集成定時式恒流充電器的制作方法

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屬于電子技術技術領域。

背景技術：

隨著現代生活的豐富，用電池的電器的種類越來越多，如保安器材，數碼機機，手機，等等，為此也出現了很多充電器種類，但是這些種類中缺乏一種低碳環保充電電路各類。其意義一是，現在的產品，其中的充電主管，即是停止關斷充電的回路三極管，容易損壞，一旦損壞，這個充電器便成為了垃圾。據了解，這一故障成為了主要故障點，就因為這一點損壞而成為垃圾，是一種很大的浪費，（如果去修，因為涉及修理成本，及使用者去修理部聯系的成本，所以人們常常是丟掉）。其意義二，由于在充電過程中，沒有對電池充電時行最大的科學化充電，因此影響電池的容量與壽命，（僅管電池的容量越小，影響小，但是在低碳世界，我們應該從微小的地方杜絕），也容易過早地將電池變為垃圾，即形成浪費，又對環境造成污染。（廢電池對環境有污染）。沒有實現充電的最大科學化的原因一是，現在的產品或是只采用直流方式對電池進行充電，而沒有采用一種較好方式，如恒流電流充電；或是雖能用恒流源充電，但是在使用上還存在著一些方便之處，或是在線路上還不夠科學化，等等，因此應該豐富與發展。

低碳環保應從點滴抓起，應從細微抓起，這樣才利于社會的長久進步與發展。

技術實現要素：

為克服現有充電產品具有充電功能，但是對環保不足的弱點，本發明人研制了集成定時式恒流充電器，它采用了獨特的雙PNP型三極管組成自動轉換不容易損壞的恒流充電電路，它又與定時集成電路進行精確配合能對充電電池實現科學的充電充電，從而最大化的延長充電器與被充電池的壽命與容量，實現社會的環保。

所采用的技術措施是：

1、集成定時式恒流充電器由P型恒流充電單元，負載單元，定時單元，起始單元，接口單元，提示單元，涓流電阻共同組成。

其中：涓流電阻接在輸入與P型恒流充電單元的輸出之間。

P型恒流充電單元由恒流充電工作電路、恒流充電備份電路、切換二極管與導向二極管組成。

恒流充電工作電路由工作管、工作恒流電阻、限流發光管二、偏置電阻二組成；恒流充電備份電路由備份管、備份管恒流電阻、限流發光管一、偏置電阻一組成。

工作管的發射極接工作恒流電阻到電源輸入，電源輸入與工作管的基極之間接限流發光管二，偏置電阻二接在工作管的基極與接口單元中接口三極管的集電極之間，備份管的發射極接備份恒流電阻到電源輸入，電源輸入與備份管的基極之間接限流發光管一，切換二極管的正端接備份管的基極，負端為兩路，一路接導向二極管的負極，導向二極管的正極接工作管的集電極，另一路接偏置電阻一到接口單元中接口三極管的集電極，工作管的集電極與備份管的集電極接在一起，成為P型恒流充電單元的輸出。

負載單元由被充電池，接觸指示發光管，接觸指示保護電阻組成：電池的正極接P型恒流充電單元的輸出，負極接地線，接觸指示發光管與接觸指示保護電阻串聯在被充電池的兩極上。

起始單元由微分電路與微分三極管組成；微分電路由微分電容、放電電阻組成。

微分電容接在電源輸入與微分三極管的基極之間，放電電阻一端接微分三極管的基極，放電電阻另一端接地線，微分三極管的發射極接地線，微分三極管的集電極接定時單元中集成電路清零起始端第7腳。

定時單元由集成電路，振蕩電阻，振蕩電容，清零電容，保護電阻，集成電路的電源穩壓管組成：振蕩電阻由可調電阻與固定電阻組成。

保護電阻的一端接電源輸入，另一端接集成電路電源端第8腳，集成電路第8腳接集成電路的電源穩壓管的正極一端，集成電路的電源穩壓管的另一端負極接地線，集成電路振蕩1端第6腳接振蕩電容到地線，集成電路振蕩2端第5腳接振蕩電阻到集成電路振蕩1端第6腳，接地電容接在集成電路清零起始端第7腳與地線之間，集成電路地線端第4腳接地線，集成電路定時輸出端第2腳是集成電路的輸出，也即是定時單元的輸出。

接口單元由觸發電阻與接口三極管組成：觸發電阻的一端接定時單元的輸出，觸發電阻的另一端接接口三極管的基極，接口三極管的發射極接地線，接口三極管的集電極分別與結束提示單元，P型恒流充電單元偏置電阻二、偏置電阻一連接。

結束提示單元由語音體系和燈光指示體系組成，語音體系由語音保護電阻、語音體組成，語音保護電阻的一端接集成電路輸出2端第3腳，語音保護電阻的另一端接語音體到地線；燈光指示體系由限流電阻、過程指示燈組成：限流電阻的一端接電源輸入，限流電阻的另一端接過程指示燈到接口三極管的集電極。

2、定時集成電路采用HL2203。

進一步說明：

1、恒流單元該單元由通電與斷路控制的開關管和恒流源同時由一個三極管擔任。

措施中P型恒流充電單元的通電與斷路控制的是PNP三極開關管，但是該管又連成了恒流源的形式，所以P型恒流充電單元內部的三極管，擔任了連通與關斷的控制功能，又擔任了恒流源雙重功能。

形成恒流源的原理是，因為工作管與備份管是對稱電路，因此以工作管為例。工作管（圖2中的5.1）的發射極串聯了工作恒流電阻（圖2中的5.2）成為了負反饋。同時恒流電阻連接線路的一端與基極之間，連接了限流發光管二（圖2中的5.3），有限流的作用，當負載電流過大，且超過了限流發光管一的閥值時，基極電流將分流，不再經過三極管放大，因而保證了發射極電流為一定值，因而成為一種恒流源。之所以用發光管二極管作為限流管，因為它有發光的功能，有利于調整。之所以用一只的原因是，發光管的NP節約為1.2伏左右，而不是0.7伏。

發射極所串聯恒流電阻為兩電阻串聯而成，恒流可調電阻可以對恒流進行調整，恒流保護電阻是對可調電阻的最小值進行了限制，從而保證了恒流值在一個有約束的空間。

用這樣的電路的好處是，線路精簡，可靠，利于工程，同時利于節約成本。此外用發光管作為恒流的限流器件的一個重要原因是，有光指示，當發射極所串聯的恒流電阻調試正確時，發光管發微光或較亮光，表示調試正確。因為此時限流發光管起作用。產生恒流效果。

2、工作原理說明：

當未接好電源時被充電池沒有接觸好時，接觸指示發光管（圖2中的6.2）不亮，當被充電池接觸好后，接觸指示發光管亮。

插上市電源后，通過起動單元中的微分三極管（圖2中的8.1）對定時集成電路進行清零，該集成電路開始對充電計時。在充電過程中，其輸出端為高位輸出，通過接口三極管（圖2中的10.1）的轉換，接口三極管集電極為低位，所以P型恒流充電單元內部的兩三極管處于正向偏置，所以發射極與集電極成為飽和開通狀態，對被充電池充電。到定時結束時，定時集成電路輸出端由高位變為低位，接口三極管集電極為高位，所以P型恒流充電單元內部的兩三極管不存在偏置電流，所以發射極與集電極成為截止的斷路狀態，從而結束對被充電池充電。

當被充電的電池充電滿后，因為電源與被充電池連接有涓流電阻（圖2中的12），因而能向被充電池提供所需的維持的涓電流。

本發明采用恒流充電，充電結束時，采用計時方式，對一大類被充電池特別是對酸性電池充電，很有好處。如酸性電池的最佳的充電電流為十分之一的容量之電流，充電時間為10小時。

應指出的是僅管P型恒流充電單元內存在兩個電路，即是工作電路與備份電路，同時對被充電池組成了或門供電方式，但是由設計措施的特殊性，平常只有工作電路通電工作，而備份電路處于開路狀態，但是一旦工作電路損壞，備份電路將自動投入通電工作。

1、線路特點分析：

（1）、起動單元。

該單元由微分電路與微分三極管（圖2中的8.1）共同組成。

微分電路由微分電容（圖2中的8.4）、放電電阻（圖2中的8.3）組成。

該單元的設計主要是根據定時集成電路的要求而定，該定時集成電路的要求是，當第7腳有負脈沖后開始后，集成內部計數器清零，開始計數，計時。本單元的設計，微分效應后，三極管的集電極由高變為低，產生一個負向脈沖，所以定時集成電路定時開始。

（2）、接口單元。

該單元由接口三極管（圖2中的10.1）與觸發電阻（圖2中的10.2）組成。

接口三極管主要有三大功能。

一是實現被充充電池的充電與結束的控制。由于定時集成電路的邏輯傳遞，在充電過程，接口三極管集電極為低位，對被充電池充電，當定時結束后，接口三極管集電極為高位，結束被充電池充電。

二是實現電壓與電流關系的擴展，因為該電路可用于較高的被充電池及較大容量的電池充電，其充電電壓可能為12伏如為24伏，這樣高的電壓可能高于定時集成電路承受的電壓，同時當被充電池為大容量時，P型恒流充電單元的三極管；的基極電流可能很大，所以可以通過口三極管后可以作擴展，而不受約束。

三是提供結束指示單元燈光指示體系提供電流通道，產生充電結束的光顯示功能。當接口三極管集電極為低位時，結束顯示燈亮，充電結束集電極為高位，結束顯示燈不亮。

（3）、定時單元。

定時集成電路HL2204的第5腳與第6腳的為振蕩外圍輸入，所以本措施設計了相應的外圍電路。其中其外圍件電容是振蕩電容（圖2中的7.3），固定電阻與可調電阻組成了振蕩電阻（圖2中的7.2），其中振蕩電容與振蕩電阻共同組成了頻率可調電路。

定時集成電路內部的結構是，集成電路振蕩2端第5腳為內部門1的輸出端，集成電路振蕩1端第6腳是內部門2的輸入端，當門2的輸入端為低位時，門1的輸出端為高位。反之，當門2的輸入端為高位，門1的輸出端為低位。所以形成振蕩的原理是，通電后，因為振蕩電容未充電，所以第5腳輸出高位，通過電阻向振蕩電容的充電，成為振蕩的前半周期，當振蕩電容的電充到閥值后，第5腳的門1的輸出端又由高位變為了低位，所以振蕩電容又通過振蕩電阻對門1放電，形成振蕩的后半周期。

根據該定時集成電路振蕩的振蕩原理，所以本措施是將振蕩電阻變成固定與可調兩電阻的串聯形式，以實現頻率的可調，同時保證頻率的可調在一定范圍，所以增加了固定電阻作為可調電阻的最小值限定。

其調整規律是，振蕩電阻越大，周期越長，定時越長，反之越短。增加了頻率即周期可調的好處是，可以適應多種被充電池的需要。

（4）、P型恒流充電單元特點及說明。

A、P型恒流充電單元的組成及形成的主要主意義。

具維修統計，對于所有的充電器中最易壞的元件就是這個P型恒流充電單元中執行開與關的三極管。所以本發明中對該點進行了重點處理，該點措施也成為了本發明的一個重要核心。

P型恒流充電單元主要由三大電路組成，即是由工作電路、備份電路與切換電路共同組成。

之所以成為本發明中一個最重要的核心，其原因是本發明設計了這樣形式的電路能使工作單元從通電的一開始就始終處于正常的工作開關工作狀態，而備份電路則處于斷路的“休眠狀態”，一旦工作電路損壞而停止工作時，備份電路將自動投入工作，因此大大提升了充電器的壽命。

B、產生兩單元“工作與備份式交替工作”的原因分析。

當工作管（圖2中的5.1））工作導通后，由于集電極由高位輸出，這時通過導向二極管（圖2中的4.2）連接了切換二極管（圖2中的4.1）的負極。使該點為高位。又因為到備份管（圖2中的3.1）的基極通過該切換二極管的該點連接了偏置電阻一（圖2中的3.5），切換二極管又存在壓差，所以會對切換二極管封門。造成備份管無偏流，其集電極將無電流，處于無功耗的狀態，不產生電磨損。當充電管損壞后，集電極無輸出，或輸出弱，不會產生封門，這時備份管將存在偏流，造成備份管當自動切換而代替工作管工作。

此外還應說明兩點，一是由于在理論上三極管的壽命很高，但是三極管本身的生產過程，及充電器在制作中對三極管的焊接等方面的原因，或在使用過程中的不當因素，常常使三極管這樣的壽命受到挑戰，達不到這樣的要求，而這樣的自動切切換工作，就是對這種三極管達不到高壽命的一種彌補。二是由于兩三極管參數一致，工作時都是處于開通與斷開的開關狀態，所以無論是工作管工作，還是備份管工作，所以整個充電性不會發生變化。三是采用一管（本發明中的備份管）為休眠狀，該管的功率消耗近似為零，而三極管壽命與其所消耗的功率有很大的關系，所以不易損壞，而比用兩管采用簡單的并聯關系連接工作可靠性好得多，因為簡單的并聯關系休眠管總存在輸出電流，存在消耗，不可能為零消耗。這是其一。其二是簡單的并聯是兩管輸出恒流電流之和，當一管損壞后只有一管輸出恒流，兩者是是明顯的不同。

切換電路之所以產采用多個二極管串聯主要原因有二，一是兩個以上的二極管封門有更大的空間，余量更大，二是可以成為批量生產中的取樣件，即是檢查該路無電流時，可以不斷開該支路將表串聯在支路中，因為那樣操作不便。而可直接將電流表并聯在二極管兩端就可。

本發明實施后有著突出的優點：

1、由本發明一是大大提高了充電器的壽命，減少了充電器的報廢率，二是對被充電池實現了科學充電，增進了維護，延長了被充電池的壽命，減少了報廢率。而采用了這樣充電方式，甚至對已失效的可充電池，有一定程度的修復作用。而電池對環境污染相對較大。而這兩種產品，無論是可充電池，還是配套的充電器，都是現代生活普遍應用的種類，所以能增強兩種產品的環保。環保無小事，所以本發明有積極意義。

2、也有著重要的經濟價值，對于普通的電子產品的價值，如充電器這類產品，在沒有名貴的元材料下，所以第一是科技價值，第二是人工加費，第三才是元件的成本，而本發明所增加的元件有限。本發明實施后，使用者后會明顯感覺到一是充電器壽命的延長，二是被充電池壽命延長，三是容量不會發生明顯變化，因此社會一定會接受，承認其科學價值，因此這種優良的產品會代替劣質產品。由于現代生活中，該產品用途極為普遍，所以會產生顯著的經濟價值。

3、由于采用恒流源的充電方式，而結束采用計數的狀態結束，對很多電池能進行科學的維護，特別是對酸性電池等等一大類電池，科學充電對電池的壽命與容量有很大影響，所以網上還有這樣的論點，很多電池不是用壞的，而是被充壞的這一說法，所以很多高級訴用電器，明確地提出對所使用的電池要用專業的充電器充電。

4、本發明性能優異，一是恒流值靈活可調因而適合不同的種類。二是恒流源充電采用時間可以靈活調整，可以適合多種類型的被充電池，所以充電科學，進一步提高了充電性能，三是充電結束后有聲提示，方便者使用很方面。此外本發明還有充電結束后不怕過充等優點。

5、各單元相連科學，并做到了綜合利用，因而線路電路精簡、可靠性高。盡管多了語音片，但是因元件少線路精簡，語音片小面薄，但仍就很好安裝。

6、易生產，易調試，很適合中、小、微型企業生產。

7、特別是采用定時集成電路后，線路更為精簡，振蕩電容采用串聯方式后，對電容漏電的要求大大降低，增加了助音電阻后，聲指示功能明顯，所以本發明呈現效果好，但成本低的優勢。利于普及。

附圖說明

圖1是集成定時式恒流充電器各單元關系圖。

圖中：1、電源輸入；2、P型恒流充電單元；3、恒流充電工作電路；4、切換二極管與導向二極管；5、恒流充電備份電路； 6、負載單元；7、定時單元；8、起始單元；10、接口單元；11、結束提示單元；12、涓流電阻。

圖2是集成定時式恒流充電器電路原理圖。

圖中：1、電源輸入；3.1、備份管；3.2、備份管恒流電阻；3.3、限流發光管一；3.5、偏置電阻一；4.1、切換二極管；4.2、導向二極管；5.1、工作管；5.2、工作恒流電阻；5.3、限流發光管二；5.5、偏置電阻二；6.1、被充電池；6.2、接觸指示發光管；6.3、接觸指示保護電阻；7.1、定時集成電路；7.10、定時集成電路第8腳；7.11、定時集成電路第4腳；7.12、定時集成電路第7腳；7.13、定時集成電路第6腳；7.15、定時集成電路第5腳；7.17、定時集成電路第2腳，即輸出端；7.18、定時集成電路第3腳；7.2、振蕩電阻；7.3、振蕩電容；7.5、接地電容；7.7、保護電阻；7.8、集成電路的電源穩壓管；8.1、微分三極管；8.3、放電電阻；8.4、微分電容；10.1、接口三極管；10.2、觸發電阻； 11.2、限流電阻；11.3、過程指示燈；11.5、語音保護電阻；11.8、語音體；12、涓流電阻。

圖3是檢查測試所需要的假負載的線路及連接圖。

圖中：1、電源輸入；5.1、工作管；5.2、工作恒流電阻；6.2、接觸指示發光管；6.3、接觸指示保護電阻；15、假負載的串聯二極管；16、假負載的串聯電阻；17、萬用表。

具體實施方式

圖1、2、3 例出了一種實施制件實例，圖3是實施中的檢測圖。

一、挑選元件：集成電路選用集成電路HL2204，NPN三極管采用8050，PNP三極管選用8550，,恒流源發光客盡量選測PN節電壓一致的，二極管采用面結合型二極管，積分電容采用漏電系數小的型號，其它的阻容件無特殊要求。

放電電阻采用大功率的類型號，其它的阻容件無特殊要求。

二、制電路板、焊接：按圖2制作電路控制板，按圖2的原理圖焊接元件。

三、通電檢查與調試。

1、對恒流穩壓源的檢查。

A、焊接一個電阻型假負載，如圖3所示。線路是用2個二極管串聯，再串聯電阻。設計好串聯的阻值。其中串聯電阻應選功率大的種類。用假負載代替被充電池。

檢測時用萬用表的電流表紅筆串在假負載中，或紅筆接在假負載中的二極管正極，黑筆接二極管負極，調節串聯電阻，電阻在變化區間內，電流基本不變化，說明恒流源調試成功。

B、調節工作管的的恒流之值。

斷開備份管的回路，用一個電阻接在工作管（圖2中的5.1）基極與地之間，成為新偏置，調節工作管發射極串聯的工作恒流電阻（圖2中的5.2）之值，使其恒流值符合要求，此時還應觀察限流發光管二（圖2中的5.3）應微顯光，如果不發微光，應將工作恒流電阻之值加大。應說明的是因為限流發光管二的PN節在1伏多一點，大于0.7伏，約為1.2左右，所以本措施中只采用一只發光管。

C、調節備份管的的恒流之值。

斷開工作管的回路，斷開切換二極管（圖2中的4.1）回路。用一個電阻接在備份管（圖2中的3.1）的基極與地之間，成為新偏置，調節備份恒流電阻（圖2中的3.2）之值，使其恒流值符合要求，此時還應觀察限流發光管一（圖2中的3.3）應微顯光，否則應將備份恒流電阻之值加大。同時還應注意，其中工作管與備份管的恒流值應基本一致。

2、起始單元的檢查與調試。

用萬用表接微分三極管（圖2中的8.1）的集電極，開始通電時此集電極應為零伏，否則應加大微分電容（圖2中的8.4）的容量。

3、對外圍振蕩單元的的檢查與調試。

A、對頻率的檢查。

連接上假負載。用示波器的熱端連接定時集成電路第5腳或第6腳。

在接通電源后，示波器有的振蕩圖形顯示，可以看出頻率，從頻率可以算出周期，在振蕩電容已確定的情況下，調節可調電阻，將頻率調到設計值。該集成電路內部是20位計數器，因此可以算出定時時間。

4、對定時集成電路檢查。

用一個阻值小的電阻并聯在頻率可調支路的兩端，頻率將變得極快，定時輸出很快有輸出，如有輸出則說明連線無誤。

5、接口三極管的邏輯檢查。

A、用地線短路集成電路的第1腳即人為結束形式，接口三極管集電極應為高位，此時的過程指示燈（圖2中的11.3）應不亮。但工作管輸出端為零。如果不為零，則說明P型恒流充電單元中的電路連接有誤。

B、用電源連接電阻觸及接口三極管（圖2中的10.1）的基極，該管集電極為低位，此時P型恒流充電單元有電壓輸出。此時的過程指示燈應亮。

6、對切換單元的通電檢查與調試。