基于lm324n的充電器電路圖分析

LM324n為四運(yùn)放集成電路這是大家都知道的，那么它在電路中是起什么作用呢？本文主要解析LM324n在充電器電路的應(yīng)用，由于LM324n是LM324的子系列，它倆除了個(gè)別參數(shù)不同之外，其余都一樣的，所以主要以LM324為主。

LM324

LM324為四運(yùn)放集成電路，采用14腳雙列直插塑料封裝。，內(nèi)部有四個(gè)運(yùn)算放大器，有相位補(bǔ)償電路。電路功耗很小，lm324工作電壓范圍寬，可用正電源3～30V，或正負(fù)雙電源±1．5V～±15V工作。它的輸入電壓可低到地電位，而輸出電壓范圍為O～Vcc。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互單獨(dú)。每一組運(yùn)算放大器可用如圖所示的符號(hào)來表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。

LM324引腳排列見圖1。2。 lm124、lm224和lm324引腳功能及內(nèi)部電路完全一致。lm124是軍品；lm224為工業(yè)品；而lm324為民品。由于LM324四運(yùn)放電路具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此他被非常廣泛的應(yīng)用在各種電路中。

lm324引腳圖

特點(diǎn)?????????????????????????????????

內(nèi)部頻率補(bǔ)償??

直流電壓增益高（約100dB）??????????????

單位增益頻帶寬（約1MHz）????

電源電壓范圍寬：單電源（3—32V）；????????????????????

雙電源（±1.5—±16V）??

低功耗電流，適合于電池供電???????????

低輸入偏流??

低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流??共模輸入電壓范圍寬，包括接地??

差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍??輸出電壓擺幅大（0至VCC-1.5V）

LM324工作參數(shù)

基于lm324n的充電器電路圖分析

基于lm324n的充電器電路圖

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×（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

用LM324制作的充電器 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)殡姵仉妷汉蚔D4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5.0V，所以，VT1的發(fā)射極一集電極壓差遠(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10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 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2.80V（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VREF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）。

4．IC1-4的用途

從上面2、3內(nèi)容的分析中可以看出，無論電路是大電流或小電流充電，IC1-4的輸出一直是“低電平”，好像它沒有什么作用似的，還不如直接把VD3、VD5負(fù)極接“地”？剛開始設(shè)計(jì)時(shí)，確實(shí)沒有考慮用IC1-4，把VD3、VD5的負(fù)極直接接地。然而，當(dāng)制作好后通電工作時(shí)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：當(dāng)不裝電池通電時(shí)，飽和指示燈VD5點(diǎn)亮——這顯然不合適！因?yàn)?，沒裝電池時(shí)VT1處于微導(dǎo)通狀態(tài)，IC1-2的5腳電壓高于VREF，IC1-2輸出高電平，于是IC1-2也輸出高電平，VD5點(diǎn)亮。 若在原理圖中接入IC1-4，沒裝電池時(shí)VT1處于微導(dǎo)通狀態(tài)，IC1-4的12腳電壓也會(huì)高于VREF，因此，IC1-4輸出高電平，這樣VD5就不能點(diǎn)亮。 需要說明一點(diǎn)，外接輸入電壓不能太高，也不能太低。輸入電壓太高，大電流充電時(shí)調(diào)整管發(fā)熱嚴(yán)重；另一方面，IC1-2輸出高電平的時(shí)間會(huì)因?yàn)殡娫措妷狠^高而提前超過VREF（設(shè)定值），這樣就會(huì)給我們一個(gè)錯(cuò)覺，電池很快就充滿了！實(shí)際上并非如此。 輸入電壓太低也不好，同上面的分析一樣，IC1-2輸出高電平的時(shí)間會(huì)因?yàn)殡娫措妷狠^低而遲后，更有甚者，也可能永遠(yuǎn)達(dá)不到VREF，充電指示燈一直閃爍，但大電流充電過程早已結(jié)束。所以，外接電壓太高或太低，充電和飽和指示的狀態(tài)是不準(zhǔn)確的。

總結(jié)

從這電路的制作過程來看，以我個(gè)人經(jīng)驗(yàn)而言，主要有以下幾點(diǎn)可以借鑒，與君共勉

一，先弄懂電路原理，抄板或是找到相關(guān)圖紙。

二，制訂改動(dòng)方案，和修改相關(guān)參數(shù)。

1、首先，是改變壓器。按照原電壓相應(yīng)改動(dòng)次輸出繞組的匝數(shù)，其它繞組（如輔助繞組、12V后級(jí)IC供等）不變動(dòng)。如果想保持原功率不變輸出電壓減小要增大輸出電流就加粗線徑。

2、當(dāng)原充電器的輸出電壓大范圍改低以后，431和光耦817周邊元件的參數(shù)要相應(yīng)改變。改到多少最適合，那要跟據(jù)實(shí)際計(jì)算和實(shí)驗(yàn)來定。

三，細(xì)心調(diào)試，當(dāng)改好電源后。

先必須要進(jìn)行低壓測試，后級(jí)輸出部分加一個(gè)相得的輸出電壓（不要在反接二極管后面）。有的光耦發(fā)光二級(jí)管部分是接在IC電源12V繞組的，也要分別加上另一組12V電壓。充電器輸出改為12V輸出的可以共用一個(gè)12V電源。加好電壓后測試基準(zhǔn)、反饋電路各部分參數(shù)是否正常。一切正常后，再串60W燈泡上電。如無問題就大功告成。

四、必要工具，除萬用表外，示波器是必備工具。

利用示波器可以直觀的看到驅(qū)動(dòng)波形和占空比?？梢?，發(fā)現(xiàn)波形和占空比對(duì)電路的影響，對(duì)電源效率的影響?？梢詫?duì)電路進(jìn)行測試，和適時(shí)調(diào)試。在測試中發(fā)現(xiàn)問題，以便及時(shí)更正。在調(diào)試中可以還原和發(fā)揮充電器的最大性能。