镍氢电池充电器设计方案汇总（五款模拟电路设计原理图详解） - 全文
镍氢电池的特点
单体镍氢电池结构为密封圆柱形电池，标称电压为1.2V，具有以下主要特点：
（1）容量大
镍氢电池的“储能密度”，以5号（AA型）充电电池为例，至少在 以上，最好的可达 。在同等体积和重量的条件下，其容量是镍镉电池的2至3倍，是传统镍镉电池的1倍以上。
（2）无“记忆效应”
“记忆效应”是指电池在使用过程中，由于先充电后放电，在负极板上产生的不正常氧化物，对电池电压有抑制作用，表现为电池充满电后，放电时电压却急剧下降，导致电池寿命缩短。镍氢电池没有“记忆效应”，但在使用过程中有自放电现象，在正常使用情况下，每天的电量损失量为1%~3%。充满电的镍氢电池放置数周后，必须重新充电才能使用。由于镍氢电池没有“记忆效应”，所以在开始充电前，无须放电，使用过程中随时可以充电。
（3）抗过充、过放电能力强
镍氢电池可轻松充电和放电。即使过度充电也不会对电池造成永久性损坏。通过将电池放电至 0V 然后再充电，仍可恢复镍氢电池的容量。
（4）无污染
由于镍氢电池不含或含镉极少，对环境无污染，所以又被称为环保电池或“绿色电池”，许多国家都投入巨资建设镍氢电池生产线。
（5）资源丰富
镍氢电池所采用的储氢合金是从稀土中提取的，我国是稀土资源大国，占世界总储量的80%左右，因此我国在发展镍氢电池方面有着得天独厚的优势。
（6）寿命长
镍氢电池的使用寿命在1C电流下充放电可达500次以上，在0.2C电流下充放电可达1000次以上。从实际使用寿命来看，以5号镍氢电池为例，在电流充电的情况下，可反复使用累计可达1000小时。
镍氢电池充电器设计（一）
电池盒由14节1.2V/1.8A·h镍氢电池组成，每7节电池并联组成8.4V/3.6A·h电池组。每组电池通过电流及过温保护元器件连接，并集成热敏电阻及充电控制板，通过六芯插座与外部电源适配器连接，实现电池组的充电控制。电路如图所示。
电路工作原理：由/20lO组成的充电控制板，通过检测按钮S和5个指示灯，可随时检查蓄电池状态，及时充电，并可保护电池组避免过放电。
U2为监控IC，电池电压经五端稳压器016稳压后得到+5V供U2使用。S为断路检测按钮，按下S时，V2导通，10脚输出低电平，1脚MT6输出高电平。根据电池容量不同，相应的MT1～MT5输出低电平，相应的发光二极管VD1～VD5发光。9脚为充电电流检测输入端。11脚为电池电压输入端。13脚为充放电控制，与外接直流端配合控制电池的充电、放电。高电平有效。
U4（）为充电控制芯片，当VR为低电平时，V3导通，U4通电并开始计时。14脚充电控制端输出高电平使V1导通，ON端低电平控制外部电路对电池充电。7脚为电池温度检测输入端，外部靠近电池的负温度系数电阻组成温度传感器。5脚为电池电压输入端。
充电控制板可以从时间、电池温度、电压三个方面控制电池充电，并实现充满电自动停止。
镍氢电池充电器设计（第 2 部分）
电路原理：搭建了一个镍氢电池快速充电电路，可对10节镍氢电池进行充电，最大快速充电电流2.25A，电路如图所示。电路开始对电池进行快速充电后，迅速跳转到充满状态（不管电池是否充满）。快速充电模式持续时间很短，不超过阻断时间。电路中热敏电阻部分接6.2K固定电阻，确保随时引起的快速充电终止。电路设计时按电路图设计，如果没有此型号，则用N管代替。
镍氢电池充电器设计（第 3 部分）
自制充电器采用LM324的四运放作为比较器，TL431设置电压基准，S8550作为调整管，将输入电压降压，对电池进行充电。其原理电路如图所示。其特点是电路简单，工作可靠，不需要调整，元器件容易购买。下面分几部分介绍。
1. 参考电压Vref的形成
外部电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波，VD1起保护作用，防止外部电源极性接反时损坏TL431。R3、R4、R5与TL431组成参考电压Vref，根据图中参数可知Vref=2.5×(100+820)/820=2.80(V)，主要是针对镍氢充电电池设计的(单节镍氢充电电池充满电后电压约为1.40V)。
2.大电流充电
（1）工作原理
接上电源，电源指示发光二极管（VD2）亮。装上电池（参考图，其实就是用导线引到电池盒上，电池装在电池盒里）。当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流对电池充电。此时VT1处于放大状态——这是因为电池电压与-VD4压降之和约为3.2V（假设开始充电时电池电压为2.5V左右），而经过VD1后的电压约为5.OV，所以VT1的发射极-集电极压差远大于0.2V。 当充电电流为300mA时，VT1发热比较严重，所以最好采用PT=625mW的S8550，或适当增大基极电阻，以降低充电电流（注：由于LM324的低电平驱动能力有限，所以IC1-2、IC1-4的低电平输出不是0V，而是0.8V左右）。
（2）充电说明
首先我们来看看IC1-3的工作情况：它的同相端10脚通过R13接Vref，R14接构成正反馈，反相端9脚外接电容，还有一条负反馈通路，所以实际上构成了一个滞后比较器。开始时C2上端没有电压，所以IC1-3输出高电平。这个高电平有两条放电通路，一条通路通过R14反馈回10脚，另一条通路通过电阻R15给电容C2充电。当充电后的电压高于10脚电压V+时，比较器翻转，输出低电平；同时由于R14的反馈作用，10脚电压立即跳变为V-，此时电容C2通过电阻R15放电，当放电后的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转，输出高电平。 由于R14的反馈作用，10脚电压立即跳升至V+，此后电路重复上述过程，因此IC1-3输出的是一个固定频率的方波信号。
接下来我们看一下IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压后接至IC1-4的12脚，由于R2<<R16，所以IC1-4的12脚电压基本是略低于电池电压的。
显然低于其l3脚电压，所以IC1-4输出稳定的低电平。结合上面的讨论可知，在R12、VD3通路的一端加有固定频率的方波电压，另一端为稳定的低电平。因此，发光二极管VD3就会周期性地亮起，给人一种闪烁的感觉。
最后我们来看看IC1-1的工作情况：当IC1-2输出低电平时，很明显IC1-1的第3脚是低电平，而它的第2脚通过R1接Vref，所以IC1-1也输出低电平。结合上面的讨论，我们可以看出R11与VD5之间的压差为零，所以VD5（饱和指示灯）无法点亮！
另外，由于IC1-1输出的是低电平，所以不管IC1-3第9脚电压如何变化（电容充电、放电在此脚形成三角波电压），都不会受到IC1-1输出的影响——因为IC1-3第9脚电压（不管是高电平到V+，还是低电平到V-）始终高于IC1-1的输出，VD6反向偏置截止！所以，在此状态下，三个指示灯的工作情况为：VD2亮，表示电源正常；VD3闪烁，表示电池正常充电；VD5不亮。
3.小电流充电
充电一段时间后，当电池电压慢慢上升到接近Vref时，IC1-2的输出电压也慢慢上升，于是流过R7的电流慢慢减小，也就是流过VT1基极的电流慢慢减小，所以VT1输出的电流也会慢慢减小，但电池电压还是会继续慢慢上升，当电池电压直逼Vref时，IC1-2就会输出较高的电压，此时IC1-1的3脚电压高于2.8OV(反相端2脚输入电压)，比较器翻转，输出高电平，这个电压有两个作用：一方面它会使VD5正向偏置导通(此时IC1-4输出仍为低电平)，表示充电已饱和; 另一方面，VD6也正向偏置，且R17很小，实际上就迫使C2上端为高电平，于是IC1-3的9脚电压高于10脚电压，迫使IC1-3输出低电平，VD3因无正偏置而熄灭。
虽然，从外在的表现看，某一时刻充电灯灭，饱和灯亮，但实际上充电过程是一个逐渐过渡的过程：当电池电压远低于Vref时，继续大电流充电，当电池电压接近Vref时，充电电流慢慢减小，直至充电逐渐趋近于零——甚至饱和灯亮时，小电流充电仍在继续！所以在这个状态下，三个指示灯的工作情况为：VD2亮，表示电源正常；VD3不亮；VD5亮（饱和指示，小电流充电）。
镍氢电池充电器设计（第 4 部分）
镍氢电池充电器设计（第 5 部分）
充电电路会产生温升，尤其大电流充电时，充电电路和充电电池的温升会更高。外接热敏电阻可检测充电温度，避免过热。图中所示为带温控的2A镍氢电池充电器。
RT与内部电路组成温度检测电路，RT为负温度系数的热敏电阻，可选用45℃时阻值为10kn的热敏电阻贴在电池表面，当温度较高时，充电电流会自动减小，当温度升至55℃时，充电会自动停止。
LED1为充电指示灯，LED2为“充满”指示灯。第七脚设定最大充电电流III.=1395/R，第八脚设定最大充电电压。充电电流为o_4-2A，电源电压范围为4.5N10V。可对NiMH、NiCd充电电池进行充电。