利用LM324制作的充電器具體介紹 | 壹芯微

本文介紹的自制充電器用LM324的4個運算放大器作為比較器，用TL431設(shè)置電壓基準，用S8550作為調(diào)整管，把輸入電壓降壓，對電池進行充電，其特點是電路簡單、工作可靠、無需調(diào)整、元器件容易購買等，下面分幾個部分進行介紹。

1.LM324特性

(1)短路保護輸出

(2)真正的差分輸入級

(3)單電源供電：3.0V至32V(LM224、LM324、LM324A)

(4)低輸入偏置電流：100nA最大值(LM324A)

(5)每個封裝有4個放大器

(6)內(nèi)部補償

(7)共模范圍擴展至負電源

(8)行業(yè)標準的引腳分配

(9)輸入端的ESD鉗位提高了可靠性，且不影響器件工作

(10)提供無鉛封裝

圖1 LM324外形圖

2.電路設(shè)計

2.1基準電壓vrEF形成

外接電源經(jīng)插座X、二極管VD1后由電容C1濾波。VD1起保護作用，防止外接電源極性反接時損壞TL431。R3、R4、R5和TL431組成基準電壓VREF，根據(jù)圖中參數(shù)VREF，=2.5×(100+820)/820=2.80(V)，這個數(shù)據(jù)主要是針對鎳氫充電電池而設(shè)計(單節(jié)鎳氫充電電池充滿后電壓約為1.40V)。

2.2大電流充電

(1)工作原理

圖2 工作原理圖

接入電源，電源指示燈LED(VD2)點亮。裝入電池(參考圖片，實際上是用導線引出到電池盒，電池裝在電池盒中)，當電池電壓低于VREF時，IC1-1輸出低電平，VT1導通，輸出大電流給電池充電。此時，VT1處于放大狀態(tài)——這是因為電池電壓和VD4壓降的和約為3.2V(假設(shè)開始充電時電池電壓約為2.5V)，而經(jīng)VD1后的電壓大約5.0V，所以，VT1的發(fā)射極一集電極壓差遠大于0.2V，當充電電流為300mA時，VT1發(fā)熱比較嚴重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者適當增大基極電阻以減小充電電流(注：由于LM324低電平驅(qū)動能力較小，實測IC1—2，IC1—4輸出低電平并不是0V，而是約為0.8V)。

(2)充電的指示

首先看IC1-3的工作情況：其同相端10腳通過R13接VREF,R14接成正反饋，反相端9腳外接電容，并有一負反饋通路，所以，它實際上構(gòu)成了滯回比較器。剛開始時C2上端沒有電壓，則IC1-3輸出高電平。這個高電平有兩個放電通路，一個通路是通過R14反饋到10腳，另一通路是經(jīng)電阻R15對電容C2充電，當充電的電壓高于10腳電壓V+時，比較器翻轉(zhuǎn)輸出低電平;與此同時，由于R14的反饋作用，10腳電壓立即下跳到V-，這時，電容C2通過電阻R15放電，當放電的電壓小于10腳電壓V-時，比較器再次翻轉(zhuǎn)輸出高電平，由于R14的反饋作用，10腳電壓立即上跳到V+，此后電路一直重復上述過程，因此，IC1-3的輸出為頻率固定的方波信號。

其次看IC1-4的工作情況：電池電壓經(jīng)R2、R16分壓，接IC1-4的12腳，因為R2<

最后看IC1-1的工作情況：當IC1-2輸出低電平時，顯然IC1-1的3腳為低電平，而其2腳通過R1接VREF所以，IC1-1也輸出低電平。結(jié)合上面的討論，我們可以看出，R11和VD5兩端電壓差為零，因此，VD5(飽和指示)不能點亮!

另外，由于IC1-1輸出低電平，無論IC1-3的9腳電壓如何變化(電容充、放電在該腳形成三角波電壓)都不會受IC1-1輸出的影響——因為IC1-3的9腳電壓(要么高到V+，要么低到V-)始終高于IC1-1的輸出，VD6反偏截止!所以，這種狀態(tài)下，三只指示燈的工作情況分別為：VD2點亮，指示電源正常;VD3閃爍，指示電池充電正常;VD5不亮。

2.3小電流充電

當充電一段時間后，電池電壓慢慢上升到接近VREF時，IC1—2輸出電壓慢慢上升，于是，流過R7的電流慢慢減小，即流經(jīng)VT1基極的電流慢慢減小，因此VT1輸出的電流也會慢慢減小，但電池電壓還會持續(xù)不斷地緩慢上升，當電池電壓幾乎等于VREF時，IC1-2會輸出較高電壓，這時IC1-1的3腳電壓高于2.80V(反相端2腳的輸入端電壓)，比較器翻轉(zhuǎn)輸出高電平。該電壓有兩個作用：一方面會使VD5正偏導通被點亮(此時，IC1-4輸出還是低電平)，指示充電飽和;另一方面VD6也正偏導通，而R17很小，實際上是強制C2上端為高電平，所以IC1-3的9腳電壓高于10腳電壓，IC1-3被強迫輸出低電平，VD3因無正偏壓而熄滅。

雖然，從外在的表現(xiàn)看充電燈熄滅，飽和燈點亮在某一時刻瞬間轉(zhuǎn)換完成，但是實際上充電過程卻是逐漸過渡的：當電池電壓遠低于VREF時持續(xù)大電流充電，當電池電壓接近于VREF時充電電流慢慢減小，直至逐漸充電趨近零——即使飽和燈點亮時，小電流充電仍在繼續(xù)!

所以這種狀態(tài)下，三只指示燈的工作情況分別為：VD2點亮，指示電源正常;VD3不亮;VD5點亮(飽和指示，小電流充電)。

2.4IC1-4的用途

從上面2、3內(nèi)容的分析中可以看出，無論電路是大電流或小電流充電，IC1-4的輸出一直是“低電平”，好像它沒有什么作用似的，還不如直接把VD3、VD5負極接“地”?剛開始設(shè)計時，確實沒有考慮用IC1-4，把VD3、VD5的負極直接接地。然而，當制作好后通電工作時發(fā)現(xiàn)一個問題：當不裝電池通電時，飽和指示燈VD5點亮——這顯然不合適!因為，沒裝電池時VT1處于微導通狀態(tài)，IC1-2的5腳電壓高于VREF,IC1-2輸出高電平，于是IC1-2也輸出高電平，VD5點亮。

若在原理圖中接入IC1-4，沒裝電池時VT1處于微導通狀態(tài)，IC1-4的12腳電壓也會高于VREF，因此，IC1-4輸出高電平，這樣VD5就不能點亮。

需要說明一點，外接輸入電壓不能太高，也不能太低。輸入電壓太高，大電流充電時調(diào)整管發(fā)熱嚴重;另一方面，IC1-2輸出高電平的時間會因為電源電壓較高而提前超過VREF(設(shè)定值)，這樣就會給我們一個錯覺，電池很快就充滿了!實際上并非如此。

輸入電壓太低也不好，同上面的分析一樣，IC1-2輸出高電平的時間會因為電源電壓較低而遲后，更有甚者，也可能永遠達不到VREF,充電指示燈一直閃爍，但大電流充電過程早已結(jié)束。所以，外接電壓太高或太低，充電和飽和指示的狀態(tài)是不準確的。

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