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带最高充电电压限制或自动停充功能的简易充电器

 zou.wei 2018-03-30

1  简易充电器简介

电动剃须刀、可充电手电筒等小型便携工具,常配备一个如图1所示的简易充电器。

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该充电器由电容C1,电阻R1R2,二极管D1D4和发光二极管LD组成。其中C1决定充电电流大小,其充电电流可以用公式:I220×2πfC

C=15xI计算。

C1电容为1μF时,其充电电流约为70A

R1电阻为电容C1提供一个放电通路,以免拔下电源时,不小心碰到电源插头而发生触电现象;二极管D1D4组成整流桥,将交流电变成直流电,向电池充电;发光二极管LD用来指示充电电源。

由于电池电压相对于交流电源电压可以忽略不计,因此,电池在充电过程中,其充电电流基本上是恒定的。

该充电器由于没有隔离变压器,因此不适合于没有双重绝缘保护的用电设备,如用在这些设备上,易发生触电事故的;但该充电器结构简单,成本低,被大量应用在一些便携式手用工具上。

同时,该充电器没有稳压或自动停电装置,如充电时间不够,不能发挥电池的应有容量,如充电时间过长,又会降低电池寿命,如是锂电池,还会造成电池永久性损坏。

2.带最高充电电压限制功能的充电器

为了保护电池,避免电池因过充而损坏,在此电路的基础上,增加了以TL431为主的过充保护电路,设计了如图2所示的充电器(以输出最高电压为4.2V,充电电流为60A为例)

21 元件及电路简介

TL431是一个具有良好热稳定性能的三端可调精密电压基准IC,也称为电压调节器或三端取样集成电路,它的输出电压用两个电阻就可以任意设置在从2.536V范围内,该器件典型动态电阻为0.2Ω,因其性能好,价格低,因此广泛应用在各种电源电路中。

二极管D5用来阻止电池通过电阻和发光二极管放电。当B点电压为4.8V时(此时,电池两端的电压为4.2V),经R4R5分压后,TL431 R极的电压开始大于2.5VTL431 AC极开始导通(在此之前,流经AC的电流为1A左右),当流经电阻R3的电流大于40A时,R3两端的电压降大于1.8V,发光二极管LD开始发光(同时,交流电源指示发光二极管LD1开始变暗),指示电池已经充满电。如不去掉交流电源,流经TL431的电流会继续增大,以保持电池两端的电压在4.2V以内,达到保护电池的目的。

2.2元件选择

本电路中,二极管因反向耐压均小于50V,电流小于500A,可选择1N41481N4004二极管;电阻因功率均小于1/8W,可选择普通1/8W碳膜电阻,其电阻大小如图所示,单位为Ω;发光二极管LD选择Φ3红色发光二极管;发光二极管LD1选择Φ3绿色发光二极管;电容C1选择耐压大于400V的交流电容,其容量根据充电电流,本例中选择1μF,其充电电流约为60A;电容C2是用于降低充电电流的波纹系数,其耐压应大于最大充电电压。

2.3改制成其它容量及电压等级充电器的方法

通过选择不同阻值的R5,可以方便地制作适用于不同电压(2.530V)电池的充电器;通过选择不同容量的C1电容,可以制作不同充电电流(受TL431最大工作电流150A的限制,最大充电电流应小于150A,同时,受TL431最大耗散功率为500W的限制)的充电器。

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3.带自动停充功能的充电器

如需做到自动停充电或增加充电器容量,可增加一个双向可控硅,构成图3所示的充电器(印刷电路板如图4)。当B点电压高于4.8V时,TL431AC开始导通;当在R4上产生的电压降达到双向可控硅的导通电压时,双向可控硅将导通,并在电容C2及电阻R3的作用下,一直维持在导通状态。此时,B点的电压降到2V以下,停止向电池勇充电;同时,发光二极管LD熄灭,指示停止充电。如需继续充电必须先停止交流电源,使流经双向可控硅的电流降到维持电流以下,双向可控硅流恢复关断状态后,再联接到交流电源上即可。由于有双向可控硅,最大充电电流及耗散热功率将不受TL431的影响,可以根据充电电流自由选取。

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