多功能充电器的设计与制作

多功能充电器的设计与制造。关键词：TL431，LM324，电池充电器电路作者：张洋充电器采用老式简易充电器和废旧节能灯改造而成，可在电池提前放电至1V时自动充电，消除了电池的记忆效应。充电电流在100毫安、200毫安和300毫安三个档位可调；充满电后，可自动切换到涓流充电等功能，深受粉丝欢迎，被视为本期读者最喜爱的稿件(见幸运读者问卷2004年第5期统计结果)。充电器已经正常工作两年多了。然而，在使用中也发现了一些问题：1 .充电器的温度相对较高。充电器是冬天制造的，温度感不高。然而，在夏天，充电器只能用小电流(100毫安)同时给3节电池充电。如果4节电池同时充电或2 3节电池用200毫安 300毫安充电，充电器只能短时间充电1 2小时。否则，温度将上升到70度以上，这将很容易烧坏充电器，并限制充电器的输出功率。2.输出DC电压和计算电压之间的差异很大。3.大电流充电时，电压会下降，输出电压相对较低。作者通过实验探索，找到了一种降低温度、提高输出功率、稳定输出电压的方法。首先，重新设计充电器电路为了便于分析，首先简要介绍了充电器的工作原理。请参见下图：T1431(1C1)的阴极k与控制极r连接，形成2.5V基准稳压源。四个运算放大器1M324(IC2)用作比较器，由电阻R22和R23从2.5V基准电压稳定源分压，然后作为基准电压发送到比较器的反相端。电池电压被发送到比较器的非反相端。开始充电时，电池电压低于反相端的电压，比较器输出低电平，红色1ED2指示灯点亮并发光，表示充电正在进行。同时，三极管Q4(8550)导通，电源通过三极管、限流电阻R29和隔离二极管D10给电池充电。充电期间，电池电压逐渐升高。当电压上升到略高于比较器反相端的电压时，比较器翻转，比较器的一个引脚输出高电平，红色指示灯熄灭，三极管Q4关断，电源停止充电。引脚1的高电平输出通过R27开启Q5，绿色1ED指示灯亮起。然而，在充电和充电停止后，电池的电压将略微下降，因此IC2的一个引脚将再次从输出高电平变为低电平。电源将再次给电池充电。当电池电压略微上升时，比较器将再次翻转输出高电平，电源将停止对电池充电。如果这样循环下去，形成电池的脉冲充电，充电电流逐渐减小，红光的亮度减小，绿光的亮度逐渐增大，最后充电电流减小到涓流(几毫安到十毫安以上)充电状态。由此可以看出，最高充电电压由反相端的参考电压决定，并且最高充电电压可以通过改变R23的大小来调节。如果电压选择高，将导致过度充电。如果选择低电压，电池将不会充满电。作者测试了不同容量的镍氢电池，发现大多数电池充电时最高电压只能达到1.43伏左右。作者选择该值作为最高电压，分压器R22取10k，则R23=1.43R22/(2.5-1.43)=13.36K.也可以使用可变电阻器来代替R23。精确的数字万用表(由于指针式万用表的内部电阻较低而无法使用)可用于测量IC2反相端的电压。调节可变电阻器，使电压等于1.43伏，然后测量可变电阻器的电阻值。更换相同电阻的电阻器。为了减少充电器的功率损耗，应尽可能降低充电器的输出电压。充电器的输出电压由图2中的IC3(T1431)确定。由于T1431的最低稳定电压为2.5V，光电耦合器中发光二极管的电压降，充电器的最低输出电压仅大于2.8V，因此充电电流为100毫安时的电源电压设为2.9v，减去电池的1.2V电压和控制晶体管的0.2V电压降。限流电阻和隔离二极管两端的电压为2.9-1.2-0.2=1.5V.该二极管仍使用普通的4007整流二极管，压降为0.76伏，电阻上的压降为1.5-0.76=0.74伏，通过100毫安时的电阻值为7.4。二档充电电流为200毫安。电源电压等于1.20.20.76 0 . 27 . 4=3.64伏，三档充电电流为300毫安，电源电压应为1.20.20.76 0 . 37 . 4=4.38伏(以上计算中，假设二极管和三极管的压降保持不变，分别为0.76伏和0.2V)。电源输出的不同电压通过开关K1选择电阻R12、R13和R14来实现。电阻越小，输出电压越高。第一档的输出电压V等于2.9V。R12=2.5R 10/(V-2.5)=2 . 52 . 2/(2.9-2.5)=13.75K，这是由于1M324的高输入电阻和输入电流的近似省略。可近似取为13.8k，其中2.5是T1431的参考电压。还可以计算出另外两个齿轮的阻力分别为4.8k和2.9k。这种阻力不易找到。然而，电池的充电电流要求不是很严格，所以三个电阻器可以具有相似的电阻。R12、R13和R14电阻也可以通过上述方法在IC3 T1431的控制极R和地之间连接一个可变电阻，充电器的DC输出连接一个负载，调节可变电阻使输出电压达到预定值，测量可变电阻的阻值，然后用一个阻值相同的固定电阻代替。在三档300毫安时，电阻消耗的功率最大，消耗的功率等于0 . 30 . 37 . 4=0.67瓦，可以选择功率为1w 2w的7.5电阻作为降压电阻。当充电器以300毫安的电流为四节电池充电时，电源的输出功率从6.24瓦降低到5.26瓦。损耗减少了近16个端口。第二，降低电源部分的功率损耗上图为改进后充电器的完整电路，上部为节能灯电路改造的电源电路。其简单工作原理是：市电经过整流滤波后，从Q1和Q2转换成高频交流电，然后经过T2降压整流滤波稳压，得到低压直流电源。在节能灯中，Q1和Q2三极管工作在不受控制的开关状态，损耗较小。然而，在它们被用作充电器之后，为了稳定电压，开关状态被控制，导致更多的管损耗和20到30度的更高的三极管温度。为了减少损失，采取了以下措施：1 .一个电容器C2和一个二极管D6被加到Q1的基本回路上。2.D9的阴极连接到一个1 0 F电容和2k电阻滤波电路。3.Q1和Q2的发射极分别与2.2或3.3的电阻串联，以稳定Q1和Q2的工作状态。4.调节T1初级和次级绕组的匝数。T1的初级匝数增加，输出电压增加，但是当匝数增加到超过14匝时，输出电压不再增加。次级匝数增加后，充电器的输出电压迅速上升，当匝数增加到7匝时达到最大值。作者利用这些数据绕过T1。5.Q1和Q2工作在推挽状态，但原来的整流电路采用半波整流电路，所以电源效率降低，应该用全波整流电路代替。全波桥式整流电路采用四个肖特基二极管，增加了压降和损耗。相反，使用双半波整流电路。T2变压器的次级线圈需要缠绕两根0.44的漆包线和20匝中心抽头。2.原低压DC经470 F电解电容滤波后，切换到1000F(或更高)电容，可改善输出特性。从轻负载到满负载(1.2A电流)，输出电压调整到4.38伏，输出电压仅下降约0.3V.当输出电压为2.9V和3.64V时，负载电流从0.1A增加到1.2A，并且基本上没有观察到输出电压的变化。充电器的实用价值大大提高。然而，1000F电容器的体积和高度相对较大，所以垂直安装有点困难。如下图所示，电容可以水平放置在较低高度的元件上。三、关于输出电压与计算值的差值较大采取上述措施后，取得了改进。作者通过选择HFE大于200的晶体管作为Q3，基本上解决了这个问题。第四，增强充电器的散热能力在充电器的外壳上打几个洞，这样热空气可以通过散热孔散热。这样，在采取上述措施后，充电器的温度已经大大降低。充电器的输出电压调整到4.38伏，为4节电池(300毫安)充电数小时。三极管的温度上升到50多度。其他元件如T2变压器和次级整流二极管都有超过50度，但它们可以在允许的温度范围内正常工作。1号电池箱增加了一个电池放电电路。原理如下：参照上图左下方虚线框中的电路，当按下K3键时，Q1 2导通，电池通过Q1 2对电阻R37放电，R37上产生的电压被R35和R36分压到Q13的基极，使Q13导通，从而保持Q12导通所需的基极偏置电流。因此，释放K3键后，Q1 2仍将打开，确保电池能够继续放电。当电源接通且Q13接通时，集电极的低电平通过R34接通Q1 4。一方面，电源通过Q1 4和R38打开橙色1ED5发光。同时，Q13集电极的低电平通过D1 1使1ED2的阳极处于低电平，充电指示灯1ED2停止发光。此外，Q14集电极的高电平使Q4的基极通过D1 4变得极高，Q4被关断以停止给电池充电。在电池放电期间，电源不应给电池充电。Q4必须可靠切断。因此，D14不能使用像1N4007这样的普通二极管。应使用快速恢复二极管或肖特基二极管。当电池放电到1.0V时(这个电压可以通过改变电阻来调节1.为了简化电路，充电器只控制Q2，控制精度不是很高，在重负载下输出电压仍然略有下降，但可以满足使用要求。同样，充电器的温度仍然比节能灯的温度高一点，但并没有影响充电器的正常工作。2.注意重载下Q1和Q2的温度和电压平衡。如果Q2的温度高于Q1，则可以减少从T1反馈到Q2的次级绕组的匝数，并且可以增加Q2的发射极电阻器R6或基极电阻器r3 .也可以通过更换T2变压器的一次接线和用快速恢复二极管代替高温整流器来解决。此外，Q1和Q2的集电极到发射极电压应该相等，如果不相等的话。调节方法与温度调节方法相同。事实上，平衡温度更容易，但平衡电压更难。3.低压整流二极管应使用肖特基二极管，但2A的SB260和3A的1 N5820都产生严重的热量，而SB306或C8100