鎳氫電池智能充電電路原理

單只鎳氫電池電壓為1.25V，充電時最高為有1.55V，它不宜使用高于3V的直流電源為其充電。將電源變壓器輸出為交流3.5V的雙繞組作全橋整流可得到正負(fù)3.5V直流電，以負(fù)端輸出作為零電平，中點(diǎn)即成為+3.5V可作給鎳氫電池充電的直流電源，正端輸出則成為+7V可作控制電路的工作電源。非滿載輸出狀況時，中點(diǎn)電平約為4.9V，正輸出端約為9.8V。滿載輸出狀況時，中點(diǎn)電平為3V，正輸出端約為7.9V?？刂齐娐匪褂玫腃OMS門電路CC4093和通用四運(yùn)放LM324均可在6V～12V之間正常工作。

參見原理圖，U1是內(nèi)置電壓比較器的穩(wěn)壓集成電路TL431，可供應(yīng)2.5V精密基準(zhǔn)電壓。經(jīng)R7～R10四只電阻串聯(lián)分壓，分別為U2a、U2b、U2c三只電壓比較器供應(yīng)1.54V、1.25V、1.15V比較電壓。U2a的負(fù)輸入端與U2b、U2c的正輸入端共同接在鎳氫電池正端上，對電池兩端電壓進(jìn)行檢測。電池電壓高于1.54V時U2a輸出低電平，電池電壓低于1.54V時U2a輸出高電平；電池電壓高于1.25V時U2b輸出高電平，電池電壓低于1.25V時U2b輸出低電平；電池電壓高于1.15V時U2c輸出高電平，電池電壓低于1.15V時U2c輸出低電平。U2d的負(fù)輸入端接在2.5V基準(zhǔn)電壓上，正輸入端通過R24電阻接中點(diǎn)電源上。與此同時，U2d正輸入端通過C3電容接在鎳氫電池正端上，在沒有放入電池或通電數(shù)秒種后，U2d輸出高電平。

在電池已經(jīng)放入電路中的狀況下接通電源，U2d正輸入端被C3電容暫時短路接在鎳氫電池正端上，電平不大于1.5V,U2d輸出低電平；經(jīng)過約1秒鐘后,C3電容被充電，U2d正輸入端電平高于2.5V,U2d輸出高電平。假如放入的是沒有放完電可以繼續(xù)使用的電池，U2c將檢測出電池的兩端電壓高于1.15V，輸出高電平。在U2d尚輸出低電平的時候，由與非門U3c、U3d組成的RS觸發(fā)器將被置成U3c輸出低電平，U3d輸出高電平。1秒鐘后U2d輸出高電平，U3c、U3d的輸出狀態(tài)被保持不變。發(fā)光管LED4發(fā)紅光顯示電池不要充電。而U3c輸出低電平使BG1截止，與非門U3a輸入端同時被封鎖輸出高電平，與非門U3b輸出低電平，功率場效應(yīng)管BG2截止。只有經(jīng)過R1的約30mA電流給電池作涓流維持性充電。

假如放入的是放完電的電池，U2c將檢測出電池兩端電壓低于1.15V，輸出低電平。在U2d尚輸出低電平的時候，由與非門U3c、U3d組成的RS觸發(fā)器將被置成U3c與U3d都輸出高電平。但在1秒鐘后，U3d改為輸出低電平，U3c繼續(xù)保持輸出高電平。發(fā)光管LED3發(fā)綠光指示電池要充電。此時，U2b輸出低電平使U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應(yīng)管BG2截止。但U3c輸出高電平使BG1導(dǎo)通，經(jīng)R2供應(yīng)約100mA電流和經(jīng)過R1的30mA電流一起給電池作小電流充電。電池開始充電后，在電池電壓高于1.15V、低于1.25V期間，U2c的輸出狀態(tài)翻轉(zhuǎn)為高電平。但U3c、U3d的輸出狀態(tài)保持不變，U3c繼續(xù)輸出高電平，BG1導(dǎo)通。因U2b的輸出狀態(tài)還是低電平使U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應(yīng)管BG2截止。仍然只經(jīng)R2供應(yīng)約100mA電流和經(jīng)過R1的30mA電流一起給電池作小電流充電。

經(jīng)過一段時間小電流充電后，電池電壓高于1.25V、低于1.54V，電壓比較器U2a、U2b都輸出高電平，此時U3c也繼續(xù)輸出高電平，從而使U3a輸出低電平，U3b輸出高電平，功率場效應(yīng)管BG2導(dǎo)通，經(jīng)R3供應(yīng)不小于500mA電流和經(jīng)過R2供應(yīng)的100mA電流以及經(jīng)過R1供應(yīng)的30mA電流一起給電池作大電流充電。此時LED1發(fā)綠光顯示正處于大電流充電狀態(tài)，LED3綠發(fā)光管熄滅。發(fā)光管LED2也熄滅。

在經(jīng)過一段時間大電流充電，電池已經(jīng)充足電，電池電壓高于1.54V時，U2a輸出低電平使U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應(yīng)管BG2截止。LED1熄滅，LED2發(fā)光。與此同時，U3b從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，將通過C2電容和R13構(gòu)成的微分電路將U3d輸入端短暫置為低電平，從而使U3b輸出端從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。LED4發(fā)光顯示電池已經(jīng)充足電。U3a的輸出端隨之從高電平翻轉(zhuǎn)為低電平，LED3熄滅，BG1也截止，只有經(jīng)過R1的30mA電流繼續(xù)給電池充電。若繼續(xù)進(jìn)行涓流充電，電池電壓將從1.55V降低至1.5V，U2a與U2b的輸出端都將輸出高電平，但此時U3a輸入端已經(jīng)被U3c封鎖只能輸出高電平，U3b輸出低電平，功率場效應(yīng)管BG2繼續(xù)保持截止，只有經(jīng)過R1的30mA電流繼續(xù)給電池作涓流充電。

取出電池后或在沒有放入電池的狀況下接通電源，連接電池正端的E點(diǎn)電平為中點(diǎn)電位高于1.55V，U2a輸出低電平，BG3截止，LED3和LED4都不發(fā)光。此時U3a輸出高電平，U3b輸出低電平，LED2發(fā)紅光指示電路處于通電工作狀態(tài)，LED1不發(fā)光。再放入電池，即刻重復(fù)上述自動檢測充電過程。

其中，LED1與LED2、LED3與LED4可分別合用一只雙色發(fā)光管。接通電源后，LED1與LED2總有一只發(fā)光。LED3與LED4必須放有電池才發(fā)光，因此可以判斷電池是否放入并且沒發(fā)生接觸不良現(xiàn)象。

CC4093是帶斯密特觸發(fā)器的四2與非門，因其不易買到，可用普通四2與非門CD4011替代。