隨著鎳氫電池供電的電子產(chǎn)品日益增多，使用針對(duì)不同容量鎳氫電池的通用型充電器將能提供很大方便。這里介紹一款充電器，是筆者多年以來(lái)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成果，它可以對(duì)200~3000mAh不同容量的鎳氫電池進(jìn)行充電，而且充電效率高，充電效果非常好。

該設(shè)計(jì)電路如上圖所示：它采用串聯(lián)充電的原理，可以對(duì)l~4節(jié)鎳氫電池進(jìn)行充電。它的優(yōu)點(diǎn)是可以制作不同的連接線，將充電器輸出端與用電器的充電插座直接相連進(jìn)行充電，而不必把電池拆卸出來(lái)再裝到充電器的電池夾中充電，在使用上格外方便。

充電過(guò)程原理

它的充電曲線如圖1中右側(cè)波形圖所示：開(kāi)始充電時(shí)，它以0.3C的恒定電流對(duì)電池充電4.4小時(shí)(C為電池容量除以1小時(shí)的電流值)，然后自動(dòng)轉(zhuǎn)為0.096C的較小電流繼續(xù)對(duì)電池充電2.2小時(shí)，再轉(zhuǎn)為lOrnA的連續(xù)涓流充電。該設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是避免了電池在接近充飽時(shí)產(chǎn)生高熱量，延長(zhǎng)了電池的使用壽命。在充電的第一階段，有1/10的時(shí)間停止充電，并在此期間插入一個(gè)約5ms的大電流放電脈沖，見(jiàn)圖的右下波形圖。這個(gè)放電脈沖的往復(fù)插入可以去除大電流充電容易引起的極化作用，使充電效率更高。實(shí)踐證明，此法能夠提高電池的潔性，增加電池的總體充放次數(shù)，對(duì)一些老舊電池還有一定的恢復(fù)容量作用，相比穩(wěn)定的恒流充電效果更好。

從目前的市場(chǎng)狀況來(lái)著，用電器使用最多的鎳氫電池、鎘鎳電池是AA和AAA尺寸的類(lèi)型，也就是通常稱(chēng)的5號(hào)、7號(hào)電池。其中AA電池的容量常在500~2700mAh，

而AAA電池在200~1000mAh，為了適應(yīng)各種類(lèi)型的電池，該充電器設(shè)計(jì)的適應(yīng)范圍在200~3000mAh。然而要想實(shí)現(xiàn)精密的多級(jí)恒流控制，就需要相當(dāng)復(fù)雜的控制開(kāi)關(guān)，在選器件和實(shí)際制作時(shí)難度很大，因此筆者在設(shè)計(jì)中做了一定的簡(jiǎn)化)以200mAh容量作為步進(jìn)值，并且不調(diào)整放電電流和涓流電流的大小。最后使控制開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)化到一支lx8DlP開(kāi)關(guān)，同時(shí)也簡(jiǎn)化了調(diào)整方法。

該設(shè)計(jì)的原理見(jiàn)圖1電路，220V/AC電源經(jīng)過(guò)變壓器TR降壓后成為13V/0.8Ax2的交流電，經(jīng)過(guò)整流橋D0的整流，電容C0、R0、C10的濾波后成為+15V/1A和-13V/0.1A兩組電壓。集成塊IC2和功率MOS管T5構(gòu)成了典型的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓源，可在C14、C15上得到1.2~7.6V/1A的穩(wěn)定電源。

該電路的取樣設(shè)計(jì)比較獨(dú)特，它沒(méi)有直接取樣輸出電壓，而是通過(guò)T4、R9、D2來(lái)測(cè)量充電控制晶體管T0~T3的e、c結(jié)上降落的電壓大小，然后通過(guò)R8和光耦合器OP0來(lái)控制IC2的取樣端，使晶體管結(jié)電壓恒定在1.2V上。即該電路的輸出電壓是變化的，它能夠自動(dòng)跟蹤充電輸出端電壓的大小，并保證控制晶體管的工作電壓恒定不變。加入開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)目的在于提高充電器的功率效率，使充1節(jié)電池和充4節(jié)電池的實(shí)際效率變化不大，也避免了器件產(chǎn)生高熱量。

三端穩(wěn)壓電源IC0給數(shù)字控制等電路提供+12V/0.1A的工作電源。負(fù)三端穩(wěn)壓電源IC1是專(zhuān)為恒流派電路而設(shè)計(jì)的，它輸出-5V/0.1A的輔助電源(對(duì)開(kāi)關(guān)電源輸出端)。充電的開(kāi)關(guān)與恒流控制由4只三極管T0~T3來(lái)?yè)?dān)任，每支三極管在一個(gè)時(shí)刻僅僅負(fù)責(zé)輸出一定的電流，這樣就避免了使用單只控制管時(shí)由于器件的線性不良導(dǎo)致的恒流精度下降。

SW1~8是1×8D1P開(kāi)關(guān)，它兩兩組成4級(jí)二進(jìn)制電流值控制，分別是480-240-120-60mA和154-77-38.4,-19.2mA。第一組開(kāi)關(guān)控制第一階段充電電流，第二組開(kāi)關(guān)控制第二階段充電電流。T7、T8和OP1~OP3構(gòu)成開(kāi)關(guān)接口電路，它們分別控制電路的開(kāi)閉和不同階段充電的轉(zhuǎn)換。

這里采用光電耦合器的原因是，主電路上的電壓是可變的，不能采用普通的接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。數(shù)字電路IC3(4060)是一個(gè)振蕩分頻器，它產(chǎn)生的6.206Hz的振蕩信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)分頻以后在Q7上輸出61.88s(周期)，Q13上輸出3960s(周期)的脈沖信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)IC4(4017)的脈沖分配，以及二極管D3~D8的“或”邏輯電路后，形成了4L4小時(shí)的第一階段定時(shí)信號(hào)和2.2小時(shí)的第二階段定時(shí)信號(hào)，還有Q6輸出的充電結(jié)束信號(hào)。

Q6的輸出被反饋到CE端，使得IC4的Q6輸出高電平時(shí)封鎖輸入，保持狀態(tài)。C17、R39的作用是在通電的一瞬間使IC3、IC4清零，保證定時(shí)從頭開(kāi)始。由IC4的Q0~Q34個(gè)輸出端產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)D3~D6構(gòu)成的或門(mén)給IC5(1)腳，IC6(1)腳和(5)腳提供高電平，使得IC5（2）腳輸出低電平，使IC7的R端為低電平,IC7開(kāi)始工作，和IC6的(1)、(2)、(2)與非門(mén)一起，產(chǎn)生笫一階段恒流充電間歇性控制信號(hào)，通過(guò)OP3和T7控制TO~T3，進(jìn)入第一階段充電。

同時(shí),IC6的(4)、(5)、(6)與非門(mén)(5)腳已經(jīng)成高電平，(6)腳接受來(lái)自IC3的振蕩信號(hào)，在(4)腳輸出6.206Hz的方波，通過(guò)D9、T11控制雙色LED中的紅色二極管閃爍發(fā)光，指示第一階段充電。在此期間，IC7的CP端也接受來(lái)自IC3的振蕩脈沖，在其Q3輸出端上產(chǎn)生占空比為1/10的高電平信號(hào)，它經(jīng)過(guò)R42、C23積分電路，R43、C24微分電路和IC5中的兩個(gè)反向器產(chǎn)生出時(shí)值約5ms的放電控制信號(hào)，直接驅(qū)動(dòng)放電MOS管T6形成大電流放電脈沖。

在充電的第二階段，IC4的Q4、Q5端輸出高電平，經(jīng)過(guò)IC5(3)、(4)反向器后輸出低電平，一路通過(guò)OP2、T8控制恒流電路轉(zhuǎn)換電流，另一路通過(guò)D10、T11使LED恒定發(fā)紅色光，指示出第二階段充電。此時(shí)IC7的R端已經(jīng)被置于高電平)其Q3端恒定為零電平，放電電路已經(jīng)停止工作，充電波形中也沒(méi)有間歇了，成為穩(wěn)定的恒流充電。

在第二階段充電結(jié)束時(shí)，IC4的Q6輸出高電平，通過(guò)IC5(5)、(6)反向后，控制OP1，倒亙流電路產(chǎn)生10mA的涓流電流，同時(shí)通過(guò)Tl2控制LED發(fā)出綠光，指示第二階段充電結(jié)束。該信號(hào)還會(huì)通過(guò)R33使T9截止，使IC3的Q7輸出通過(guò)C20、R34微分電路使能IC6中的兩個(gè)與非門(mén)電路構(gòu)成方波發(fā)生器，在壓電片F(xiàn)C上產(chǎn)生每61.88s一個(gè)“嘀”聲，提示使用者充電過(guò)程已經(jīng)結(jié)束。

動(dòng)手制作

該充電器的印板設(shè)計(jì)和實(shí)際制作都比較容易，筆者采用三塊印板的方案，分別把電源部分，充電控制部分和數(shù)字電路部分做在獨(dú)立的電路板上，然后再分別連接起來(lái)，構(gòu)成整體電路。機(jī)殼利用了一個(gè)報(bào)廢的儀器盒(讀者可以根據(jù)自己的情況白行設(shè)計(jì)印板和機(jī)殼)，這里給出筆者實(shí)做的印板圖(圖2~4)、整體裝配圖(圖5)，以及裝配好后的外觀照片(圖6、圖7)，僅供參考。在器件選購(gòu)方面也沒(méi)有特別要求，但筆者一開(kāi)始采用4049六反向器集成電路來(lái)作IC5，結(jié)果沒(méi)有得到放電脈沖，改用4069后才工作正常。電路中D1用肖特基二極管，T5用1A/20W以上的NMOS管，T6用10A/50W以上的NMOS管，其他就沒(méi)有特別要求了。

充電器調(diào)整

該充電器的調(diào)整比較簡(jiǎn)單，首先單獨(dú)測(cè)試開(kāi)關(guān)電源部分，把取樣電阻R5右端直接和C15的上端相連，在C15上接一個(gè)12V/10W的燈泡，通電后測(cè)試燈泡兩端的電壓，應(yīng)該為穩(wěn)定的2.5V，燈泡可以微亮。如果把R5斷開(kāi)，燈泡可以很亮，這說(shuō)明開(kāi)關(guān)電源已經(jīng)正常工作了。

然后單獨(dú)測(cè)試數(shù)字控制電路板，接通+l2V電源以后，IC3的(9)腳就產(chǎn)生出振蕩波形，可用電平筆或指針萬(wàn)用表測(cè)出高低跳動(dòng)的電平。這時(shí)測(cè)試其Q7輸出端的脈沖周期，應(yīng)該為準(zhǔn)確的61.88s，如果時(shí)間超長(zhǎng)，就減小R38的阻值，時(shí)間不夠就增加R38的阻值，直到得到精確的61.88s周期為止。實(shí)際可用一個(gè)1.5M多圈可調(diào)電阻來(lái)替代R38。

用示波器或電平筆來(lái)測(cè)試IC5的(12)腳)可以發(fā)現(xiàn)極短暫的正向脈沖，IC6的(3)腳有1/10間歇的高電平信號(hào)，這些都說(shuō)明數(shù)字電路已經(jīng)正常工作了。

對(duì)于充電恒流電路的調(diào)整可能是比較費(fèi)時(shí)間的。需要把全部電路連接正確以后，在輸出端串上電流表和2~3節(jié)電池，然后逐一調(diào)節(jié)每檔的恒流控制電阻R15~R22。先用適當(dāng)?shù)亩鄧?guó)電位器來(lái)替代固定電阻，每次把電流調(diào)到標(biāo)準(zhǔn)值以后都要記下正確的阻值，然后再選擇或改制合適的固定電阻替換上去。所作的調(diào)整和記錄都可以在R15的位置上進(jìn)行。

筆者采用的改造電阻的辦法是，用刻刀刮去電阻的一部分金屬膜來(lái)減小它的阻值)當(dāng)?shù)玫骄_的阻值以后再用松香或漆把電阻封好。一般加熱封裝會(huì)使電阻值稍微增加一點(diǎn)兒，因此應(yīng)該在小于標(biāo)準(zhǔn)電阻值1%~2%時(shí)就開(kāi)始封裝。當(dāng)然，最省事的辦法是把所有的電阻都改為多圈電位器或普通的可謂電阻。充電器的使用也非常簡(jiǎn)單，沒(méi)有必要標(biāo)出第二階段充電電流，只需要標(biāo)出第一階段充電電流，480、240、120、60mA。在實(shí)際調(diào)整時(shí)，每?jī)芍ч_(kāi)關(guān)構(gòu)成一個(gè)單元，一起調(diào)整就行了。例如，給一組600mAh的電池組充電時(shí)，把電池容量乘以0.3，得到180，把120和60兩組開(kāi)關(guān)調(diào)到ON位置就行了；如果是充2400mAh的電池組，乘0.3得720，就打開(kāi)480和240兩組開(kāi)關(guān)，以此類(lèi)推，每組開(kāi)關(guān)的電流值都是相加的關(guān)系。

如果電池組的容量是非2的整除數(shù)，比如2500mAh，那么只能按照2400mAh或2600mAh來(lái)近似調(diào)整，筆者主張用小一點(diǎn)兒的電流。當(dāng)然如果需要更為精確的結(jié)果)那么就需要采用1×1O的DIP開(kāi)關(guān)(實(shí)際只能用1×8和1×2兩支DIP開(kāi)關(guān)來(lái)替代)，組成5組控制，增加出30mA擋，使電路復(fù)雜一些，這時(shí)的容量步進(jìn)可以達(dá)到100mAh的精度，一般已經(jīng)足夠用了。