專利名稱：一種新型鎳鎘電池快速充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種充電裝置，尤其是用于鎳鎘電池的快速充電器。
目前，市場上所見的各類鎳鎘電池充電器，其充電時間約需十來個小時，由于沒有電池容量充滿檢測控制電路，不能在電池充滿時自動切斷電源，因此時常有電池過充甚至爆炸的情況發(fā)生。針對這種情況，已有人設(shè)計出新的電路，如專利號為88221050和91223075，這些電路的共同特點是，設(shè)定某一電壓值為鎳鎘電池組在充滿情況下的電壓值，鎳鎘電池被充至該值后電路實現(xiàn)自動切換。由于一組鎳鎘電池在不同溫度環(huán)境下，不同的充電電流，不同的電池容量、其充滿時的電壓是不同的，并且正在充電時測量到的端電壓與電池的開路電壓也是不同的，因此若取某一給定電壓作為電池充滿的標準則存在以下問題1.在線檢測時，若把電池充滿時的開路電壓(OCV)標準作為電池充滿時的端電壓來處理，這一標準帶來電池充不滿的最大誤差有時可高達50％。
2.在充電時，如果取峰值時的在線電壓(CPV)作為判斷電池充滿的標準，則不同容量的鎳鎘電池、不同的溫度環(huán)境、不同的充電電流其峰值的電壓均不同，在實際使用中不是充不滿就是過充。
本實用新型的目的是為解決已有技術(shù)中存在的問題而設(shè)計的一種用負電壓增量電路檢測鎳鎘電池充電壓的快速充電器。
本實用新型的結(jié)構(gòu)包括恒流源充電電路、脈沖控制電路、放電電路和負電壓增量控制電路，放電電路對被充電電池的殘余電壓進行放電，同時將恒流源充電路自動關(guān)斷，電池電壓放電至截止電壓后，自動結(jié)束放電狀態(tài)并將恒流源充電電路打開，開始對電池進行周期性地脈沖充電，快慢速充電由脈沖控制電路控制，當電池電壓超過峰值出現(xiàn)負電壓增量，負電壓控制電路檢測出負增量，并對恒流源充電電路給出關(guān)斷信號，切斷快慢充電電流，同時提供一涓滴電流對電池繼續(xù)進行涓滴充電。
本實用新型的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡潔，由于實現(xiàn)了模快化、功能化、無繼電器電路切換，從而使元器件大大減少，可靠性大大提高，整機安裝方便，無須調(diào)試?？蛇m用于對各種容量的“大哥大”用、攝像機用、軍用民用對講機、電動工具及家用電器上的鎳鎘電池進行快速充電，充電的鎳鎘電池為5至6節(jié)。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的結(jié)構(gòu)作進一步的描述。


圖1為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)方框圖。
圖2為本實用新型充電曲線示意圖。
圖3為本實用新型主機板電路示意圖。
圖4為本實用新型?？祀娐肥疽鈭D。
圖5為本實用新型電源進線及顯示電路示意圖。
由附圖可知本實用新型的結(jié)構(gòu)包括恒流源充電電路(C)、脈沖控制電路(P)、放電電路(R)和負電壓增量控制電路(F)，恒流源充電電路(C)從汽車電瓶(D)或穩(wěn)壓器(A)獲得電源后，可向被充電池組(B)提供三種大小的恒定充電電路(快充1.1A，慢充0.6A，涓滴充60mA)，在充電前，放電電路(R)對電池組(B)的殘余電壓進行放電，同時將恒流源充電電路自動關(guān)斷，放電電路(R)將電池電壓放至截止電壓后，自動結(jié)束放電狀態(tài)并將恒充源充電電路(C)打開，開始對電池組進行周期性脈沖充電，從而實現(xiàn)無繼電器自動切換，快速充電由脈沖控制電路(P)控制，當電池電壓超過峰值出現(xiàn)負電壓增量(如附圖，充電曲線的－△V)，負電壓控制電路檢測出負電壓增量，并對恒流源充電電路(C)給出關(guān)斷信號，切斷快慢充電電流同時通過IC1和R13提供一涓滴電流對電池繼續(xù)進行涓滴充電。
恒流源電路(C)由三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路IC1、電阻R13、R14、R15組成，IC1輸出的恒定電流由電阻R13、R14、R15決定，其中R13決定IC1輸出涓滴電流，R14及R15決定快慢充電流。
脈沖充電控制電路(P)由集成電路LM358／U2、R5、R7、R8，C4、R20、D2、D3、R21，R9、R6、T3、R1、T1、R16、T6組成，集成電路LM358／U2與電阻R5、R7、R8構(gòu)成滯回比較器，該滯回比較器通過模塊電路的11腳和12腳與由C4、R20、D2、D3、R21組成的RC反饋網(wǎng)絡相連，構(gòu)成了具有一定占空比的矩形波發(fā)生電路可產(chǎn)生振蕩頻率約為6.5×10－2Hz，占空比約為0.9的矩形波。由LM358／U2輸出的矩形波經(jīng)R9加到反相三極管T3的基極，故從T3的集電極輸出的是經(jīng)過反相后的矩形波信號該信號經(jīng)R1加給T1的基極，使T1周期性導通、截止，T1的導通、截止信號經(jīng)?？祀娐?腳、電阻R16輸送給T6，使得T6也同步地周期性導通與截止，從而使恒流源充電電路(C)以脈沖的方式向電池提供恒定快慢充電流。
放電電路(R)包括放電自鎖電路和放電－充電無繼電器自動切換電路二部分，放電自鎖電路由T7、R26、R12、R11、R25、LED2、R10、C1、T5、R24、Z2組成，放電－充電無繼電器自動切換電路由D4、R22、R23、T2、T4、R1、T6、R16、R2、R3、C2、C3、D1、LM358／U1，R17、Z1、R18、R19組成。為消除電池的“記憶效應”，在充電前可將電池的殘余電壓經(jīng)放電自鎖電路放掉。開關(guān)SW2未合上時T7截止，當開關(guān)SW2合上后，R12經(jīng)?？祀娐?6腳、開關(guān)SW2與“地”接通，從而三極管T7通過?？祀娐?5腳、R11、R12獲得基極電流而導通，電池經(jīng)P1、P2接口、T7和R26進行放電，其中R26為大功率放電電阻，與此同時發(fā)光二極管LED2通過R25被點亮，表示處于放電狀態(tài)。在開關(guān)SW2合上的瞬間，如果P1、P2接口的端電壓不低于截止電壓(0.9伏／每節(jié))，則穩(wěn)壓二極管Z2被擊穿，T5經(jīng)由R10、?？祀娐?4腳、T7從放放電池處獲得基極電壓而導通，此時即便放開SW2，由于T5的導通，給T7提供了基極電壓，而使T7必然導通，從而實現(xiàn)自鎖功能。當電路放電至電池的截止電壓時，穩(wěn)壓二極管Z2的擊穿狀態(tài)將近結(jié)束，穩(wěn)壓二極管Z2的動態(tài)電阻開始加大，使得R24上的壓降開始減小，經(jīng)模塊14腳、R10，T5基極的開啟電壓小于0.7伏，T5截止，導至T7截止，放電過程結(jié)束。截止電壓可由Z2和R24來調(diào)節(jié)。
放電過程一開始，二極管D4導通，電池電壓經(jīng)T7、D4分別加給R22和R23，T2、T4分別經(jīng)模塊電路3腳、13腳，R22、R23獲得基極電壓，如果此時插孔JA上有直流電源輸入，則T2和T4導通，T2的導通信號經(jīng)由模塊電路4腳加到6腳使C2經(jīng)T2對地放電，T4的導通信號經(jīng)R1加給基極，使T1截止，進而使T6截止，恒流電路關(guān)斷，從而保證了恒流源電路在電池放電時不能對電池進行大電流充電。此時由于C2上電壓下降接近零，而C3上的電荷無放電路徑(JA處有直流輸入，L1與L2在JA處斷開)，故造成C3上的電壓大于C2的電壓，從而導致比較器LM358／U1的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娢?，封鎖了由LM358／U2輸出的脈沖信號，發(fā)光二極管LED1熄滅。與此同時T1截止，從而保證T6截止。
當電池放電至截止電壓時，T2、D4、T7截止，電容C2上的電壓迅速大于電容C3上的電壓(R2＜＜R18、R2＜＜R19)，比較器LM358／U1翻轉(zhuǎn)輸出高電平，經(jīng)R6、R1加給T1基極，給T1的導通提供了條件，同時T3的集電極上獲得正向電壓，從而解除了對脈沖信號的封鎖，這時雖然T4的集電極也獲得正向電壓，但因D4截止故T4也截止。這樣T1和T6將隨脈沖信號的作用而周期性地導通和截止，從而使恒流源電路開始以周期性地開啟關(guān)斷的方式向電池進行充電， 與此同時LED1點亮，表示一個充電過程已開始。
負電壓增量控制電路由R2、R3、C2、D1、Z1、LM358／U1、R17、R18、R19、C3組成。當電池充滿時會出現(xiàn)一電壓峰值，電壓峰值過后電池電壓開始回落，電容C2上的電壓也開始下降，逐漸下降至等于C3上的電壓，比較器LM358／U1翻轉(zhuǎn)，輸出低電位，進而使T1、T6截止，恒流源電路停止向電池充電，由IC1和R13提供一涓滴電流對電池繼續(xù)進行涓滴充電。適當選擇R17、R18可在快慢充的情況下使電池充滿時的負電壓增量小于120mv，就6節(jié)鎳鎘電池組而言。由于R2、R3、C2積分電路中C2的作用，使恒流源周期性地短暫對電池停充時，比較器LM358／U1的輸入端電壓仍基本上保持電位不變，即不會關(guān)斷充電器，另外，由Z1、R17、R18、R19、C3組成的變阻積分電路使過渡過程和穩(wěn)態(tài)過程的電路特性較之由純電阻電容組成的積分電路特性，得到了更好的校正。
權(quán)利要求1.一種新型鎳鎘電池快速充電器，其特征在于其結(jié)構(gòu)包括恒流源充電電路(C)、脈沖控制電路(D)、放電電路(R)和負電壓增量控制電路(F)、放電電路(R)對被充電電池(B)的殘余電壓進行放電，同時將恒流源充電路(C)自動關(guān)斷，電池電壓放電至截電壓后，自動結(jié)束放電狀態(tài)并將恒流源充電電路(C)打開，開始對電池(B)進行周期性地脈沖充電，快慢速充電由脈沖控制電路(P)控制，當電池電壓超過峰值出現(xiàn)負電壓增量，負電壓控制電路(F)檢測出負增量，并對恒流源充電電路(C)給出關(guān)斷信號，切斷快慢充電電流同時提供一涓滴電流對電池(B)繼續(xù)進行涓滴充電。
2.如權(quán)利要求1所述的新型鎳鎘電池快速充電器，其特征在于恒流源充電電路(C)由三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC1)、電阻(R13)、(R14)、(R15)組成。
3.如權(quán)利要求1所述的新型鎳鎘電池快速充電器，其特征在于脈沖充電控制電路(P)由集成電路LM358／U2，電阻(R1)、(R5)、(R6)、(R7)、(R8)、(R9)、(R16)、(R20)、(R21)，二極管(D2)、(D3)、電容(C4)、三極管(T1)、(T6)組成。
4.如權(quán)利要求1所述的新型鎳鎘電池快速充電器，其特征在于放電電路包括由電阻(R10)、(R11)、(R12)、(R24)、(R25)、(R26)，電容(C1)、三極管(T5)、(T7)，穩(wěn)壓二極管(Z2)、發(fā)光二極管(LED2)組成的放電自鎖電路和由電阻(R1)、(R2)、(R3)、(R16)、(R17)、(R18)、(R19)、(R22)、(R23)，電容(C2)、(C3)，二極管(D1)、(D4)，穩(wěn)壓二極管(Z1)，三極管(T2)、(T4)、(T6)比較器LM358／U1組成的放電－充電無繼電器自動切換電路。
5.如權(quán)利要求1所述的新型鎳鎘電池快速充電器，其特征在于負電壓增量控制電路由電阻(R2)、(R3)、(R17)、(R18)、(R19)，電容(C2)、(C3)二極管(D1)、比較器LM358／U1、穩(wěn)壓二極管(Z1)組成。
6.如權(quán)利要求5所述的新型鎳鎘電池快速充電器，其特征在于負電壓增量控制電路中電阻(R17)、(R18)、(R19)、電容(C3)，穩(wěn)壓二極管(Z1)組成變阻積分電路。
專利摘要本實用新型涉及一種新型鎳鎘電池快速充電器，其結(jié)構(gòu)包括恒流源充電電路，脈沖控制電路，放電電路和負電壓增量控制電路，放電電路對被充電池的殘余電壓放電，并關(guān)閉恒流源充電電路，電池放電至截止電壓后，自動結(jié)束放電狀態(tài)并打開恒流源充電電路，快慢速充電由脈沖控制電路控制，當電池電壓超過峰值出現(xiàn)負電壓增量，負電壓控制電路切斷恒流源充電電路快速充電電流斷信號，同時提供一涓滴電流對電池繼續(xù)進行涓滴充電。
文檔編號H02J7/00GK2183629SQ9324735
公開日1994年11月23日 申請日期1993年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月10日
發(fā)明者楊建鋼 申請人:楊建鋼