充电自停电路

一、实验目的

1.    了解镍氢电池的充电方法。

2.    提高理论与实际相联系的能力。

3.    培养对一般简易小电器进行功能上的改进和完善的能力。

二、实验设备及材料

1.    面包板一块；LM358：1只； C8050三极管：1只，电阻：若干

2.    台式万用表DM-441B：1台

3.    TPE-A2模电实验箱1台

三、电路设计目的及实验原理

一般普通的镍氢充电器，都采用恒流充电，而且没有充电停止功能，往往导致电池常常处于过渡充电状态，这样会大大缩短镍氢电池的使用寿命。本实验的目的就是设计一种电路，任意一种简易充电器加上这个电路后，都具备电池充满电后，充电器能自动切断对电池充电的功能。如图1所示，

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如果让开关在电池充满电后能及时自动断开，那么我们的设计目的就能达到，关键问题在于如何实现这一功能？

对于开关的工作状态只有导通和断开两种，我们可以用三极管来代替这个开关，如图2所示，在电池未充满电时给三极管基极加一“高电平”使其保持饱和导通，而电池充满电时给三极管基极施加一个“低电平”使其处于截止。如何让三极管能随电池的充电状态自动进行开、关状态的切换呢？这需要了解镍氢电池的充电特性。根据镍氢电池充放电特性曲线可知，镍氢电池放电结束时，放电终止电压为1.0V，充电时，电池在很短的时间内达到1.2V，当镍氢电池在充电结束时，其充电终止电压为1.5V。可见，充电电池两端的电压随充电过程的进行在不断的发生变化，我们可以设计一个电路来检测充电电池两端变化的电压，当电池电压没有达到充电终止电压时，检测电路始终输出一个“高电平”信号，用来控制三极管，使其饱和导通（相当于K闭合），当检测电路检测到电池电压达到设定的充电终止电压时，检测电路始终输出一个“低电平”信号，使三极管始终处于截止状态（相当于K断开），这样的电路就达到了设计要求。如图3所示。

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四、实验步骤

1.用一个100Ω的电阻取代图3中的充电电池，与R和Q组成充电回路，按图4接线；

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2.调整图3中Rp1的值，用万用表监测Vref值，使其刚好为3.0V，并将实际的Vref电压值填入表1-1中；

3.在实验箱中找到如图5所示直流电压信号源输出端（OUT1），调节ADJ，使OUT1端对地输出电压为2.4V，然后用导线将图5中A点与图4中A’相连；

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4.用万用表测出电阻R2两端电压值UR2，并记入表1-1中；

5.调节实验箱中的直流电压信号源的ADJ旋钮，使OUT1端对地输出电压从2.4V逐渐增加到3.01V，按表1-1测量UR2，并记入表1-1中。

6. 模拟电网电压在±10%内波动时，对参考电压值Vref的影响：

1）调节+5V～+18V直流稳压电源的输出电压，使其分别为5.4V和6.6V，然后测出对应的Vref值填入表1-2中。

表1-1

表1-2

五、实验报告

1、根据实验，简述图3电路工作原理。

2、根据表1-2实验数据，说明电路存在的缺点，如何改进？请写出具体措施，并对图3的Vref参考电压的获取重新设计一个电路，使Vref不随Vcc的波动而发生变化。（提示，参看附录第6项）

3、给图3电路增加一个充电状态指示电路，使电路实现：充电结束前，指示灯处于点亮状态；充电结束后，指示灯熄灭的充电状态指示功能。

4、思考，如果三极管S8050的最大集电极功耗为0.8W、S8050饱和导通压降为0.2V，则在充电电路中，这样一只三极管允许流过的最大充电电流为多少A？

附录：

1. 电池的容量通常用Ah(安时)表示，1Ah就是能在1A的电流下放电1小时。单元电池内活性物质的数量决定单元电池含有的电荷量，而活性物质的含量则由电池使用的材料和体积决定，因此，通常电池体积越大，容量越高。与电池容量相关的一个参数是充电电池的充电电流。充电电池的充电电流通常用充电速率C表示，C为充电电池的额定容量。例如，用2A电流对1Ah电池充电，充电速率就是2C；同样地，用2A电流对500mAh电池充电，充电速率就是4C。

2.标称电压：电池刚出厂时，正负极之间的电势差称为电池的标称电压。标称电压由极板材料的电极电位和内部电解液的浓度决定。当环境温度、使用时间和工作状态变化时，单元电池的输出电压略有变化，此外，电池的输出电压与电池的剩余电量也有一定关系。单元镍镉电池的标称电压约为1.3V（但一般认为是1.25V），单元镍氢电池的标称电压为1.25V。

3.放电终止电压：是指充电电池电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值。如果电压低于放电终止电压后充电电池继续放电，电池两端电压会迅速下降，形成深度放电，这样，极板上形成的生成物在正常充电时就不易再恢复，从而影响电池的寿命。放电终止电压和放电率有关。镍氢电池的放电终止电压一般规定为1V（按5h率放电）。而镍镉电池的放电终止电压和放电速率的关系如下表所示。

4.    充电终止电压：电池充足电时，极板上的活性物质已达到饱和状态，再继续充电，充电电池的电压也不会上升，此时的电压称为充电终止电压。镍镉电池的充电终止电压为1.75~1.8V，镍氢电池的充电终止电压为1.5V。

5.    电池内阻：电池的内阻决定于极板的电阻和离子流的阻抗。在充放电过程中，极板的电阻是不变的，但是，离子流的阻抗将随电解液浓度的变化和带电离子的增减而变化。

6.    三端稳压集成电路TL431构成的精密可调稳压电路（ 为输出电压）, 输出电压可按公式

VKA=（1+R1/R2）Vref进行计算，其中Vref=2.49V

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