自制多功能充电器

自制多功能充电器

介绍一种性价比高的可对镍镉、镍氢及锂离子电池充电的多功能充电器。充电器采用单片机GMS97C2051作编程控制器，其内部的比较器用作电池最高温度检测，用1片LM324和1支TL431以及若干分立元件构成恒压—恒流电路、电压检测电路、基准电压源（兼作单片机电源）电路。

1 电路组成

多功能充电器由基准电压源、恒压—恒流电路、电压检测电路、电池最高温度检测电路及放电电路等部分组成，电原理图如图1。

1.1 基准电压源

   电池电压检测基准，作单片机电源。电路由TL431、T3、R18、R19、R20、C5组成。由电路可知，当R19=R20时，三极管T3的射极电压等于TL431内部基准电压（UR=2.5V）的两倍，即2UR=5V。

1.2 恒压—恒流电路

   这是典型的双环反馈控制电路，图中U1A为电压控制的运放，U1B为电流控制的运放。由电路可知，电压控制的输出电压UO控制着电流控制的电流设定值，电压控制先于电流控制，电流控制电路是恒压控制的组成部分。下面分别介绍工作原理。
   恒压控制电路由运放U1A、电阻R1～R10、电位器W1、电容C1、二极管D1以及开关SW等组成。其作用是锂离子电池充电时，控制电池电压不超过设定值。恒压设定值US由R1、R2和W1对基准电压5V分压确定，当SW联接电池的正极后，反馈电压UC由R8、R9对Ub+分压引入，加上R6、R7、C1形成PI调节电路。由电路可知,设误差电压E=Ua－UC，那么有U1=Ua + E·(P + I·∫dt)，式中比例系数P=R6/R7，常数I=1/ (R7·C1)。当反馈电压UC较小即E>0时，U1会不断增大直到消除误差（E=0），否则U1会达到最大值，但D1的钳位作用使UO＝5.6V，从而使电流控制电路的设定电压Ud=UO·R12/(R11+ R12）不变，相应地电池以恒流方式充电。反之，当反馈电压UC较大即E<0时，U1会不断减小直到消除误差（E=0），否则U1会达到最小值U1=0，从而使电流控制电路的设定电压Ud减小直到零，相应电池以恒压方式充电。
   显然，恒压控制是通过调节电流控制电路的设定电压，即改变电池充电流完成的。电路主要参数由下面方程计算：

  Ubt=Ub+－Ub-                    (1)
  (US－Ua)/R3=Ua/R4+(Ua－Ub-)/R5   (2)
   当恒压控制电路处于平衡时，电容C1无电流，则有：
  UC=R8·Ub+/(R8+R9)           (3)
  UC = Ua                     (4)
  式中
     Ub+ — 电池正极对地电压；
     Ub- — 电池负极对地电压；
     Ubt — 电池端电压；
     US  — 设定控制电压。

   恒压控制的目标是电池端电压等于设定电压，即
   Ubt = US           (5)
   ，还隐含了一个约束条件恒压控制与Ub-的取值无关，这在方程组中消去Ub- 满足：
  R3=R5               (6)
    这里，US为确定量；其余Ubt，Ub+，Ub－，Ua，UC，R3，R4，R5，R8，R9等10个参变量应满足上述方程（1）～（6）。变量数比方程数多4个，确定的参数R3，R4，R5，R8，R9有无穷多组解。容－源－电－子－网－为你提供技术支持

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