镍氢可充电电池以及充电电路Ni-HM Rechargeable Battery and Charger 上个星期，充电器莫名其妙地坏了，折腾了几天终于修复好了，从中了解到了不少的知识，所以写下来与大家分享。
那可是当年一千多买的外语通9188原装充电器，用了至少五年了吧，效果感觉很好，可是怎么就不明不白的挂了呢？于是自己拆开检修，里面一块电路板，上面电阻、电感、电容和二极管、三极管都还挺多，还有一个核心IC（AZ339比较器），果真不赖。
大致一看，并没有发现任何异常现象，且用万用表测变压器的220V输入端貌似开路。
然后初步判定是变压器坏了，当买回来新变压器的时候才想起来不是变压器的问题，因为在接通和断开电源的瞬间，指示灯会闪一下，而且再用万用表一测，变压器的220V输入端阻抗很大，但并未开路。
没搞清楚状况就下结论，真2。
再看了看充电电路板，崭新的，没有任何元件有损坏的迹象。
花了半天的时间把电路画了出来，又测量、分析了半天，越是糊涂了。
觉得整个充电电路的设计好奇怪，不知道是什么原理，真纳闷以前她是怎么正常充电的，而且效果也不错。
这两天在网上看到了一些关于可充电电池，充电电路之类的资料。
觉得原理挺清晰，也不是很麻烦，于是决定要拯救我的充电器。
下面是一个镍氢电池的典型充电电路。
1.基准电压Vref形成外接电源经插座X、二极管VD1后由电容C1滤波。
VD1起保护作用，防止外接电源极性反接时损坏TL431。
R3、R4、R5和TL431组成基准电压Vref，根据图中参数Vref= 2.5×(100+820)／820=2.80(v)，这个数据主要是针对镍氢充电电池而设计(单节镍氢充电电池充满后电压约为1.40V)。
2.大电流充电(1)工作原理接入电源，电源指示灯LED(VD2)点亮。
装入电池(参考图片，实际上是用导线引出到电池盒，电池装在电池盒中)，当电池电压低于Vref时，IC1-1输出低电平，VT1导通，输出大电流给电池充电。
VT1发热比较严重，所以最好用PT=625mW的S8550，或者适当增大基极电阻以减小充电电流。
(2)充电的指示首先看IC1-3的工作情况：其同相端10脚通过R13接Vref，R14接成正反馈，反相端9脚外接电容，并有一负反馈通路。
因此，IC1-3的输出为频率固定的方波信号。
其次看IC1-4的工作情况：电池电压经R2、R16分压，接IC1-4的12脚，因为R2<<R16，所以输入IC1-4的12脚电压基本上略低于电池电压，因此，IC1-4输出稳定的低电平。
结合上面的讨论，我们可以看出，加在R12和VD 3通路一端为频率固定的方波电压，另一端为稳定的低电平，因此，发光二极管VD3会周期性点亮，给人一闪一闪的感觉。
最后看IC1-1的工作情况：当IC1-2输出低电平时， IC1-1的3脚也为低电平，而其2脚通过R1接Vref。
所以IC1-1也输出低电平，VD5(饱和指示)不能点亮。
另外，由于IC1-1输出低电平，VD6反偏截止。
所以，这种状态下，三只指示灯的工作情况分别为：VD2点亮，指示电源正常；VD3闪烁，指示电池充电正常；VD5不亮。
3.小电流充电当充电一段时间后，电池电压慢慢上升到接近Vref时，IC1-2输出电压慢慢上升，于是，流过R7的电流慢慢减小，即流经VT1基极的电流慢慢减小，因此VT1输出的电流也会慢慢减小，但电池电压还会持续不断地缓慢上升，当电池电压几乎等于Vref时，IC1-2会输出较高电压，这时IC1-1的3脚电压高于2.80V (反相端2脚的输入端电压)，比较器翻转输出高电平。
该电压有两个作用：一方面使VD5被点亮(此时，IC1-4输出还是低电平)，指示充电饱和；另一方面VD6也正偏导通，而R17很小，实际上是强制C2上端为高电平，所以IC1-3的9脚电压高于10脚电压，IC1-3输出低电平，VD3熄灭。
虽然，从外在的表现看充电灯熄灭，饱和灯点亮在某一时刻瞬间转换完成，但是实际上充电过程却是逐渐过渡的：当电池电压远低于Vref时持续大电流充电，当电池电压接近于Vref时充电电流慢慢减小，但即使饱和指示灯VD5点亮时，小电流充电仍在继续。
所以这种状态下，三只指示灯的工作情况分别为：VD2点亮，指示电源正常；VD3不亮；VD5点亮(饱和指示，小电流充电)。
4.IC1-4的用途从上面2、3内容的分析中可以看出，无论电路是大电流或小电流充电，IC1-4的输出一直是低电平，好像它没有什么作用似的，还不如直接把VD3、VD5负极接地。
刚开始设计时，确实没有考虑用IC1-4，把VD3、VD5的负极直接接地。
然而，当制作好后通电工作时发现一个问题：当不装电池通电时，饱和指示灯VD5点亮。
这显然不合适，因为没装电池时VT1处于微导通状态，IC 1-2的5脚电压高于2.80V，IC1—2输出高电平，于是IC1-2也输出高电平，VD5点亮。
若在原理图中接入IC1-4，没装电池时VT1处于微导通状态，IC1-4的1 2脚电压也会高于，因此，IC1-4输出高电平，这样VD5就不能点亮。
需要说明一点，外接输入电压不能太高，也不能太低。
输入电压太高，大电流充电时调整管发热严重；另一方面，IC1-2输出高电平的时间会因为电源电压较高而提前超过Vref，这样就会给我们一个错觉，就是电池很快就充满了，实际上并非如此。
输入电压太低也不好，同上面的分析一样，IC1-2输出高电平的时间会因为电源电压较低而迟后，更有甚者，也可能永远达不到充电指示灯一直闪烁，但大电流充电过程早已结束。
所以，外接电压太高或太低，充电和饱和指示的状态是不准确的。
以上就是网上对这一镍氢充电电路的分析，已经是比较的全面透彻了。
但不巧的是，我的这支变压器输出整流之后的直流电平超过了12V（无负载时），因此需要对电路进行改进、优化。
下图是用Altium Designer绘制的原理图。
D2~D5整流，D6保护，D8、D9（甚至还可以继续串）利用管压降分散功耗至二极管，减小Q1的发热量（因为充电电流一定时，只能减小电压来降低发热量，即P=UI）。
同时通电完成时还能较彻底地关断充电电流（这是因为LM324输出的高电平大约为Vcc—2V，如果不串联二极管，Q1永远不会截止）。
U2A-LM324其实是一个滞回比较器，设计翻转电压分别为7.4V和8.4V，即3*2.80V，滞回电压差设计为1V是因为U2D-LM324的输出有100Hz的干扰，峰峰值将近1V。
计算得出R5、R8、R10的一个大致合适的比例关系：43:82:680。
同时加入C1和C3构成RC低通，还可以进一步降低各种噪声干扰。
TL431的pin1测得为2.45V。
通过设置R3、R4得到Vref=2.81V。
又根据TL431的datasheet，静态电流Ika取了10mA。
算得串联电阻大约为1k。
考虑到0.1W 的SMD电阻发热问题，采用了R1、R2并联。
U2C-LM324正常情况下输出低电平，当充电饱和以后，D11不再闪烁，D10点亮。
而此时取下电池后，D10居然还会继续亮着，尽管此时的同向输入端电压远高于Vref，应该输出高电平才对。
因此可判定U2D-LM324出了故障，有可能是因为U2D本来就工作在饱和状态下，而且又驱动了D10，导致输出级的互补推挽电路锁死。
于是解决思路是减小负载。
R16加上之后问题果然搞定了。
最后一点是关于充电电流的问题，R15是充电电流设定的关键电阻。
经测量S8550的直流放大系数为348左右，IN4007管压降大约是0.7V，Q1的Vbe=0.46V，U2D输出最低0.62V，所以根据最大充电电流Imax就可以算出R15的值。
假设Imax=120mA，则Ib=Imax/348=0.345mA，Vb=10V—1.4V—0.46V—0.62V=7.52V，R15=Vb/Ib=21.8K，取近似20K即可。
焊接完成，调试完成，然后用手机顺便拍了两张。
下图是充电电路板的正面，左图是原电路板（电容C2被拆了再利用），右图是按照上面分析DIY的。
（由于用的是万用板，且背面高度有限，不宜走线，所以正面走线看上去很乱）下图是充电电路板的背面，右图是原电路板，左图是DIY的。
安好变压器和外壳，马上试机。
装上可充电电池，绿灯闪烁，充电正常；装上两节南孚电池，红灯亮起，充电结束。
一切OK！以前上中学的时候就开始用各种充电电池和各种充电器。
用过的朋友大概也知道，劲牛在充电器里面应该算是比较好的牌子了。
超霸也还不错，其他的杂牌简直就是电池杀手。
在这里，正好有这些充电器的内部电路。
大家可以看看。
下图是两种充电器的外观，左图是劲牛的，右图是个垃圾充电器。
下图是对应两种充电器的内部图片。
原来认为“比较好”的劲牛充电器其实也就是一块板子、两个LED指示灯、两个二极管、两个电阻而已，而垃圾充电器为了减低成本，连板子都舍不得用一块。
更不用说什么过充保护，饱和指示的功能了。
现在才知道，有多少可怜的可充电电池死于非命，悲剧啊。
说到这里，想提醒大家的是，一般的手机电池充电器（尤其是万能充）再不要用了。
尽管有点麻烦，但我还是推荐用手机自身对电池充电，至少绝大多数手机内部有性能优良的充电控制电路。
其实之前，还想过用专用的充电器芯片BQ2004做这个充电器的。
BQ2004能够根据以下变量对充电过程实现自动控制：Rate of temperature time (dT/dt)Peak voltage detection (PVD)Negative delta voltage (-dV)Maximum voltageMaximum temperatureMaximum time高档的NI-MH充电器用的是-delta V检测电池电压来判断电池是否充满。
电池充电时的电压曲线和放电时有点相似，开始时是比较快的上升，之后缓慢上升，等到充好的时候，电压又开始快速下降，只是下降的幅度不是很大。
之前常用的镍镉电池也类似，只是下降的速度和幅度比NI-MH都大。
用-delta V自动切断的充电器，由于能够准确地控制充电时间，因此可以比较可靠的使用大电流充电。
大电流充电对于镍氢电池的损害并没有大家想象的利害，相反的是，镍氢电池有个特性，就是你充的电流越大，它能放出的电流也就越大，现在很多电器消耗的电流都不小，因此使用较大的电流充电是个明智的选择，可以让电池放电更加干净。
-delta V检测是Bq2004的亮点，可是到底效果怎样还待验证，因为充放电需要大量时间去尝试，所以暂时不用。
并且BQ2004的Maximum voltage是0.8*Vcc=4.0V，不靠谱。
等以后有时间了可以研究一下-delta V检测的可靠性。
