恒流恒压充电器的原理与设计

恒流恒压充电器的原理与设计
随着高新电子技术的发展各类充电电子产品不断上升，为此云峰电子为朋友们提供些相关恒流充电器的制作与原理分析，请仔细阅读！
第一类、lm317恒流源电路图
图１、图２分别是用７８××和ＬＭ３１７构成的恒流充电电路，两种电路构成形式一致。

对于图１的电路，输出电流Ｉｏ＝Ｖｘｘ／Ｒ＋ＩQ，式中Ｖｘｘ是标称输出电压，ＩQ是从ＧＮＤ端流出的电流，通常ＩQ≤５ｍＡ。

当ＶＩ、Ｖｘｘ及环境温度变化时，ＩＱ的变化较大，被充电电池电压变化也会引起ＩQ的变化。

ＩQ是Ｉｏ的一部分，要流过电池，ＩQ的值与Ｉｏ相比不可忽略，因而这种电路的恒流效果比较差。

对于图２的电路，输出电流Ｉｏ＝ＶREF／Ｒ＋ＩADJ，式中ＶREF是基准电压，为１．２５Ｖ，ＩADJ是从调整端ＡＤＪ流出的电流，通常ＩADJ≤５０μＡ。

虽然ＩADJ也随ＶI及环境条件的变化而变化，且也是Ｉｏ的一部分，但由于ＩADJ仅为７８××的ＩQ的１％，与Ｉｏ相比，ＩQ可以忽略。

可见ＬＭ３１７的恒流效果较好。

对可充电电池进行恒流充电，用三端稳压集成电路构成恒流充电电路具有元件易购、电路简单的特点。

有些读者在设计电路时采用７８××稳压块，如《电子报》２００１年第２期第十一版刊登的《简单可靠的恒流充电器》及今年第６期第十版的《恒流充电器的改进》一文，均采用７８０５。

７８××虽然可接成恒流电路，但恒流效果不如ＬＭ３１７，前者是固定输出稳压ＩＣ，后者是可调输出稳压ＩＣ，两种芯片的售价又相近，采用ＬＭ３１７才是更为合理的改进。

ＬＭ３１７采用Ｔ０－３金属气密封装的耗散功率为２０Ｗ，采用ＴＯ－２２０塑封结构的耗散功率为１５Ｗ，负载电流均可达１．５Ａ，使用时需配适当面积的散热器。

由于ＬＭ３１７的ＶREF＝１．２５Ｖ，其最小压差为３Ｖ，因此输入电压ＶI达４．２５Ｖ就能正常工作。

但应注意输出电流Ｉｏ调得较大时，输入电压ＶI的范围将减小，超出范围会进入安全保护区工作状态，使用时可从图３的安全工作区保护曲线上查明输入—输出压差（ＶI－Ｖｏ）的范围。

７８××与ＬＭ３１７内部均有限流、过热保护功能，后者还有安全工作区保护功能。

７８××不允许ＧＮＤ端悬空，否则器件极易损坏。

ＬＭ３１７即使ＡＤ
Ｊ端悬空，各种保护功能仍然有效。

方案二、
本电路实际上是一个恒流源。

核器件是集成三端可调稳压器LM317T。

LM317T
在电源电压足够的情况下可以保持其+Vout端比其ADJ端电压高1。

25V。

请
看图中的接法,ADJ端直接与待充电池相连。

但ADJ端的内阻很大(正常情况下
ADJ端的电流不会超过50μA),可近似看作开路,但它可以对电压进行取样。

LM317T将+Vout端的电压提高到比ADJ端高1.25V,那么跨接在+Vout端与
ADJ端的电阻上将有1.25V/25.5Ω=0。

05A=50mA的电流流过(25.5Ω为开
关打开时,R1与R2并联后的总阻值)。

这个电流便流过电池,对电池进行了恒流
充电。

公式与计算、
普通充电电池充电时间计算
一、充电常识
在这里，首先要说明的是，充电是使用充电电池的重要步骤。

适当合理的充电对延长电池寿命很有好处，而野蛮胡乱充电将会对电池寿命有很大影响。

上一篇曾说过，目前的锂电池基本都是根据各个产品单独封装，互不通用的，因此各个产品也提供各自的充电设备，互不通用，在使用时只要遵循各自的说明书使用即可。

所以本篇对电池充电的介绍主要是指镍镉电池和镍氢电池。

对镍隔电池和镍氢电池充电有两种方式，就是我们大家所熟知的“快充”和“慢充”。

快充和慢充是充电的一个重要概念，只有了解了快充和慢充才能正确掌握充电。

首先，快充和慢充是个相对的概念。

有人曾问，我的充电器充电电流有200mA，是不是快充？这个答案并不绝对，应该回答对于某些电池来说，它是快充，而对于某些电池来说，它只是慢充。

那我们究竟怎样来判别快充还是慢充呢？
例如一节5号镍氢电池的电容量为1200mAH，而另一节则为1600mAH。

我们把一节电池的电容量称为1C，可见1C只是一个逻辑概念，同样的1C，并不相等。

在充电时，充电电流小于0.1C时，我们称为涓流充电。

顾名思义，是指电流很小。

一般而言，涓流充电能够把电池充的很足，而不伤害电池寿命，但用涓流充电所花的时间实在太长，因此很少单独使用，而是和其它充电方式结合使用。

充电电流在0.1C-0.2C之间时，我们称为慢速充电。

充电电流大于0.2C，小于0.8C则是快速充电。

而当充电电流大于0.8C时，我们称之为超高速充电。

正因为1C是个逻辑概念而非绝对值，因此根据1C折算的快充慢充也是一个相对值。

前面例子中提到的200mA充电电流对于1200mAH的电池来说是慢充，而对于700mAH的电池来说就是快充。

知道了快慢充的概念后，我们还需要了解充电器的情况才能对电池正确充电。

目前市场
上的充电器主要分为恒流充电器和自动充电器两种
二、恒流充电器
恒流充电器是市场上最常见的充电器，从镍镉电池时代，我们就开始使用恒流充电器。

恒流充电器通常使用慢速充电电流，它的使用相对比较简单，只需将电池放在电池仓中即可充电。

需要注意的是，对充电时间的计算要准确。

对充电时间的计算有个简单的公式：Hour=1.5C/充电电流。

例如：对1200mAH的电池充电，充电器的充电电流为150mA，则时间为1800mAH/150mA等于12小时。

当然在很多时候并不能计算出正好的时间，我们可以挑离得最近的半小时以方便记时。

例如：充电器的电流为160mA，对1400mAH的电池充电，则时间为2100mAH/160mA约为13小时，而不用计算到分。

恒流充电器的构造简单，工作稳定，是一种不错的充电方式，对电池寿命的影响小。

但它也有其局限性，首先必须计算时间，另外随着镍氢电池的容量越来越大，恒流充电所需的时间也越来越长，对使用带来了一定的不便。

因此，近年来快速自动充电器也逐渐流行起来
三、快速自动充电器
快速自动充电器在这两年越来越受到大家欢迎，它具有充电速度快，安全等特点。

但也有一部分人对它有疑虑，因为快速充电器基本都使用快充电流来充电，这些人怕它会对电池的寿命产生影响。

那么实际的情况如何呢？
首先要肯定的是大电流充电对电池寿命的影响是很小的，在很多情况下我们都要用到快速充电甚至超高速充电，充电电流有时可以达到2C或更高。

大电流并不是电池杀手，真正对电池寿命产生影响的是大电流充电时产生的高热。

我们对电池充电时要使用比电池标称电压稍高的电压来进行，而电池本身对充电电流会产生一个反电势，因此有一部分电流为了抵消反电势而白白作功，转化为热能。

当充电电流越大，就有更多的电能被转化为热能，充电时的温度就越高。

过高的温度对充电电池是有害的，在慢速恒流充电器中，由于是慢速充电，产生的热量在可控制范围内，因此并不需要采取特殊的措施。

但在快速自动充电器中，采用快充电流就会产生更高的温度。

因此目前市场上的快速自动充电器都采用了各种方法来降低充电时的温度，通常所使用的是余弦法，也就是说并非用恒定的大电流充电，而是像余弦波那样电流强度随之变化，这样能缓解热量的积聚，从而将温度控制在一定范围内。

由于这类充电器不再使用恒定的电流充电，也和过去的恒流充电器有明显的区别
使用快速充电器的另一个问题是，当充电时间到了之后如果忘记停止充电，对电池的伤害要远大于慢速恒流充电器过充产生的伤害。

因此为了解决过充问题，快速充电器一般都采用了比如电压斜率判断法等方法来判断电池是否接近充满，这些充电器都使用了控制电路或者IC芯片来完成这一任务。

当电池接近充满时，控制电路会自动转入涓流充电模式，对电池进行涓流充电。

采用涓流电流对电池进行充电的好处是很明显的，其一如前所述，涓流充电能将电池充的很满，其次就是不用担心过充的问题，因此使用这类充电器的最大好处就是不用再去计算时间。

具体的使用方法可以查看各自的使用说明书，以防操作不当。

快速充电器有一个分支就是超高速的充电器，这类充电器应用范围不大，设计、结构和工艺
都很复杂，因此价格相当昂贵。

在一些特殊的场合，人们需要在很短的时间内充好电池使用，这就需要使用超高速充电器。

由于超高速充电器需要极大的充电电流，有些甚至使用了2C-3C的充电电流，其发热问题尤为严重，仅仅采用余弦波充电还不够，因此这类充电器很多都采用在一个余弦波后插入一个很短暂的放电这种方法。

这种做法可以缓解由于反电势消耗充电电流所产生的热量积累，从而进一步控制温度。

四、放电
上一篇曾介绍了充电电池的记忆效应，我们也知道当记忆效应逐渐累积，会使电池的实际使用容量大幅下降。

要减轻记忆效应所带来的负作用，一个有效的方法就是放电。

一般来讲由于镍镉电池的记忆效应比较明显，建议在反复充电使用5-10次后就作一次放电，而镍氢电池的记忆效应要好些，可以在反复充电使用20-30次后作一次放电。

在市场上销售的一些高档充电器自身带有放电功能，但绝大部分的中低档充电器是没有放电功能的，这时我们该怎么办呢？在了解了放电的原理后，我们也可以自己尝试着对电池进行放电。

我们已经知道，镍镉电池和镍氢电池的标称电压是1.2V，但实际上，电池的电压是个变化的值，随着电量是否充足，围绕着1.2V左右进行波动。

一般在1V-1.4V之间波动，不同品牌的电池由于工艺上的不尽相同，电压波动范围也不完全一致
对电池进行放电就是采用很小的放电电流，使电池的电压缓慢下降，下降到0.9V-1V之间，就应该停止放电。

不建议将电池放电到0.9V之下，这样做会造成过度放电，使电池受到不可逆的伤害，上一篇曾说过充电电池不适合于用在家电遥控器中，就是因为遥控器的使用电流很小，长时间放在遥控器中使用很容易造成过度放电。

电池经过一次正确的放电后，你会惊喜的发现电池的容量又恢复到原来的水平，因此当发现电池的容量有所下降时，就最好作一次放电。

自己对电池做放电有个简便的方法，就是接一个小电珠作为负载，但必须使用电表来监视电压值的变化，以防过度放电。

对于充电器的选择，究竟是选择快速充电器还是慢速恒流充电器，这主要看自己使用的侧重点。

例如经常外出使用数码相机等设备的朋友，就应该选择快速充电器，以满足时间上的要求，甚至可以购买超高速的充电器，而只使用随身听等设备的朋友，恒流充电器就能满足需要
在掌握了正确的充放电知识后，大家一定能更好地使用自己的充电电池。

请大家不要拘泥于快速充电.
充电时间计算
**********电池容量看电池外面的标注**************
*********充电电流看充电器上标注的输入电流*******
1、充电电流小于等于电池容量的5％时
充电时间（小时）＝电池容量（mAH）×1.6÷充电电流(mA) 2、充电电流大于电池容量的5％，小于等于10％时：
充电时间（小时）＝电池容量（mAH）×1.5÷充电电流(mA) 3、充电电流大于电池容量的10％，小于等于15％时：
充电时间（小时）＝电池容量（mAH）×1.3÷充电电流(mA 4、充电电流大于电池容量的15％，小于等于20％时
充电时间（小时）＝电池容量（mAH）×1.2÷充电电流(mA) 5、充电电流大于电池容量的20％时：
充电时间（小时）＝电池容量（mAH）×1.1÷充电电流(mA)。