自制手機鋰離子電池充電器

自制手機鋰離子電池充電器鋰離子電池以其體積小、容量大、重量輕、無記憶效應、無污染、電池循環充放電次數多（壽命長）等優點，現已普遍地在手機上使用。但在實際使用中有不少人會覺得鋰離子電池的壽命很短，用不了多久就充不上電了，其實都是因為充電不當造成電池的損壞。鋰離子電池充電條件要求嚴格，充電控制要求精度高，對過充電的承受能力差，如果用一般的充電器對其充電，必定會因過充電而損壞。因此，鋰離子電池的充電器必須符合鋰離子電池的充電特性要求。

鋰離子電池的充電過程分兩階段進行，首先用恒流充電到４．２Ｖ＋０．０５Ｖ，即轉入４．２Ｖ±０．０５Ｖ恒壓的第二階段充電，恒壓充電電流會隨著時間的推移而逐漸降低，待充電電流降到０．１ＣｍＡ時，表明電池已充到額定容量的９３％或９４％，此時即可認為基本充滿，如果繼續充下去，充電電流會慢慢降低到零，電池完全充滿。恒流充電率為０．１ＣｍＡ～１．５ＣｍＡ（ＣｍＡ：當電池額定容量為１０００ｍＡｈ時，則１．０ＣｍＡ充電率表示充電電流為１０００ｍＡ；１．５ＣｍＡ充電電流為１５００ｍＡ，依此類推）。標準充電率為０．５ＣｍＡ，約需２小時可將電池電壓（放電到３．０Ｖ的電池）充到４．２Ｖ，再轉入恒壓充１小時左右，即可結束充電。整個充電過程約需３小時，當充電率為１．５ＣｍＡ時，第一階段的充電時間只約需１／２小時。

筆者根據鋰離子電池的充電特性，制作了一款充電器，電路圖見圖１，其效果很好。該充電器主要由恒流源、恒壓源和電池電壓檢測控制三部分組成。其工作原理為：市電經電源變壓器降壓、整流、濾波，由ＩＣ１構成恒流源經繼電器的常閉觸點向電池進行第一階段恒流充電；當電池的電壓上升到由ＩＣ３組成的電壓比較器所設定的４．２Ｖ時，電壓比較器輸出高電平，經Ｒ７、ＺＤ２觸發可控硅ＳＣＲ導通，繼電器Ｊ得電吸合，Ｊ－１的常閉點斷開，常開點接通，轉為由ＩＣ２組成的恒壓源進行第二階段的恒壓充電。繼電器之所以要用可控硅來控制，是因為在轉為恒壓充電時，電池的電壓會有所下降，電壓比較器又會轉為輸出低電平，但由于可控硅觸發后的自保持特性就可消除這一影響。ＺＤ２和Ｃ５的作用是消除誤觸發。Ｄ５的作用是防止電池電流倒流損壞ＩＣ１。

元件選擇：電源變壓器Ｔ的次級電壓為１０Ｖ，輸出功率根據你設定的第一階段充電電流大小而定。ＩＣ１、ＩＣ２用可調三端穩壓集成電路ＬＭ３１７，恒流源的電流大小由Ｒ１的阻值大小決定，其電流大小的計算方法為：１．２５Ｖ除以Ｒ１的阻值，電阻Ｒ１的功率應≥２Ｗ，筆者選用的阻值是１．８Ω。恒壓源電壓的高低由Ｒ２和Ｒ３的比值決定。按ＬＭ３１７使用手冊的推薦，Ｒ３的阻值在１２０Ω～２２０Ω之間選取，電壓高低的計算方法為：１．２５（１＋Ｒ３／Ｒ２）。ＩＣ３應選用單電源供電的運放，可用廉價的ＬＭ３５８雙運放（只用其中一個運放）。為保證調試的精確，可調電阻Ｒ２及Ｗ均應選用多圈精密可調電阻。繼電器選用工作電壓為１２Ｖ、且觸點電流較大的，以減少接觸電阻，筆者選用的是８Ａ的。可控硅ＳＣＲ選用小電流的單向可控硅，筆者用的型號為ＭＣＲ１００－８的１Ａ單向可控硅。Ｄ１～Ｄ５應選用工作電流大于３Ａ的二極管。另外，因第一階段的充電電流較大，充電器輸出到電池座的導線應選用稍粗的，以減少因導線內阻引起的電壓降而影響控制電壓的精度，同樣，電池座與電池也應接觸良好。在設計電路板時，應注意區分ＩＣ１、ＩＣ２的引腳（見圖２所示）。ＩＣ１、ＩＣ２應加足夠大的散熱片，如兩者共用散熱片時，其中一個應加絕緣片，建議加在ＩＣ２上，理由是ＩＣ１工作時發熱量較大，加絕緣片會增加熱阻，影響散熱效果。為了減少ＩＣ１、ＩＣ２與散熱片的接觸熱阻，接觸面應加散熱硅脂。因ＬＭ３１７的散熱板與其輸出端內部是相連的，所以散熱片應獨立絕緣。發光二極管ＬＥＤ１和ＬＥＤ２的作用是指示充電的工作狀態，第一階段恒流充電時ＬＥＤ２亮，第二階段恒壓充電時ＬＥＤ１亮，可分別選用不同顏色的發光二極管，以示區別。

調試：充電器裝好后，先斷開Ｒ７，接上電源，用數字萬用表測量ＩＣ３的{2}{6}腳電壓，調整Ｗ，使電壓為４．２Ｖ，初步調好比較電壓點，給ＩＣ２的輸出端接上４７Ω的假負荷，測量ＩＣ２的輸出端的電壓，調整Ｒ２，使電壓為４．２Ｖ。接著，斷開電源，接上Ｒ７；斷開假負荷，接上待充電電池。然后接上電源，這時充電器給電池進行恒流充電。為確保比較電壓點精確，應分別測量電池兩端的電壓和電壓比較器采樣點Ａ點與ＩＣ３第{4}腳之間的電壓，Ａ點的電壓值減去電池兩端的電壓值即為導線的電壓降值，再調整Ｗ，使ＩＣ３的{2}{6}腳的電壓為４．２Ｖ＋導線的電壓降值，以確保第一階段充電結束時，電池兩端的電壓精確達到４．２Ｖ。至此，調整完成，充電器可投入正常使用。