UPS電源又稱不間斷電源，或后備電源，即電網(wǎng)供電突然停止時，UPS電源會自動給設(shè)備需要的部件供電。

圖3電路的特點(diǎn)：電網(wǎng)有電時，該電路給PIC單片機(jī)提供+5V電源；停電時，由電池（+9V）自動給電路供電，PIC單片機(jī)仍有+5V電源；停電時，電路自動進(jìn)行切換（不用繼電器），完成后備供電。

電路工作原理      有交流電時，電源220V經(jīng)變壓器B降壓、D1～D4整流、C1濾波。整流后的電壓經(jīng)二極管D5后分成兩路，一路通過TR1到IC1，完成穩(wěn)壓輸出+5V電壓，供PIC單片機(jī)所需的電源。另一路通過R1對鎳鎘電池9V進(jìn)行充電，充電電流選擇約40mA。如果停電，電解電容器C1放電為0V，這時，電池通過D6、TR1到IC1向電路供電，使輸出端仍有+5V電壓，完成后備電源的功能。

二極管D5起隔離作用，使停電時，阻止電池電流流向整流橋。穩(wěn)壓管D7（5.6V）的作用，是防止電池E（+9V）過放電，即當(dāng)電池放電下降到約6V時，因D7作用，TR1截止，電池放電停止。所以該電路的設(shè)計(jì)是完全符合電路各方面要求的。