自制手机锂离子电池充电器

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锂离子电池以其体积小、容量大、重量轻、无记忆效应、无污染、电池循环充放电次数多（寿命长）等优点，现已普遍地在手机上使用。但在实际使用中有不少人会觉得锂离子电池的寿命很短，用不了多久就充不上电了，实在都是由于充电不当造成电池的损坏。锂离子电池充电条件要求严格，充电控制要求精度高，对过充电的承受能力差，假如用一般的充电器对其充电，必定会因过充电而损坏。因此，锂离子电池的充电器必须符合锂离子电池的充电特性要求。锂离子电池的充电过程分两阶段进行，首先用恒流充电到４．２Ｖ＋０．０５Ｖ，即转入４．２Ｖ±０．０５Ｖ恒压的第二阶段充电，恒压充电电流会随着时间的推移而逐渐降低，待充电电流降到０．１ＣｍＡ时，表明电池已充到额定容量的９３％或９４％，此时即可以为基本布满，假如继续充下去，充电电流会慢慢降低到零，电池完全布满。恒流充电率为０．１ＣｍＡ～１．５ＣｍＡ（ＣｍＡ：当电池额定容量为１０００ｍＡｈ时，则１．０ＣｍＡ充电率表示充电电流为１０００ｍＡ；１．５ＣｍＡ充电电流为１５００ｍＡ，依此类推）。标准充电率为０．５ＣｍＡ，约需２小时可将电池电压（放电到３．０Ｖ的电池）充到４．２Ｖ，再转入恒压充１小时左右，即可结束充电。整个充电过程约需３小时，当充电率为１．５ＣｍＡ时，第一阶段的充电时间只约需１／２小时。笔者根据锂离子电池的充电特性，制作了一款充电器，电路图见图１，其效果很好。该充电器主要由恒流源、恒压源和电池电压检测控制三部分组成。其工作原理为：市电经电源变压器降压、整流、滤波，由ＩＣ１构成恒流源经继电器的常闭触点向电池进行第一阶段恒流充电；当电池的电压上升到由ＩＣ３组成的电压比较器所设定的４．２Ｖ时，电压比较器输出高电平，经Ｒ７、ＺＤ２触发可控硅ＳＣＲ导通，继电器Ｊ得电吸合，Ｊ－１的常闭点断开，常开点接通，转为由ＩＣ２组成的恒压源进行第二阶段的恒压充电。继电器之所以要用可控硅来控制，是由于在转为恒压充电时，电池的电压会有所下降，电压比较器又会转为输出低电平，但由于可控硅触发后的自保持特性就可消除这一影响。ＺＤ２和Ｃ５的作用是消除误触发。Ｄ５的作用是防止电池电流倒流损坏ＩＣ１。元件选择：电源变压器Ｔ的次级电压为１０Ｖ，输出功率根据你设定的第一阶段充电电流大小而定。ＩＣ１、ＩＣ２用可调三端稳压集成电路ＬＭ３１７，恒流源的电流大小由Ｒ１的阻值大小决定，其电流大小的计算方法为：１．２５Ｖ除以Ｒ１的阻值，电阻Ｒ１的功率应≥２Ｗ，笔者选用的阻值是１．８Ω。恒压源电压的高低由Ｒ２和Ｒ３的比值决定。按ＬＭ３１７使用手册的推荐，Ｒ３的阻值在１２０Ω～２２０Ω之间选取，电压高低的计算方法为：１．２５（１＋Ｒ３／Ｒ２）。ＩＣ３应选用单电源供电的运放，可用廉价的ＬＭ３５８双运放（只用其中一个运放）。为保证调试的精确，可调电阻Ｒ２及Ｗ均应选用多圈精密可调电阻。继电器选用工作电压为１２Ｖ、且触点电流较大的，以减少接触电阻，笔者选用的是８Ａ的。可控硅ＳＣＲ选用小电流的单向可控硅，笔者用的型号为ＭＣＲ１００－８的１Ａ单向可控硅。Ｄ１～Ｄ５应选用工作电流大于３Ａ的二极管。另外，因第一阶段的充电电流较大，充电器输出到电池座的导线应选用稍粗的，以减少因导线内阻引起的电压降而影响控制电压的精度，同样，电池座与电池也应接触良好。在设计电路板时，应留意区分ＩＣ１、ＩＣ２的引脚（见图２所示）。ＩＣ１、ＩＣ２应加足够大的散热片，如两者共用散热片时，其中一个应加绝缘片，建议加在ＩＣ２上，理由是ＩＣ１工作时发热量较大，加绝缘片会增加热阻，影响散热效果。为了减少ＩＣ１、ＩＣ２与散热片的接触热阻，接触面应加散热硅脂。因ＬＭ３１７的散热板与其输出端内部是相连的，所以散热片应独立绝缘。发光二极管ＬＥＤ１和ＬＥＤ２的作用是指示充电的工作状态，第一阶段恒流充电时ＬＥＤ２亮，第二阶段恒压充电时ＬＥＤ１亮，可分别选用不同颜色的发光二极管，以示区别。调试：充电器装好后，先断开Ｒ７，接上电源，用数字万用表丈量ＩＣ３的{2}{6}脚电压，调整Ｗ，使电压为４．２Ｖ，初步调比如较电压点，给ＩＣ２的输出端接上４７Ω的假负荷，丈量ＩＣ２的输出真个电压，调整Ｒ２，使电压为４．２Ｖ。接着，断开电源，接上Ｒ７；断开假负荷，接上待充电电池。然后接上电源，这时充电器给电池进行恒流充电。为确保比较电压点精确，应分别丈量电池两真个电压和电压比较器采样点Ａ点与ＩＣ３第{4}脚之间的电压，Ａ点的电压值减去电池两真个电压值即为导线的电压降值，再调整Ｗ，使ＩＣ３的{2}{6}脚的电压为４．２Ｖ＋导线的电压降值，以确保第一阶段充电结束时，电池两真个电压精确达到４．２Ｖ。至此，调整完成，充电器可投入正常使用。