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[电源][技术帖]详解原理并拆解锂电池充电器 [复制链接]

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离线holan
 
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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2011-07-11
首先,说几句题外话。由于拆机乐园的人水平和素质良莠不齐,所以本人较少发帖,一般回帖帮人解决问题,或者指出别人误导性错误。对于本人回帖不懂装懂,嗤之以鼻的人,一般不予理睬。既然有人或许真心要解释电路原理,特意发帖详细说下。希望对不了解锂电池充电器的人有所帮助。
原帖这相机电池充电器,能用吗
这是电路板正反面图,点击查看大图


电路分高压和低压两部分。
1.高压部分是自激振荡电路。
220v交流经保险电阻FUSE.D1-D4.C1整成约310v直流后,正极由R1.R1A.R2给NPN开关管Q1的b极提供启动电流,ec导通,电流由正极通过变压器初级绕组1-2.开关管c极.e极.R4A.R4B到负极。变压器反馈绕组感应电流经3-4.R6.C4到Q1的b极,Q1迅速饱和。Q1饱和后初级绕组电流不再增大,反馈绕组电流减小,Q1的b极电流减小,初级绕组电流减小,反馈绕组感应电流反向,Q1的b极电流迅速减小,Q1迅速截止。周而复始,产生振荡。Q1迅速截止时初级绕组剩余电流经D5.R3.C(蓝色高压电容)吸收,防止Q1击穿。
高压过流保护由Q2(NPN).R4A.R4B.R5实现,R4A.R4B并联为取样电阻,当通过电流超过一定值,产生的电压达到Q2的b极导通电压,Q2的ce导通,Q1的b极变低,Q1导通量减小。过流保护实现了恒流功能。
过压保护由Z1.R7.Q2实现,反馈绕组感应电压超过稳压二极管Z1击穿电压时,Q2的ce导通,Q1的b极变低,Q1导通量减小。

2.低压部分是稳压输出电路。
变压器次级绕组输出经D7.C7整流,经D8输出到电池。
恒压部分由R17.R12.IC2.R11.R10.IC1.D6.R9.Q2实现。输出电压=2.5*(1+R17/R12)。输出电压经R17.R12取样至稳压IC2,tl431参考极r。另一路经R11.R10.IC1光耦,到431阴极k,431阳极a接负极。当电压超过设定值,431k极导通量加大,流过IC1光耦12脚电流增大,34脚导通量就加大。流过D6.IC1.R9.Q2b极的变压器反馈电流增大,Q2的ce导通,Q1的b极变低,Q1导通量减小。当电压低于设定值时过程相反。
LED显示由D11.R16.Q3(PNP).R14.R22.D10(锗)实现。开始充电时,因通过D10(锗).R22电流较大,压降达到Q3b极导通电压,ec导通,LED-R亮,红灯。LED-G因串联D11,绿灯不亮。电池逐渐充满,通过D10(锗).R22电流逐渐减小,压降低于Q3b极导通电压,ec截至,LED-R灭,LED-G亮,绿灯。(改变R22,可以改变转灯电流)

整个充电过程是:恒流充电到设定电压,再恒压充电,电流减小到设定值时转灯。转灯后如果继续充电,将恒压充电到电流为零。

此充电器恒流大小由R4A.R4B阻值决定,恒压高低由R12.R17决定。

此充电器省略了34063外接电源输入DC-DC降压部分。需要5v以上电源,R1.R2控制输出电压。
原理图,点击查看大图


下面说下锂电池与镍氢、镍镉充电器区别
由于不像镍氢、镍镉电池以充电电压降低为充满标准,判断锂电池充满很简单,截止4.2v。所以镍氢、镍镉电池的充电质量对充电器要求很高,如果不是专用IC或单片机,根本无法准确判断拐点,都会过充或欠充。而锂电池的充电质量对充电器要求较低,无论什么方案,只要截止电压准确,效果都一样。由于锂电池电量与电压的关系,电压达到4.15v,电量已超过95%。为了节省时间,专用IC或单片机方案就以恒压后充电电流小于设定值来判断充满,并断电,虽然并不是100%充满,但也相差无几,所以断电后电池电压都低于4.2v。

然后说下锂电池保护板
为了不影响充电,锂电池保护板通常上限4.3v,下限2.5v。所以只能防止过放、过流包括短路,不能防止过充。

再说说常见的锂电池充电器
1.精密电压基准方案,例如前面介绍原理这种。以恒压后充电电流小于设定值来判断充满,转灯,但继续充电,一直到电流为零,电池真正充到设定电压。充电器空载电压就是设定电压。与有专用锂电池充电IC的充电器相比,缺点是:没有电池电压过低时的小电流预充电和充满断电功能。
2.精密电压基准+比较器方案,例如TL431+LM358。充电到恒压时就显示充满,并继续充电,一直到电流为零,电池真正充到设定电压。充电器空载电压不是设定电压。缺点跟1的一样。
3.比较器方案,例如LM324.LM358。充电器空载电压不是设定电压。功能和缺点跟2的一样,并且由于没有TL431之类精密电压基准,不能保证充电质量。
4.稳压管方案。充电器空载电压就是设定电压。功能和缺点跟3的一样,不能保证充电质量。
5.专用锂电池充电IC方案,例如BQ2057.TP4057。充电器空载电压不是设定电压。内部集成了精密电压基准和比较器,由外围电阻设定恒流大小,一般在电流低于设定值1/10时,判断为充满,并断电。
原理图

曲线

6.单片机方案。充电器空载电压不是设定电压。与5类似,有的还加入了充电前电池检测功能。

需要强调的是:有的充电器带所谓涓流充电,长时间充电,锂电池必坏,真正锂电池杀手!

对于高压部分,是用自激振荡RCC还是脉宽调制PWM,除了转换效率和成本区别,对电池充电质量无任何影响。何况小于5瓦的功率,效率的差别,对耗电量没有实质性影响。

所以,方案3.4不可取,精度太低。
方案1.2与5.6相比,成本较低,效果基本一样,精度由基准电压的分压电阻的精度决定,一般是±1%。
方案5.6就相当于将1.2的分立元件集成到一起,保证了产品的一致性,增加了一些功能,也提高了成本,精度一般也是±1%。
只要截止电压不超过4.25v的充电器都是安全的,可用的。方案1.2是便宜好用的充电器,方案5.6是优质的充电器。

恒流恒压并不是什么高科技,所有没有涓流充电的锂电池充电器都是恒流恒压的。恒流充电到设定电压,再恒压充电。恒流由高压过流保护或者是低压过流保护实现。恒压由基准或者比较器根据基准控制三极管导通量实现。基准有:稳压二极管.发光二极管.精密电压基准。只是非精密电压基准易受电压和温度影响,恒压不好,所以容易过充或欠充。

由于还有坛友不能理解恒流原理,就说得再简单点:电池电压是不可能一充就达到恒压4.2v的,由于电压低于设定,充电器会全力输出,达到过流保护设定的电流,在逐渐达到恒压的过程中,电流恒定。这个阶段就是恒流充电阶段。

最后拆解改造的万能充。




原来采用比较器方案,用发光二极管做基准。
相似原理图,注意图中D2方向画反了,点击查看大图

由于充电器内部场地和材料限制,改造后内部不怎么好看,但是实现了专用IC的功能。改造增加了TL431等元件,并实现恒流150ma充电到4.20v,再恒压充电到电流小于20ma时,转灯并断电。

如有说的不对的,敬请指正。

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