性能可靠的多用恒流充电器的设计

本文介绍一款电路简单、性能可靠的多用恒流充电器。
   　　一、电路原理
   　　如图所示，该充电器属于电容限流式无电源变压器恒流充电器。220V交流电经K1～K4及其相应阻容元件组成的4条并列支路选择或组合，再经整流堆D整流后，通过电流表A，给蓄电池充电。在充电过程中，由于回路中蓄电池两端电压的变化量相对于220V交流电压来说很小，电容两端的电压降几乎可认为是不变的，所以，通过电容器的电流也是不变的，通过蓄电池内部的充电电流自然也是恒定的。
   
   　　图中，L为220V交流电源指示灯，R1、R2、R3、R4分别是电容器C1、C2、C3、C4的泄放电阻，在不用充电器时，能及时将电容器上积存的电荷放掉；K1、K2、K3、K4是支路控制开关，通过开关通断控制可以决定支路是否并入电路；R5、LED组成空载报警指示电路(为了安全，充电器不可在空载状态下插入220V交流电源)，LED亮时，说明空载。电流表A指示充电电流的大小：电压表V指示蓄电池两端的电压(为防止空载时电压高烧坏电压表，电压表的接入与否受开关K5的控制)。
   
　　二、电路设计
   　　该充电器的限流电容器容量越大，容抗越小，充电电流越大。反之，充电电流越小。根据该原理，可采用调整并联电容的方法来达到调整充电电流大小的目的。以汽车、摩托车、电动自行车常用的蓄电池为例，该充电电路设置了相邻级差为1A的1～15A的15级可调充电，通过四条支路的不同并联组合实现对畜电池充电电流的调整。
   　　由纯电容交流电路中(图中各分流电阻的分流很小，可忽略不计)电压、电流、容抗之间的关系得：I=U／Xc=2πfcU=2×3．14×50×210C=65940C(式中，Xc表示电容器的容抗，其单位为欧姆；U表示电容器两端的电压，其单位为伏特，其值为：交流电源的总电压220V-蓄电池放电的下限电压10V=210V；C表示电容器的容量，其单位为法拉：f表示交流电的频率，其单位为赫兹，我国公共电网的频率为50赫兹；I表示通过电容器的电流，其单位为安培；π取3．14)。
   　　由以上计算结果可知，当电容器C取15微法(即0．000015法拉)时，I=65940C=65940×0．000015≈1(A)。C1=15微法、C2=30微法、C3=60微法、C4=120微法，对应的各支路电流分别为1A、2A、4A、8A。通过各控制开关将以上四个电容器进行适当的并联组合便可得到1A、2A、3A……15A的15组可调充电电流。如果想将电流调得更精细些，可增加并联支路。如增加7．5微法支路可得到相邻级差为0．5A的0．5A～15．5A的31级可调充电控制系统，上述各支路电容器的容量若只取其十分之一，便可得到相邻级差为O．1A的0．1～1．5A的15级可调并联组合充电控制系统；若只取其容量的百分之一，便可得到相邻级差为140mA的15级可调并联组合充电控制系统。
   　　三、制作方法
   　　指示灯L应选用额定工作电压为220V的体积较小些的灯泡，也可以用10kΩ的电阻和一个小功率发光二极管串联代替；控制开关K1、K2、K3、K4应分别选用额定工作电流不小于1．5A、3A、6A、12A的；电容器C1、C2、C3、C4均选用耐压不小于400V规格的；泄放电阻R1、R2、R3、R4均选用220kΩ，1／2W规格的；整流堆D应选用额定工作电流不小于50A，耐压不小于400V规格的；电流表A选用量程为20A或30A规格的直流电流表；电压表V应选用量程为50V规格的直流电压表；R5选用10kΩ／6W的电阻；LED选用普通小功率发光二极管；K5选用普通按键式开关，工作电流大小不作要求。将控制开关K1、K2、K3、K4并排装在机壳面板上适当的位置，并在K1、K2、K3、K4的位置旁边分别标注上1A、2A、4A、8A的字样，以便控制计算调整。蓄电池接线柱的工作电流不小于20A。
   　　四、使用方法
   　　该充电器属于无电源变压器隔离式充电器，为了人身安全，充电时应严格照下列程序进行操作：
   　　1．检查各个开关应处于断开状态，将蓄电池的正、负极与接线柱连接可靠，然后闭合K5，电压表指示出蓄电池两端的电压。
   　　2．将电源插头插入220V交流电源，接通K1，此时，观察电源指示灯亮，空载报警指示发光二极管不应亮。若发光二极管亮，说明蓄电池正、负极与充电器接线柱之间接触不良，应除掉接点之间的脏物后再进行连接。
   　　3．根据蓄电池对充电电流的要求，选择合适的控制开关接通并联调整充电电流，充电电流数值为接通的开关电流数之和。
   　　该充电器的唯一缺陷是，不具备充满电后自动停充的功能。因各种蓄电池的电压及容量都不一样，读者应根据不同蓄电池的要求决定充电的电流和充电时间，通过电压表监视充电程度。