自制手机锂离子电池充电器

原创 2020-06-30 05:38  阅读

  自制手机锂离子电池充电器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,其实都是因为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,如果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4.2V0.05V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%,此时即可认为基本充满,如果继续充下去,充电电流会慢慢降低到零,电池完全充满。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,是因为在转为恒压充电时,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1.8。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120~220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,应注意区分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,用数字万用表测量IC3的{2}{6}脚电压,调整W,使电压为4.2V,初步调好比较电压点,给IC2的输出端接上47的假负荷,测量IC2的输出端的电压,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,应分别测量电池两端的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端的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,电池两端的电压精确达到4.2V。至此,调整完成,充电器可投入正常使用。

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