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电池充电器的分类及原理分析

电池充电器的分类及原理分析

点击数:7605 次   录入时间:03-04 11:52:37   整理:http://www.55dianzi.com   充电电路技术

  现在的数码产品用充电电池的越来越多,充电器也就人手必备,但只要稍加留意就会发现外观差不多的充电器价格可以差几十倍,从十来元到几百元!如何才能选择最合适的?

  选用普通5号、7号电池的充电器考虑的问题主要是充足,没有不安全的过充电和充电时间尽量短三个方面。如果是充大容量的电池,还要考虑充电效率和电源效率等附加问题。

  市面上或爱好者自制的镍氢/镍镉电池充电器大致可分为三类:定压电阻限流型、恒流过压限流型及IC芯片全自动控制型。

  定压电阻限流型充电器

  市售的大多数充电器都是第一类,一般配套的六小时、九小时以上充电器都是这种结构。外型小巧美观,使用方便。内部电路见下图,仅用一只小变压器变压,接一只二极管整流,整流出的直流电给被充电电池充电。为了限制过大的电流,回路中串入一只小电阻,电阻两端还可并联上一只发光二极管作充电指示。如果有充电时间快/慢档,也是靠串联一只小电阻来调节。

内部电路

  如图示数据,置于慢充电档,充电器为半波整流输出电压为8xO.45=3.6V)去掉二极管导通电压0.3V,为3.3V左右。被充电电池若用尽为0.9V,充电电流约(3.3-2xO.9)/15=0.1A(两节电池)。这时发光二极管点壳,表示在充电。充电中电池电压逐渐上升,在充电电池电压在1.2V左右时电流进入一个比较稳定的状态,约60mA。接近电池充满时,充电电池电压上升至1.4伏,这时充电电流下降到33mA,限流电阻上的压降若不够点亮发光二极管,指示灯就会熄灭,告知充电结束。

  由于充电电池充满时的电压最高可达1.6~l.65V,定压充电都充不到这么高,充电结束的指示并不准确,不少产品干脆不考虑充电结束指示。

  这类充电器的充电电流是渐渐减小的,按标准设计电流乘以时间来衡量充足与否并不正确。而充足电量后充电也还在进行)因此,用这类充电器来充充电电池不是充不足,就是过充电。若要使电流比较恒定,可将变压器的电压提高些,限流电阻用大些。这时,按电流计算的充足时间会正确些,但过充电的电流也较大,充电指示二极管就一直点亮着。

  因此,这些产品的充电电流都被设计在0.3C率以下(C为电池容量除以1小时的电流值))0.3C以下为小电流充电,即使过充电,电池也不会因大量发热而损坏。为了安全和降低变压器的成本,市售品种大多数只设计在0.1C~0.l5C。如500mAh的充电器充电电流约为50mA~75mA。加上充电效率的考虑,以75mA,即0.l5C率充电,差不多8~10小时充满;若以50mA(0.IC率)充电,约12~15小时,正好一个晚上,用起来也还可以;镍镐充电电池容量都在500mAh,这类廉价的充电器正合运。

  这类充电器充原配充电电池没有任何安全问题,用来充大容量电池,更安全,但是充足的时间太长。如原配500mAh的10小时充电器)要充足2200mAh的电池就要44小时1同时,用这种充电器来充小容量电池就有过充电的危险。如一款l300mAh的9小时充电器,充原配l300mAh电池L)I80%效率计,充电电流约l80mA,充电率为0.14℃,很安全。若充700mAh以下的小容量电池,充电率就达0.4 ℃ 了,不严格控制时间,电池就会损坏。

     恒流过压限流型充电器

      因定压充电时,充电电流会越来越小,在预定的时间内不一定能充足电量。针对这一问题,就有了第二类恒流充电器。恒流充电可以用恒定的大电流快速按时充足。这种充电器在变压整流后,再采用一个稳压块构成恒流电路,以恒定的电流向充电电池充电。最简单的小电流恒流充电器见下图。最简单的小电流恒流充电器

  三端稳压块LM317的稳压输出为1.25V,在250电阻上生成50mA恒定电流,用此电流对被充电池充电,一节、二节电池都可以,不管电池在什么电压状态充电电流都不变。只要电源电压提高,被充电的节数就能上升。

  恒流充电的优点是在预定的时间内,保证可以把电量充足。但充足电量后,充电器仍旧以这样的电流进行过充电,若电流较大对充电电池的损害就比恒压充电型要大。

  因此,有些电路中加有简单的电压控制功能电路。当充到1.4~1.45伏之后,用发光二极管指示、自动切断或转入涓流(几十mA小电流C)充电。但当电池变旧后,电压充不到设定的最高值,保护就不起作用。而设定最高值较低时,充电也会因过早结束而充不足。因此,为保证安全,作为配套商品的这类充电器也都只设计在0.3C率以下,并不加入自动切换电流的电路。

  作为小电流充电它比第一类充电器要好些,容易充足,过充也没问题。{旦大电流充电或给比原配充电电池容最小的品种充电时,必须严格控制充电时间,以防过充电而损坏电池,甚至起火。

  IC芯片全自动控制型充电器

  对于一般家用来说,上述丙种充电器的小电流品种就可以了,即商品称的十小时左右充电器。白天用,晚上充,忘了取出,充过头也没问题。

  如果需要快速充电,就必须选用第三类由IC控制的全自动快速充电器。这种充电器内部采用专门的镍氢/镍镐电池充电控制IC芯片,采用脉冲或恒流充电,有多种手段检测电池的充电状态,一旦充满,电路自动转入涓流充电状态。由于充电电池的最高电压的不确定性,充满检测主要依靠电压负斜率检测和温升速率检测,为确保安全还有定时关断功能。

  电压负斜率是指电池电压充到最高点后)继续充电)电压不升反降的特点。当出现电压下降现象,表示电池己充满。当电池充满后,继续充电,电能全部转化为热能,电池温升加速,当温度上升速率加快,就需停止充电。如果一直检测不到充满状态,就会按电池容量确定的时限定时转入涓流充电。

  为了保证上述功能的良好发挥,充电必须为恒流充电,充电器使用环境不能过冷过热。充电电池与充电器要求的容量必须一致,原则上说电池的品牌也应与充电器配套。因为不同电池的外包装不同,外感的温度就不同,温升检测会不正确。由于充电电流大,高档品种会采用开关电源整流稳压,不但体积小、电能利用效率也高。

MAXlM713镍镉/镍氢电池充电控制芯片的一种应用电路

  上图是MAXlM713镍镉/镍氢电池充电控制芯片的一种应用电路。充电电流为1A,对500mAh电池充电为2C率快充,半小时结束,定时档置45分钟。对11OOmAh电池为1C率快充,1小时结束,定时档置90分钟。该电路只采用了恒流充电,没有设计为更理想的脉冲充电,温升检测结构因要求高,也没有起用,故比较适合爱好者DIY。

  这种充电器要良好起作用,充电电流要求在2C~1/2C之间,太大、太小的电流充电各种检测有可能失效或不准,只存下定时控制管用。这类产品充电性能极佳,充电时间短,一两个小时甚至几十分钟就能充满。但由于价格相对要高出几倍,市面上见得不多。而且要求配套使用,对已有多种充电电池的用户也并不见得更方便。




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