镍氢电池智能充电电路原理

镍氢电池智能充电电路原理

单只镍氢电池电压为1.25V，充电时最高为有1.55V，它不宜使用高于3V的直流电源为其充电。将电源变压器输出为交流3.5V的双绕组作全桥整流可得到正负3.5V直流电，以负端输出作为零电平，中点即成为+3.5V可作给镍氢电池充电的直流电源，正端输出则成为+7V可作控制电路的工作电源。非满载输出状况时，中点电平约为4.9V，正输出端约为9.8V。满载输出状况时，中点电平为3V，正输出端约为7.9V。控制电路所使用的COMS门电路CC4093和通用四运放LM324均可在6V～12V之间正常工作。

       参见原理图，U1是内置电压比较器的稳压集成电路TL431，可提供2.5V精密基准电压。经R7～R10四只电阻串联分压，分别为U2a、U2b、U2c三只电压比较器提供1.54V、1.25V、1.15V比较电压。U2a的负输入端与U2b、U2c的正输入端共同接在镍氢电池正端上，对电池两端电压进行检测。电池电压高于1.54V时U2a输出低电平，电池电压低于1.54V时U2a输出高电平；电池电压高于1.25V时U2b输出高电平，电池电压低于1.25V时U2b输出低电平；电池电压高于1.15V时U2c输出高电平，电池电压低于1.15V时U2c输出低电平。U2d的负输入端接在2.5V基准电压上，正输入端通过R24电阻接中点电源上。与此同时，U2d正输入端通过C3电容接在镍氢电池正端上，在没有放入电池或通电数秒种后，U2d输出高电平。

       在电池已经放入电路中的状况下接通电源，U2d正输入端被C3电容暂时短路接在镍氢电池正端上，电平不大于1.5V, U2d输出低电平；经过约1秒钟后, C3电容被充电，U2d正输入端电平高于2.5V, U2d输出高电平。如果放入的是没有放完电可以继续使用的电池，U2c将检测出电池的两端电压高于1.15V，输出高电平。在U2d尚输出低电平的时候，由与非门U3c、U3d组成的RS触发器将被置成U3c输出低电平，U3d输出高电平。1秒钟后U2d输出高电平，U3c、U3d的输出状态被保持不变。发光管LED4发红光显示电池不需要充电。而U3c输出低电平使BG1截止，与非门U3a输入端同时被封锁输出高电平，与非门U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。只有经过R1的约30mA电流给电池作涓流维持性充电。

       如果放入的是放完电的电池，U2c将检测出电池两端电压低于1.15V，输出低电平。在U2d尚输出低电平的时候，由与非门U3c、U3d组成的RS触发器将被置成U3c与U3d都输出高电平。但在1秒钟后，U3d改为输出低电平，U3c继续保持输出高电平。发光管LED3发绿光指示电池需要充电。此时，U2b输出低电平使U3a输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。但U3c输出高电平使BG1导通，经R2提供约100mA电流和经过R1的30mA电流一起给电池作小电流充电。电池开始充电后，在电池电压高于1.15V、低于1.25V期间，U2c的输出状态翻转为高电平。但U3c、U3d的输出状态保持不变，U3c继续输出高电平，BG1导通。因U2b的输出状态还是低电平使U3a输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。仍然只经R2提供约100mA电流和经过R1的30mA电流一起给电池作小电流充电。

       经过一段时间小电流充电后，电池电压高于1.25V、低于1.54V，电压比较器U2a、U2b都输出高电平，此时U3c也继续输出高电平，从而使U3a输出低电平，U3b输出高电平，功率场效应管BG2导通，经R3提供不小于500mA电流和经过R2提供的100mA电流以及经过R1提供的30mA电流一起给电池作大电流充电。此时LED1发绿光显示正处于大电流充电状态，LED3绿发光管熄灭。发光管LED2也熄灭。

       在经过一段时间大电流充电，电池已经充足电，电池电压高于1.54V时，U2a输出低电平使U3a输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2截止。LED1熄灭，LED2发光。与此同时，U3b从高电平翻转为低电平，将通过C2电容和R13构成的微分电路将U3d输入端短暂置为低电平，从而使U3b输出端从低电平翻转为高电平。LED4发光显示电池已经充足电。U3a的输出端随之从高电平翻转为低电平，LED3熄灭，BG1也截止，只有经过R1的30mA电流继续给电池充电。若继续进行涓流充电，电池电压将从1.55V降低至1.5V，U2a与U2b的输出端都将输出高电平，但此时U3a输入端已经被U3c封锁只能输出高电平，U3b输出低电平，功率场效应管BG2继续保持截止，只有经过R1的30mA电流继续给电池作涓流充电。

       取出电池后或在没有放入电池的状况下接通电源，连接电池正端的E点电平为中点电位高于1.55V，U2a输出低电平，BG3截止，LED3和LED4都不发光。此时U3a输出高电平，U3b输出低电平，LED2发红光指示电路处于通电工作状态，LED1不发光。再放入电池，即刻重复上述自动检测充电过程。

       其中，LED1与LED2、LED3与LED4可分别合用一只双色发光管。接通电源后，LED1与LED2总有一只发光。LED3与LED4必须放有电池才发光，因此可以判断电池是否放入并且没发生接触不良现象。

       CC4093是带斯密特触发器的四2与非门，因其不易买到，可用普通四2与非门CD4011替代。