鎳氫電池充電器設(shè)計(jì)方案匯總（五款模擬電路設(shè)計(jì)原理圖詳解）

鎳氫電池的特點(diǎn)

單體鎳氫電池的結(jié)構(gòu)是密封圓柱形，標(biāo)稱電壓為1.2V，它主要有以下特點(diǎn)：

NiMH電池的“儲(chǔ)能密度”，以5號(hào)（AA型）可充電電池為例，至少在1000mAh以上，好的能達(dá)到1400mAh，在同等體積和重量的條件下，其容量是鎳鎘電池的2～3倍，而比傳統(tǒng)型鎳鎘電池要多出1倍多。

“記憶效應(yīng)”是指電池在使用過程中，由于沒有完全放電就進(jìn)行充電，造成電池負(fù)極板上產(chǎn)生不正常的氧化物導(dǎo)致，它對(duì)電池電壓有抑制作用，表現(xiàn)為電池充電很足，但放電時(shí)，電壓驟減，致使電池使用壽命縮短。鎳氫電池?zé)o“記憶效應(yīng)”，但在使用過程中，有自放電現(xiàn)象。正常使用情況下，其電量的流失量為每天 1％～3％，充滿電的鎳氫電池，放置幾星期后再使用，就必須重新充電。由于鎳氫電池?zé)o“記憶效應(yīng)”，所以在開始為它充電前不需做放電處理，可以隨用隨充，在任一點(diǎn)充電。

鎳氫電池充電、放電比較隨便，即使過充電也不會(huì)造成電池永久性損傷，電池放電到0V以后再充電，仍然能夠恢復(fù)鎳氫電池的容量。

由于鎳氫電池含鎘成分極微，甚至不含鎘成分，不會(huì)污染環(huán)境，所以鎳氫電池也叫環(huán)保電池或“綠色電池”?，F(xiàn)有很多國家都投巨資興建鎳氫電池生產(chǎn)線。

鎳氫電池所用的儲(chǔ)氫合金是從稀土中提煉出來的，而我國是稀土資源大國，約占全球總儲(chǔ)存量的80％，所以我國發(fā)展鎳氫電池具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

鎳氫電池以1C電流充電、放電循環(huán)使用壽命超過500次，以0.2C電流充、放電循環(huán)使用壽命超過1000次，從實(shí)際使用壽命看，以5號(hào)鎳氫電池為例，采用1000mA電流充電，可累計(jì)重復(fù)使用1000h。

鎳氫電池充電器設(shè)計(jì)方案（一）

該電池盒由14節(jié)1.2V／1.8A·h鎳氫電池組成，每7節(jié)為一組并聯(lián)組成8.4V／3.6A·h電池。每組電池經(jīng)過電流、超溫保護(hù)元件連接，并由熱敏電阻與充電控制板組成一體，通過六芯插座與外部電源適配器連接，實(shí)現(xiàn)電池組的充電控制。其電路如圖所示。

電路工作原理：由bq2004／20lO組成的充電控制板通過檢測(cè)按鈕S及5個(gè)指示燈可隨時(shí)檢查電池狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行充電，保護(hù)電池組不會(huì)過放電。

U2為監(jiān)控IC，電池電壓經(jīng)五端穩(wěn)壓器016穩(wěn)壓，得到＋5V供U2使用。S為動(dòng)斷檢測(cè)按鈕，按下S，V2導(dǎo)通，10腳輸出低電平，1腳MT6輸出高電平，根據(jù)電池不同容量，相應(yīng)MT1～MT5輸出低電平，對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管VD1～VD5發(fā)光。第9腳為充電電流檢測(cè)輸入端。第11腳為電池電壓輸人端。第13腳為充放電控制，與外接DC端對(duì)電池進(jìn)行充放電控制，高電平有效。

U4（bq2004）為充電控制芯片，VR低電平時(shí)V3導(dǎo)通，U4得電開始計(jì)時(shí)，第14腳充電控制端輸出高電平使V1導(dǎo)通，ON端低電平控制外部電路對(duì)電池充電。第7腳為電池溫度檢測(cè)輸人端，外部緊貼電池上的負(fù)溫度系數(shù)電阻，組成溫度傳感器。第5腳為電池電壓輸入端。

該充電控制板能從時(shí)間、電池溫度、電壓三方面控制電池充電，達(dá)到充滿自停。

鎳氫電池充電器設(shè)計(jì)方案（二）

電路原理：用bq2004搭建了一個(gè)鎳氫電池的快速充電電路，給10節(jié)鎳氫電池充電，快充電流最大為2.25A，電路如圖所示。是電路開始對(duì)電池進(jìn)行快速充電后，很快就跳到充滿的狀態(tài)了（不管電池是否充滿）。快速充電模式持續(xù)時(shí)間很短，均沒有超過封鎖時(shí)間；電路中熱敏電阻部分接入了6.2K定值電阻，可以保證任意時(shí)刻引起的快速充電終止；電路是根據(jù)DV2004S1的電路設(shè)計(jì)的，沒有MTP23P06V這款PMOSFET，用AO4606的N管代替了2N7000。

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鎳氫電池充電器設(shè)計(jì)方案（三）

自制充電器用LM324的4個(gè)運(yùn)算放大器作為比較器，用TL431設(shè)置電壓基準(zhǔn)，用S8550作為調(diào)整管，把輸入電壓降壓，對(duì)電池進(jìn)行充電，其原理電路見圖。其特點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、工作可靠、無需調(diào)整、元器件容易購買等，下面分幾個(gè)部分進(jìn)行介紹。

1.基準(zhǔn)電壓Vref形成

外接電源經(jīng)插座X、二極管VD1后由電容C1濾波。VD1起保護(hù)作用，防止外接電源極性反接時(shí)損壞TL431。R3、R4、R5和TL431組成基準(zhǔn)電壓Vref，根據(jù)圖中參數(shù)Vref=2.5&TImes;（100+820）／820=2.80（v），這個(gè)數(shù)據(jù)主要是針對(duì)鎳氫充電電池而設(shè)計(jì)（單節(jié)鎳氫充電電池充滿后電壓約為1.40V）。

2.大電流充電

（1）工作原理

接入電源，電源指示燈LED（VD2）點(diǎn)亮。裝入電池（參考圖片，實(shí)際上是用導(dǎo)線引出到電池盒，電池裝在電池盒中），當(dāng)電池電壓低于Vref時(shí)，IC1-1輸出低電平，VT1導(dǎo)通，輸出大電流給電池充電。此時(shí)，VT1處于放大狀態(tài)-這是因?yàn)殡姵仉妷汉?VD4壓降的和約為3.2V（假設(shè)開始充電時(shí)電池電壓約為2.5V），而經(jīng)VD1后的電壓大約5.OV，所以，VT1的發(fā)射極－集電極壓差遠(yuǎn)大于0.2V，當(dāng)充電電流為300mA時(shí)，VT1發(fā)熱比較嚴(yán)重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者適當(dāng)增大基極電阻以減小充電電流（注：由于LM324低電平驅(qū)動(dòng)能力較小，實(shí)測(cè)IC1-2，IC1-4輸出低電平并不是0V，而是約為0.8V）。

（2）充電的指示

首先看IC1-3的工作情況：其同相端1O腳通過R13接Vref，R14接成正反饋，反相端9腳外接電容，并有一負(fù)反饋通路，所以，它實(shí)際上構(gòu)成了滯回比較器。剛開始時(shí)C2上端沒有電壓，則IC1-3輸出高電平。這個(gè)高電平有兩個(gè)放電通路，一個(gè)通路是通過R14反饋到10腳，另一通路是經(jīng)電阻R15對(duì)電容C2充電，當(dāng)充電的電壓高于10腳電壓V+時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平；與此同時(shí)，由于R14的反饋?zhàn)饔茫?0腳電壓立即下跳到V-，這時(shí)，電容C2通過電阻R15放電，當(dāng)放電的電壓小于10腳電壓V-時(shí)，比較器再次翻轉(zhuǎn)輸出高電平，由于R14的反饋?zhàn)饔茫?0腳電壓立即上跳到V+，此后電路一直重復(fù)上述過程，因此，IC1-3的輸出為頻率固定的方波信號(hào)。

其次看IC1-4的工作情況：電池電壓經(jīng)R2、R16分壓，接IC1-4的12腳，因?yàn)镽2《《R16，所以輸入IC1-4的12腳電壓基本上略低于電池電壓，

顯然它更低于其l3腳電壓因此，IC1-4輸出穩(wěn)定的低電平。結(jié)合上面的討論，我們可以看出，加在R12和VD3通路一端為頻率固定的方波電壓，另一端為穩(wěn)定的低電平，因此，發(fā)光二極管VD3會(huì)周期性點(diǎn)亮，給人一閃一閃的感覺。

最后看IC1-1的工作情況：當(dāng)IC1-2輸出低電平時(shí)，顯然IC1-1的3腳為低電平，而其2腳通過R1接Vref所以，IC1-1也輸出低電平。結(jié)合上面的討論，我們可以看出，R11和VD5兩端電壓差為零，因此，VD5（飽和指示）不能點(diǎn)亮！

另外，由于IC1-1輸出低電平，無論IC1-3的9腳電壓如何變化（電容充、放電在該腳形成三角波電壓）都不會(huì)受IC1-1輸出的影響—因?yàn)镮C1-3的9腳電壓（要么高到V+，要么低到V-）始終高于IC1-1的輸出，VD6反偏截止！所以，這種狀態(tài)下，三只指示燈的工作情況分別為：VD2點(diǎn)亮，指示電源正常；VD3閃爍，指示電池充電正常；VD5不亮。

3.小電流充電

當(dāng)充電一段時(shí)間后，電池電壓慢慢上升到接近Vref時(shí)，IC1-2輸出電壓慢慢上升，于是，流過R7的電流慢慢減小，即流經(jīng)VT1基極的電流慢慢減小，因此VT1輸出的電流也會(huì)慢慢減小，但電池電壓還會(huì)持續(xù)不斷地緩慢上升，當(dāng)電池電壓幾乎等于Vref時(shí)，IC1-2會(huì)輸出較高電壓，這時(shí)IC1-1的3腳電壓高于2.8OV（反相端2腳的輸入端電壓），比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平。該電壓有兩個(gè)作用：一方面會(huì)使VD5正偏導(dǎo)通被點(diǎn)亮（此時(shí)，IC1-4輸出還是低電平），指示充電飽和；另一方面VD6也正偏導(dǎo)通，而R17很小，實(shí)際上是強(qiáng)制C2上端為高電平，所以IC1-3的9腳電壓高于10腳電壓，IC1-3被強(qiáng)迫輸出低電平，VD3因無正偏壓而熄滅。

雖然，從外在的表現(xiàn)看充電燈熄滅，飽和燈點(diǎn)亮在某一時(shí)刻瞬間轉(zhuǎn)換完成，但是實(shí)際上充電過程卻是逐漸過渡的：當(dāng)電池電壓遠(yuǎn)低于Vref時(shí)持續(xù)大電流充電，當(dāng)電池電壓接近于時(shí)充電電流慢慢減小，直至逐漸充電趨近零——即使飽和燈點(diǎn)亮?xí)r，小電流充電仍在繼續(xù)！所以這種狀態(tài)下，三只指示燈的工作情況分別為：VD2點(diǎn)亮，指示電源正常；VD3不亮；VD5點(diǎn)亮（飽和指示，小電流充電）。
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鎳氫電池充電器設(shè)計(jì)方案（四）

鎳氫電池充電器設(shè)計(jì)方案（五）

充電電路會(huì)產(chǎn)生溫升，特別是大電流充電時(shí)充電電路和可充電池溫升更高。LTC4060外接熱敏電阻可以檢測(cè)充電溫度，從而避免過熱充電。LT4060帶溫控的2A鎳氫電池充電器如圖。

RT與LT4060內(nèi)部電路構(gòu)成溫度檢測(cè)電路，RT為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻，可以選擇在45℃時(shí)阻值為lOkn的熱敏電阻，緊貼于電池的表面上。當(dāng)溫度比較高時(shí)，LT4060會(huì)自動(dòng)降低充電電流，當(dāng)溫度升高到55℃時(shí)，充電自動(dòng)停止。

LED1為充電指示燈，LED2為“充電滿”指示燈。⑦腳設(shè)置最大充電電流，，Ⅲ。=1395/R，⑧腳設(shè)置最高充電電壓。LT4060充電電流為o_4—2A，電源電壓范圍為4.5N10V。它可以對(duì)鎳氫、鎳鎘可充電電池進(jìn)行充電。