知道手头这个OLYMPUS的BU-100快速充电器是不错的东东,源自SANYO的M54,使用MCU作控制。另一个GP充电宝却被他判为废物
而手头的10多只充电电池,因为使用不周,稳定放电电压下降,仅在1。1V左右,不能供CANNON的A70数码相机使用(这也是我的充电电池主要用途),需要作多次的充电--放电--充电循环,以恢复电池的活性。
上一周,我利用电池夹外焊1欧姆2W电阻对电池放电的方式进行恢复性维护,收到了一定的效果,部分电池能够达到1。2V的稳定放电电压,可以超过4节4。8V的A70内部起控电压,供A70顺利开机,但电池电压仍达不到1。3V的放电电压,还需继续试作恢复性维护。
这种简陋的放电方式,需要监察电池电压,很费时很费事,否则容易造成过放电。于是决心利用GP-充电宝改装一个具有自停功能的放电器。
一、设计目标
1、充电电流1A左右。这样放电速度较快,放电电阻功率也不是很大,放出的热量不会对塑料件和其它元件造成不良影响。实际上,我选用的是1欧姆2W电阻给每节电池放电,放电耗散功率约1。4W,手摸电阻体约可以停留三四秒,估计温度有60度左右。
2、停止放电电压为1。00V左右。正常使用的电池放电电压宜设计在1。1V-1。2V左右,但考虑到主要是供充电电池的恢复性维护用,他本身的电压就已比较低,若设计为1。1V,一些使用不周的电池(我手头上原来就有多只电池的稳定放电电压在1。05V附近)可能一开始就不能进行放电。对于电压甚低的电池,若能令本放电器开机的话,则可以使用重复放电的方法,令电池放得更充分。
3、具有自动停止功能。电池放电时,电压下降至起控点,充电器立即停止放电,进行自锁。在这里由于电路是使用模拟器件,与自动停止功能相配,需要在电路上安排一个启动按钮,否则,在没有装上电池时,会由于检测到的电压低于起控点,而出现自锁不能放电。
二、结构安排
先拆解GP充电宝观察一下他原来的结构。。。。并可看到,这个充电宝的电路甚简单,使用9014、9015和8050各两只作控制,每一组电路对两只串联的电池进行充电。。。。比较低档的说,实在是提不起兴趣去查他的线路是怎么样的,所以也就没有记下他的线路图,只是利用这块PCB的外形尺寸制作自己的PCB。
利用这只GP充电宝改装放电器,在结构上,当然是要将所有改装的东西装进GP充电宝里最为理想,不仅外观漂亮,而且使用方便。但改装时,必须对4个结构件进行安排处理,他们分别是放电电路PCB、LED指示灯、放电启动按钮、发热的放电电阻。
一开始曾想做成供四节电池同时单独放电用,但是改装时,将会面临几个问题,{zh1}决定做成两节电池单独放电的放电器。原因如下:
(一)两节设计,与BU-100较为相配。因为使用1欧姆电阻放电,这个放电器放电电流较大,速度较快。以2000MAH的电池计,BU-100充电电流为490MA,充电时间在4小时以上。放电器虽然同时只能放2节电池,但可以2小时以内放完。也就是说,BU-100充完4节电池,这个放电器可以更少的时间内完成同样4节电池的放电。
(二)解决放电电阻体积大热量高的问题。要将4只放电电阻挤进原来的GP充电宝中十分困难。改为两节设计后,可以利用空出的电池仓位置,把放电电阻外露安装,利于散发热量,又方便在需要时用万用表检查一下放电时的电池电压。。。。而且自己喜欢时,可以手摸感受一下放电的热量,呵呵。
(三)可以同时解决其它三个结构件的安排问题。
1、放电电路PCB。可以利用原PCB位置安装。若做成四只电池放电器,PCB面积不够大,装不下控制线路的元件。
2、LED指示灯。原机上已有两个LED指示,可利用来作放电指示。另增加第三只LED作控制电路的电源指示,在中央靠近PCB位置处打孔来安装,外观效果良好。四节电池设计时,LED共5只,想找位置都难。
3、放电启动按钮。按钮可以利用空出仓位的原电池正极处打孔安排。四节设计时,安排这些按钮十分困难,不是影响外观,就是使用不便。
三、电路设计
{zh1}完成的放电器电路如上图
(一)电源
利用原变压器的双8。5V(实测)交流绕组供电。由于电路耗电较少,估计在10MA级,因此可以使用两只1N4148做整流(1N4148可供数十MA的电流)。利用原机上的电容330U
16V作滤波。LED1为控制电路电源指示。
(二)参考电压Vref
这个参考电压Vref决定了电池停止放电的起控点。有如下关系:
Vref=停止放电起控电压-放电时电池触点压降
线路安排上,由U1
TL431稳压集成提供精密的2。5V基准,通过R2/R3分压网络产生0。94V的参考电压。经测定,1欧姆电阻放电时,这个GP充电器的充电电池正负极触点压降共0。05V左右。由于电池是经过触点后才到达U2
LM358比较器的,这样,实际停止放电起控点电压为0。94V+0。05V=0。99V电压,基本符合前面我所说的1。00V停放的要求。(当然,若有需要,可修改这个网络,产生其它的起控点)。
(三)控制放电电路
对其中一组电路说明一下他的工作过程和原理
1、放电工作
U2
LM358运放用作电压比较器,以判别是否达到起控点。当电池正常放电时,其电压高于起控点电压,U2输出的是低电平,不会令Q2可控硅CR02AM动作,Q2处于截止状态,没有电流流过其K/A极。Q5三极管9014因此得不到射极电流,也处于截止状态,其C极呈开路。这样,电源通过R4直接把电压加到Q4这只MOSFET放电控制管的G极上,电压为稳定管ZD1所限定的6。8V(ZD1是用于保护MOSFET用,若没有他,G极电压将达到+Vcc,可能会令Q4损坏),令Q4进入或继续处于饱和导通状态(Q4选用IRF540,其导通电阻很小,为毫欧姆级)。电池与Q4、R8形成放电回路,即电池经过Q4的D、S极,在1欧姆2W的电阻R8上进行放电。
2、停止放电
当LM358检测到电池电压低于1。00V的起控点时,LM358输出高电平,驱动Q2可控硅CR02AM的G极,令其导通。而可控硅有一个显著的特性,当阳极电流超过最少的维持电流时,一旦导通,他就会维持导通,不会再对G极的信号产生反应,也就是进入自锁状态。
Q2可控硅导通后,Q5三极管基极由R5电阻供应较大的电流,符合三极管饱和导通的条件-----即基极电流(电流值约Vcc/R5)与三极管直流放大倍数BETA值的乘积大于三极管能够流过的C极电流(电流值约Vcc/R3)。Q5饱和导通后,他的CE极间压降不超过0。3V,再加上可控硅导通的KA极间压降甚低,也不超过0。3V,这样,就令放电管MOSFET的Q4的G极电压远低于1V,Q4因而停止导通,被迫截止,电池的放电通路(电池%26mdash;%26mdash;R8%26mdash;%26mdash;Q4)因此断开,而停止放电。
停止放电后,电池电压会上升。他会超过起控点电压,令U2输出低电平给Q2可控硅的G极。但由于前面所说的Q2进入自锁状态(通过三极管Q5得到比最少维持电流高的阳极电流),从而不对电池电压的上升产生响应。因此,电路将维持停止放电状态。
3、启动放电
实际使用时,当未装上电池,U2检测到的电池电压是0V,电路就会按照上面所说的停止放电过程,进行自锁而不能进行放电,即使重新装上电池,也同样维持停止放电状态。为此,就需设计了一个AN1的启动按钮。
这个按钮按下后,Q5三极管基极对地短路,他的基极电流为0,因此,C极电流极少,低于Q2可控硅的{zd1}维持导通要求,Q2从而退出导通的自锁状态。Q5这时是截止的,电源通过R4直接把电压加到Q4这只放电MOSFET管的G极上,Q4饱和导通,电池放电。这样,就解除了自锁,实现放电的启动。
放开按钮后,电路就会通过U2对电池放电时的电压进行判别:%26mdash;%26mdash;若电池电压高于起控点电压,就会按前面%26ldquo;放电工作%26rdquo;一节所说的那样控制进行放电,直到电池放电至电压低于起控点电压,进入前面所说的%26ldquo;停止放电%26rdquo;动作过程,完成整个自动控制,实现自停功能。%26mdash;%26mdash;若电池电压低于起控点电压,就直接进入%26ldquo;停止放电%26rdquo;的动作过程,电路停止放电。
若果按下启动按钮不放,则Q5会一直截止,Q4放电管被强制饱和导通,电池放电。因此,这个按钮加上放电指示灯,可用于直观判别电池是不是仍有一些电量,其放电电压电池又过低。
(四)放电指示电路
Q3为放电指示控制三极管:%26mdash;%26mdash;当电池正常放电时,R8这只1欧姆电阻上有约1V的电压,这个电压通过R7这只阻值较小的220欧姆电阻加在Q3的BE结上,令Q3饱和导通。这样,电流从VCC经过R6、LED2、Q3和Q4流过,LED2点亮显示放电。%26mdash;%26mdash;当电路进入停止放电状态,R8这只1欧姆电阻得不到电压,LED2熄灭,显示停止放电/放电结束。
即使电池低于1。00V起控电压时,只要约0。4V以上的放电电压,当按住启动按钮时,Q3都得到相对较大的基极电流,进而放大为C极电流,令LED2能够点亮。这样,就实现了前面所说的可以指示电池残留电量的目的。。。。当电池接触不良时,这个LED也能起到指示作用。
四、关键器件
(一)运放U2
这里使用单电源,运放用于检测电池电压,而这个电压对地仅1V,因此要求运放能够对接近于运放-Vcc引脚的输入电压进行处理。因此选用以前使用过的LM358,以确保正常运作----其它运放能不能在此工作,没有时间去试。
(二)放电控制管Q2/Q6
要求导通电阻小,这里选用IRF540。实测在电池对1欧姆电阻放电时的压降,一只为0。062V,另一只为0。045V,平均约0。05V(装机前,通过连接可调稳定电压提供+6V的G极偏压时测得)。
(三)单向可控硅Q2/Q6
使用两只CR02AM。这是我手头上现有的TO-92封装小电流管子。由于这里仅作小电流低电压应用,因此我没有去查他的参数,只是实测他的一项关键处就用上----实测他维持导通的阳极电流低于1。5MA(装机前,使用MF368指针万用表供阳极电流,数字表的二极管档提供G极动作电压,测得1。5MA的阳极电流足以让他维持导通)-----而我设计时,给他的阳极电流为5MA左右。
五、实装过程
整个过程总体上比较顺利,但设计电路时曾走过弯路,为此需要改制调整费了不少时间。下面是我实装时开始使用的线路及PCB照片({zh1}完成的PCB照片,由于夜深赶工没拍上)
{zh1}完成的线路与这个线路基本一样。这个线路设计时,我当时想利用运放的正反馈功能,实现停止放电的自锁。原理是,运放U2检测到电池电压低于起控点电压时,输出低电平,并通过D3二极管进行正反馈,扯低+输入端(检测端)的电压,令其低于0。6V(经100K电阻时流过的电流较小,因此二极管压降也小)。
但装好后发现,这个自锁实现不了,变化过程不够%26ldquo;硬%26rdquo;。原因是当运放输出低电平令电池停放后,电池电压上升,运放对这个上升的电压产生响应,输出端又向高电平变化,进入一个循环状态。当电池电压接近于起控点电压时,测得运放的输出端电压不是接近于0V,也不是接近于+Vcc电压,而是中间的电压,比如4V或3V等,MOSFET输出两端压降0。3V或0。7V之类。这样就有问题了:
以1A左右的电流放电,起控点电压要求设为较低的1。00V,以实现较充分的放电。而电池在小电流放电时xx放电的电压较高,如1。2V等。这样,这个电路在放电后期,令电池以小电流放电的同时,即又以较低的1。00V作截止放电电压,会造成电池的过放电。
于是作了修改,增加了可控硅,利用其导通后不对G极信号响应来实现自锁。同时,为增强放电指示灯的功能,在可控硅上加设了串联的三极管,使得启动按钮按下时,电路能够强制进入放电状态%26mdash;%26mdash;因为没有这个串联的三极管,可控硅的阳极A与MOSFET的G极相连,启动按钮要接在阳极A与地之间,按钮按下后MOSFET是截止的,电池不能放电,指示灯熄灭。
另外,在装制过程中,我曾担心位置不够,临时改用较矮的MOSFET管VN46作放电控制管,上机前没有测量其压降。上机后发现其导通后的压降高达0。86V(跟VN46类似的管子VN66也差不多是这个数)。结果还是要装回原来测好的IRF540才解决问题。
六、{zh1}完成
用图片说话
这个图可以清楚看到,两侧电池仓头部安装了放电启动按钮
没装电池时的照片。两侧电池仓里,利用原电池接触片焊好固定1欧姆2W的放电电阻