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使用 SCR 的电池充电器电路

电池充电需要使用一定量的交流（AC）或直流（DC）电压。如果希望使用交流电源为电池充电，需要遵循以下步骤：首先，需要将较大的交流电压降低；其次，对交流电压进行滤波以去除噪声；然后，对电压进行稳压以获得恒定电压；最后，将得到的电压用于为电池充电。一旦充电完成，电路应自动关闭。

1. 使用 SCR 的电池充电器原理框图​

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交流电源被送入降压变压器，该变压器将较大的交流电源转换为有限的交流电源，对交流电压进行滤波以去除噪声，然后将该电压送入 SCR，由其进行整流并将得到的电压用于为电池充电。

2. 使用 SCR 的电池充电器电路图​

使用 SCR 的电池充电器电路图如下所示：

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2.1 电路图说明​

  • 交流主电压被送入降压变压器，电压应降至约 20V。降压后的电压被送入 SCR 进行整流，SCR 将交流主电压整流为直流电压，该整流后的电压用于为电池充电。
  • 当电池连接到充电电路时，电池不会完全放电，而是会通过二极管 D2 和电阻 R7 向晶体管提供正向偏置电压，使其导通。当晶体管导通时，SCR 将关闭。
  • 当电池电压下降时，正向偏置电压减小，晶体管关闭。当晶体管关闭时，二极管 D1 和电阻 R3 将电流送入 SCR 的门极，触发 SCR 导通。SCR 将整流后的交流输入电压通过电阻 R6 送入电池，为其充电。
  • 当电池电压下降时，正向偏置电流增加，晶体管再次导通，关闭 SCR。当电池完全充电时，晶体管 Q1 将再次导通，关闭 SCR。

3. 使用 SCR 和 LM311 的电池充电器电路​

这里介绍另一种使用 SCR 和 LM311 的受控电池充电器电路。交流信号通过 SCR 进行整流，并使用比较器检测电池充电电压与参考电压的关系，以控制 SCR 的开关。

3.1 电路原理​

该电路的原理在于根据电池的充电和放电情况控制 SCR 的开关。在这里，SCR 既作为整流器，也作为开关，允许整流后的直流电压用于为电池充电。如果电池完全充电，这种情况将通过比较器电路检测到，并关闭 SCR。

当电池电量降至阈值以下时，比较器的输出将触发 SCR 开启，电池再次开始充电。在这里，比较器比较电池两端的电压与参考电压。

4. 使用 SCR 和 LM311 的电池充电器电路图​

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使用 LM311 和 SCR 的电池电压充电器电路图 – ElectronicsHub.Org

4.1 使用 SCR 和 LM311 的电池充电器电路设计​

整个电路的设计取决于要充电的电池类型。假设我们使用的是一个 6 节、9V 的镍镉（Ni-Cd）电池，其安时（Ah）额定值为 20Ah，单节电池电压为 1.5V。这将设定所需的最佳电池电压约为 9V。

对于 9V 的分压器电压，分压器两端的电压应高于 5.2V（参考电压水平）。为此，我们选择一个由 22K 电阻、40K 电阻和 20K 电位器组成的分压器。

LM311 的输出电流约为 50mA，由于这里我们使用的是具有低基极电流的 BC547 晶体管，因此需要一个约 150Ω 的电阻。使用的变压器是一个 230/12V 的变压器。变压器的初级端连接到 230V 的交流电源，次级端连接到整流器。

4.2 如何操作电池充电器电路？​

当电路通电且电池电量低于阈值电压时，电路执行为电池充电的任务。通过电阻 R1 和二极管 D1，在 SCR 的门极施加电压，触发 SCR。然后它开始整流交流电压，尽管仅在半个周期内进行。随着直流电流通过电阻 R2 流向电池，电池开始充电。由电位器 RV1 和电阻 R4 组成的分压器两端的电压取决于电池两端的电压。该电压被施加到运算放大器 LM311 的反相输入端。

非反相输入端通过齐纳二极管提供 5.2V 的参考电压。在正常充电操作中，该参考电压高于分压器两端的电压，比较器的输出低于触发 NPN 晶体管导通所需的阈值电压。因此，晶体管和二极管 D3 保持关闭状态，SCR 的门极通过 R1 和 D1 获得触发电压。

当电池开始充电并在某个时刻完全充电时，分压器两端的电压高于参考电压。这意味着反相输入端的电压低于非反相输入端的电压，比较器的输出高于晶体管的基极发射极阈值电压。

这导致晶体管导通并开启。同时，由于二极管 D3 正向偏置，它开始导通，这阻止了 SCR 门极电压的触发，因为它现在连接到低电位或地。因此，SCR 被关闭，充电操作停止或暂停。当电池电量再次降至阈值以下时，充电操作将按照上述方式恢复。电阻 R7 和二极管 D4 确保在 SCR 关闭时，仍会进行少量的涓流充电。

4.3 使用 SCR 和 LM311 的电池充电器电路的应用​

  1. 可用于为玩具电池充电。
  2. 这是一个便携式电路，可以随身携带。
  3. 可用作自动电池充电器，特别适用于驾驶过程中。

4.4 使用 SCR 和 LM311 的电池充电器电路的局限性​

  1. 交流到直流的转换仅使用整流器，可能包含交流纹波，因为没有滤波器。
  2. 半波整流器使充电和放电过程相当缓慢。
  3. 该电路不能用于安时（Ah）额定值较高的电池。
  4. 电池充电可能需要较长时间。