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    利用LM324制作的充電器具體介紹 | 壹芯微

    返回列表來源:壹芯微 發布日期 2022-06-07 瀏覽:-

    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設置電壓基準,用S8550作為調整管,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)內部補償

    (7)共模范圍擴展至負電源

    (8)行業標準的引腳分配

    (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

    LM324外形圖

    圖1 LM324外形圖

    2.電路設計

    2.1基準電壓vrEF形成

    外接電源經插座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,根據圖中參數VREF,=2.5×(100+820)/820=2.80(V),這個數據主要是針對鎳氫充電電池而設計(單節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

    工作原理圖

    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——這是因為電池電壓和VD4壓降的和約為3.2V(假設開始充電時電池電壓約為2.5V),而經VD1后的電壓大約5.0V,所以,VT1的發射極一集電極壓差遠大于0.2V,當充電電流為300mA時,VT1發熱比較嚴重,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,從外在的表現看充電燈熄滅,飽和燈點亮在某一時刻瞬間轉換完成,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!

    所以這種狀態下,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現一個問題: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,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,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,大電流充電時調整管發熱嚴重;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束。所以,外接電壓太高或太低,充電和飽和指示的狀態是不準確的。

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