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自制多功能充電器

介紹一種性價(jià)比高的可對(duì)鎳鎘、鎳氫及鋰離子電池充電的多功能充電器。充電器采用單片機(jī)GMS97C2051作編程控制器，其內(nèi)部的比較器用作電池最高溫度檢測(cè)，用1片LM324和1支TL431以及若干分立元件構(gòu)成恒壓—恒流電路、電壓檢測(cè)電路、基準(zhǔn)電壓源（兼作單片機(jī)電源）電路。

1 電路組成

多功能充電器由基準(zhǔn)電壓源、恒壓—恒流電路、電壓檢測(cè)電路、電池最高溫度檢測(cè)電路及放電電路等部分組成，電原理圖如圖1。

1.1 基準(zhǔn)電壓源

   電池電壓檢測(cè)基準(zhǔn)，作單片機(jī)電源。電路由TL431、T3、R18、R19、R20、C5組成。由電路可知，當(dāng)R19=R20時(shí)，三極管T3的射極電壓等于TL431內(nèi)部基準(zhǔn)電壓（UR=2.5V）的兩倍，即2UR=5V。

1.2 恒壓—恒流電路

   這是典型的雙環(huán)反饋控制電路，圖中U1A為電壓控制的運(yùn)放，U1B為電流控制的運(yùn)放。由電路可知，電壓控制的輸出電壓UO控制著電流控制的電流設(shè)定值，電壓控制先于電流控制，電流控制電路是恒壓控制的組成部分。下面分別介紹工作原理。
   恒壓控制電路由運(yùn)放U1A、電阻R1～R10、電位器W1、電容C1、二極管D1以及開(kāi)關(guān)SW等組成。其作用是鋰離子電池充電時(shí)，控制電池電壓不超過(guò)設(shè)定值。恒壓設(shè)定值US由R1、R2和W1對(duì)基準(zhǔn)電壓5V分壓確定，當(dāng)SW聯(lián)接電池的正極后，反饋電壓UC由R8、R9對(duì)Ub+分壓引入，加上R6、R7、C1形成PI調(diào)節(jié)電路。由電路可知,設(shè)誤差電壓E=Ua－UC，那么有U1=Ua + E·(P + I·∫dt)，式中比例系數(shù)P=R6/R7，常數(shù)I=1/ (R7·C1)。當(dāng)反饋電壓UC較小即E>0時(shí)，U1會(huì)不斷增大直到消除誤差（E=0），否則U1會(huì)達(dá)到最大值，但D1的鉗位作用使UO＝5.6V，從而使電流控制電路的設(shè)定電壓Ud=UO·R12/(R11+ R12）不變，相應(yīng)地電池以恒流方式充電。反之，當(dāng)反饋電壓UC較大即E<0時(shí)，U1會(huì)不斷減小直到消除誤差（E=0），否則U1會(huì)達(dá)到最小值U1=0，從而使電流控制電路的設(shè)定電壓Ud減小直到零，相應(yīng)電池以恒壓方式充電。
   顯然，恒壓控制是通過(guò)調(diào)節(jié)電流控制電路的設(shè)定電壓，即改變電池充電流完成的。電路主要參數(shù)由下面方程計(jì)算：

  Ubt=Ub+－Ub-                    (1)
  (US－Ua)/R3=Ua/R4+(Ua－Ub-)/R5   (2)
   當(dāng)恒壓控制電路處于平衡時(shí)，電容C1無(wú)電流，則有：
  UC=R8·Ub+/(R8+R9)           (3)
  UC = Ua                     (4)
  式中
     Ub+ — 電池正極對(duì)地電壓；
     Ub- — 電池負(fù)極對(duì)地電壓；
     Ubt — 電池端電壓；
     US  — 設(shè)定控制電壓。

   恒壓控制的目標(biāo)是電池端電壓等于設(shè)定電壓，即
   Ubt = US           (5)
   ，還隱含了一個(gè)約束條件恒壓控制與Ub-的取值無(wú)關(guān)，這在方程組中消去Ub- 滿足：
  R3=R5               (6)
    這里，US為確定量；其余Ubt，Ub+，Ub－，Ua，UC，R3，R4，R5，R8，R9等10個(gè)參變量應(yīng)滿足上述方程（1）～（6）。變量數(shù)比方程數(shù)多4個(gè)，確定的參數(shù)R3，R4，R5，R8，R9有無(wú)窮多組解。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持

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