集成定时式恒流充电器的制作方法

属于电子技术技术领域。

背景技术：

随着现代生活的丰富，用电池的电器的种类越来越多，如保安器材，数码机机，手机，等等，为此也出现了很多充电器种类，但是这些种类中缺乏一种低碳环保充电电路各类。其意义一是，现在的产品，其中的充电主管，即是停止关断充电的回路三极管，容易损坏，一旦损坏，这个充电器便成为了垃圾。据了解，这一故障成为了主要故障点，就因为这一点损坏而成为垃圾，是一种很大的浪费，（如果去修，因为涉及修理成本，及使用者去修理部联系的成本，所以人们常常是丢掉）。其意义二，由于在充电过程中，没有对电池充电时行最大的科学化充电，因此影响电池的容量与寿命，（仅管电池的容量越小，影响小，但是在低碳世界，我们应该从微小的地方杜绝），也容易过早地将电池变为垃圾，即形成浪费，又对环境造成污染。（废电池对环境有污染）。没有实现充电的最大科学化的原因一是，现在的产品或是只采用直流方式对电池进行充电，而没有采用一种较好方式，如恒流电流充电；或是虽能用恒流源充电，但是在使用上还存在着一些方便之处，或是在线路上还不够科学化，等等，因此应该丰富与发展。

低碳环保应从点滴抓起，应从细微抓起，这样才利于社会的长久进步与发展。

技术实现要素：

为克服现有充电产品具有充电功能，但是对环保不足的弱点，本发明人研制了集成定时式恒流充电器，它采用了独特的双PNP型三极管组成自动转换不容易损坏的恒流充电电路，它又与定时集成电路进行精确配合能对充电电池实现科学的充电充电，从而最大化的延长充电器与被充电池的寿命与容量，实现社会的环保。

所采用的技术措施是：

1、集成定时式恒流充电器由P型恒流充电单元，负载单元，定时单元，起始单元，接口单元，提示单元，涓流电阻共同组成。

其中：涓流电阻接在输入与P型恒流充电单元的输出之间。

P型恒流充电单元由恒流充电工作电路、恒流充电备份电路、切换二极管与导向二极管组成。

恒流充电工作电路由工作管、工作恒流电阻、限流发光管二、偏置电阻二组成；恒流充电备份电路由备份管、备份管恒流电阻、限流发光管一、偏置电阻一组成。

工作管的发射极接工作恒流电阻到电源输入，电源输入与工作管的基极之间接限流发光管二，偏置电阻二接在工作管的基极与接口单元中接口三极管的集电极之间，备份管的发射极接备份恒流电阻到电源输入，电源输入与备份管的基极之间接限流发光管一，切换二极管的正端接备份管的基极，负端为两路，一路接导向二极管的负极，导向二极管的正极接工作管的集电极，另一路接偏置电阻一到接口单元中接口三极管的集电极，工作管的集电极与备份管的集电极接在一起，成为P型恒流充电单元的输出。

负载单元由被充电池，接触指示发光管，接触指示保护电阻组成：电池的正极接P型恒流充电单元的输出，负极接地线，接触指示发光管与接触指示保护电阻串联在被充电池的两极上。

起始单元由微分电路与微分三极管组成；微分电路由微分电容、放电电阻组成。

微分电容接在电源输入与微分三极管的基极之间，放电电阻一端接微分三极管的基极，放电电阻另一端接地线，微分三极管的发射极接地线，微分三极管的集电极接定时单元中集成电路清零起始端第7脚。

定时单元由集成电路，振荡电阻，振荡电容，清零电容，保护电阻，集成电路的电源稳压管组成：振荡电阻由可调电阻与固定电阻组成。

保护电阻的一端接电源输入，另一端接集成电路电源端第8脚，集成电路第8脚接集成电路的电源稳压管的正极一端，集成电路的电源稳压管的另一端负极接地线，集成电路振荡1端第6脚接振荡电容到地线，集成电路振荡2端第5脚接振荡电阻到集成电路振荡1端第6脚，接地电容接在集成电路清零起始端第7脚与地线之间，集成电路地线端第4脚接地线，集成电路定时输出端第2脚是集成电路的输出，也即是定时单元的输出。

接口单元由触发电阻与接口三极管组成：触发电阻的一端接定时单元的输出，触发电阻的另一端接接口三极管的基极，接口三极管的发射极接地线，接口三极管的集电极分别与结束提示单元，P型恒流充电单元偏置电阻二、偏置电阻一连接。

结束提示单元由语音体系和灯光指示体系组成，语音体系由语音保护电阻、语音体组成，语音保护电阻的一端接集成电路输出2端第3脚，语音保护电阻的另一端接语音体到地线；灯光指示体系由限流电阻、过程指示灯组成：限流电阻的一端接电源输入，限流电阻的另一端接过程指示灯到接口三极管的集电极。

2、定时集成电路采用HL2203。

进一步说明：

1、恒流单元该单元由通电与断路控制的开关管和恒流源同时由一个三极管担任。

措施中P型恒流充电单元的通电与断路控制的是PNP三极开关管，但是该管又连成了恒流源的形式，所以P型恒流充电单元内部的三极管，担任了连通与关断的控制功能，又担任了恒流源双重功能。

形成恒流源的原理是，因为工作管与备份管是对称电路，因此以工作管为例。工作管（图2中的5.1）的发射极串联了工作恒流电阻（图2中的5.2）成为了负反馈。同时恒流电阻连接线路的一端与基极之间，连接了限流发光管二（图2中的5.3），有限流的作用，当负载电流过大，且超过了限流发光管一的阀值时，基极电流将分流，不再经过三极管放大，因而保证了发射极电流为一定值，因而成为一种恒流源。之所以用发光管二极管作为限流管，因为它有发光的功能，有利于调整。之所以用一只的原因是，发光管的NP节约为1.2伏左右，而不是0.7伏。

发射极所串联恒流电阻为两电阻串联而成，恒流可调电阻可以对恒流进行调整，恒流保护电阻是对可调电阻的最小值进行了限制，从而保证了恒流值在一个有约束的空间。

用这样的电路的好处是，线路精简，可靠，利于工程，同时利于节约成本。此外用发光管作为恒流的限流器件的一个重要原因是，有光指示，当发射极所串联的恒流电阻调试正确时，发光管发微光或较亮光，表示调试正确。因为此时限流发光管起作用。产生恒流效果。

2、工作原理说明：

当未接好电源时被充电池没有接触好时，接触指示发光管（图2中的6.2）不亮，当被充电池接触好后，接触指示发光管亮。

插上市电源后，通过起动单元中的微分三极管（图2中的8.1） 对定时集成电路进行清零，该集成电路开始对充电计时。在充电过程中，其输出端为高位输出，通过接口三极管（图2中的10.1）的转换，接口三极管集电极为低位，所以P型恒流充电单元内部的两三极管处于正向偏置，所以发射极与集电极成为饱和开通状态，对被充电池充电。到定时结束时，定时集成电路输出端由高位变为低位，接口三极管集电极为高位，所以P型恒流充电单元内部的两三极管不存在偏置电流，所以发射极与集电极成为截止的断路状态，从而结束对被充电池充电。

当被充电的电池充电满后，因为电源与被充电池连接有涓流电阻（图2中的12），因而能向被充电池提供所需的维持的涓电流。

本发明采用恒流充电，充电结束时，采用计时方式，对一大类被充电池特别是对酸性电池充电，很有好处。如酸性电池的最佳的充电电流为十分之一的容量之电流，充电时间为10小时。

应指出的是仅管P型恒流充电单元内存在两个电路，即是工作电路与备份电路，同时对被充电池组成了或门供电方式，但是由设计措施的特殊性，平常只有工作电路通电工作，而备份电路处于开路状态，但是一旦工作电路损坏，备份电路将自动投入通电工作。

1、线路特点分析：

（1）、起动单元。

该单元由微分电路与微分三极管（图2中的8.1）共同组成。

微分电路由微分电容（图2中的8.4）、放电电阻（图2中的8.3）组成。

该单元的设计主要是根据定时集成电路的要求而定，该定时集成电路的要求是，当第7脚有负脉冲后开始后，集成内部计数器清零，开始计数，计时。本单元的设计，微分效应后，三极管的集电极由高变为低，产生一个负向脉冲，所以定时集成电路定时开始。

（2）、接口单元。

该单元由接口三极管（图2中的10.1）与触发电阻（图2中的10.2）组成。

接口三极管主要有三大功能。

一是实现被充充电池的充电与结束的控制。由于定时集成电路的逻辑传递，在充电过程，接口三极管集电极为低位，对被充电池充电，当定时结束后，接口三极管集电极为高位，结束被充电池充电。

二是实现电压与电流关系的扩展，因为该电路可用于较高的被充电池及较大容量的电池充电，其充电电压可能为12伏如为24伏，这样高的电压可能高于定时集成电路承受的电压，同时当被充电池为大容量时，P型恒流充电单元的三极管；的基极电流可能很大，所以可以通过口三极管后可以作扩展，而不受约束。

三是提供结束指示单元灯光指示体系提供电流通道，产生充电结束的光显示功能。当接口三极管集电极为低位时，结束显示灯亮，充电结束集电极为高位，结束显示灯不亮。

（3）、定时单元。

定时集成电路HL2204的第5脚与第6脚的为振荡外围输入，所以本措施设计了相应的外围电路。其中其外围件电容是振荡电容（图2中的7.3），固定电阻与可调电阻组成了振荡电阻（图2中的7.2），其中振荡电容与振荡电阻共同组成了频率可调电路。

定时集成电路内部的结构是，集成电路振荡2端第5脚为内部门1的输出端，集成电路振荡1端第6脚是内部门2的输入端，当门2的输入端为低位时，门1的输出端为高位。反之，当门2的输入端为高位，门1的输出端为低位。所以形成振荡的原理是，通电后，因为振荡电容未充电，所以第5脚输出高位，通过电阻向振荡电容的充电，成为振荡的前半周期，当振荡电容的电充到阀值后，第5脚的门1的输出端又由高位变为了低位，所以振荡电容又通过振荡电阻对门1放电，形成振荡的后半周期。

根据该定时集成电路振荡的振荡原理，所以本措施是将振荡电阻变成固定与可调两电阻的串联形式，以实现频率的可调，同时保证频率的可调在一定范围，所以增加了固定电阻作为可调电阻的最小值限定。

其调整规律是，振荡电阻越大，周期越长，定时越长，反之越短。增加了频率即周期可调的好处是，可以适应多种被充电池的需要。

（4）、P型恒流充电单元特点及说明。

A、P型恒流充电单元的组成及形成的主要主意义。

具维修统计，对于所有的充电器中最易坏的元件就是这个P型恒流充电单元中执行开与关的三极管。所以本发明中对该点进行了重点处理，该点措施也成为了本发明的一个重要核心。

P型恒流充电单元主要由三大电路组成，即是由工作电路、备份电路与切换电路共同组成。

之所以成为本发明中一个最重要的核心，其原因是本发明设计了这样形式的电路能使工作单元从通电 的一开始就始终处于正常的工作开关工作状态，而备份电路则处于断路的“休眠状态”，一旦工作电路损坏而停止工作时，备份电路将自动投入工作，因此大大提升了充电器的寿命。

B、产生两单元“工作与备份式交替工作”的原因分析。

当工作管（图2中的5.1）） 工作导通后，由于集电极由高位输出，这时通过导向二极管（图2中的4.2）连接了切换二极管（图2中的4.1）的负极。使该点为高位。又因为到备份管（图2中的3.1）的基极通过该切换二极管的该点连接了偏置电阻一（图2中的3.5），切换二极管又存在压差，所以会对切换二极管封门。造成备份管无偏流，其集电极将无电流，处于无功耗的状态，不产生电磨损。当充电管损坏后，集电极无输出，或输出弱，不会产生封门，这时备份管将存在偏流，造成备份管当自动切换而代替工作管工作。

此外还应说明两点，一是由于在理论上三极管的寿命很高，但是三极管本身的生产过程，及充电器在制作中对三极管的焊接等方面的原因，或在使用过程中的不当因素，常常使三极管这样的寿命受到挑战，达不到这样的要求，而这样的自动切切换工作，就是对这种三极管达不到高寿命的一种弥补。二是由于两三极管参数一致，工作时都是处于开通与断开的开关状态，所以无论是工作管工作，还是备份管工作，所以整个充电性不会发生变化。三是采用一管（本发明中的备份管）为休眠状，该管的功率消耗近似为零，而三极管寿命与其所消耗的功率有很大的关系，所以不易损坏，而比用两管采用简单的并联关系连接工作可靠性好得多，因为简单的并联关系休眠管总存在输出电流，存在消耗，不可能为零消耗。这是其一。其二是简单的并联是两管输出恒流电流之和，当一管损坏后只有一管输出恒流，两者是是明显的不同。

切换电路之所以产采用多个二极管串联主要原因有二，一是两个以上的二极管封门有更大的空间，余量更大，二是可以成为批量生产中的取样件，即是检查该路无电流时，可以不断开该支路将表串联在支路中，因为那样操作不便。而可直接将电流表并联在二极管两端就可。

本发明实施后有着突出的优点：

1、由本发明一是大大提高了充电器的寿命，减少了充电器的报废率，二是对被充电池实现了科学充电，增进了维护，延长了被充电池的寿命，减少了报废率。而采用了这样充电方式，甚至对已失效的可充电池，有一定程度的修复作用。而电池对环境污染相对较大。而这两种产品，无论是可充电池，还是配套的充电器，都是现代生活普遍应用的种类，所以能增强两种产品的环保。环保无小事，所以本发明有积极意义。

2、也有着重要的经济价值，对于普通的电子产品的价值，如充电器这类产品，在没有名贵的元材料下，所以第一是科技价值，第二是人工加费，第三才是元件的成本，而本发明所增加的元件有限。本发明实施后，使用者后会明显感觉到一是充电器寿命的延长，二是被充电池寿命延长，三是容量不会发生明显变化，因此社会一定会接受，承认其科学价值，因此这种优良的产品会代替劣质产品。由于现代生活中，该产品用途极为普遍，所以会产生显著的经济价值。

3、由于采用恒流源的充电方式，而结束采用计数的状态结束，对很多电池能进行科学的维护，特别是对酸性电池等等一大类电池，科学充电对电池的寿命与容量有很大影响，所以网上还有这样的论点，很多电池不是用坏的，而是被充坏的这一说法，所以很多高级诉用电器，明确地提出对所使用的电池要用专业的充电器充电 。

4、本发明性能优异，一是恒流值灵活可调 因而适合不同的种类。二是恒流源充电采用时间可以灵活调整，可以适合多种类型的被充电池，所以充电科学，进一步提高了充电性能，三是充电结束后有声提示，方便者使用很方面。此外本发明还有充电结束后不怕过充等优点。

5、各单元相连科学，并做到了综合利用，因而线路电路精简、可靠性高。尽管多了语音片，但是因元件少线路精简，语音片小面薄，但仍就很好安装。

6、易生产，易调试，很适合中、小、微型企业生产。

7、特别是采用定时集成电路后，线路更为精简，振荡电容采用串联方式后，对电容漏电的要求大大降低，增加了助音电阻后，声指示功能明显，所以本发明呈现效果好，但成本低的优势。利于普及。

附图说明

图1是集成定时式恒流充电器各单元关系图。

图中：1、电源输入；2、P型恒流充电单元；3、恒流充电工作电路；4、切换二极管与导向二极管；5、恒流充电备份电路； 6、负载单元；7、定时单元；8、起始单元；10、接口单元；11、结束提示单元；12、涓流电阻。

图2是集成定时式恒流充电器电路原理图。

图中：1、电源输入；3.1、备份管；3.2、备份管恒流电阻；3.3、限流发光管一；3.5、偏置电阻一；4.1、切换二极管；4.2、导向二极管；5.1、工作管；5.2、工作恒流电阻；5.3、限流发光管二；5.5、偏置电阻二；6.1、被充电池；6.2、接触指示发光管；6.3、接触指示保护电阻；7.1、定时集成电路；7.10、定时集成电路第8脚；7.11、定时集成电路第4脚；7.12、定时集成电路第7脚；7.13、定时集成电路第6脚；7.15、定时集成电路第5脚；7.17、定时集成电路第2脚，即输出端；7.18、定时集成电路第3脚；7.2、振荡电阻；7.3、振荡电容；7.5、接地电容；7.7、保护电阻；7.8、集成电路的电源稳压管；8.1、微分三极管；8.3、放电电阻；8.4、微分电容；10.1、接口三极管；10.2、触发电阻； 11.2、限流电阻；11.3、过程指示灯；11.5、语音保护电阻；11.8、语音体；12、涓流电阻。

图3是检查测试所需要的假负载的线路及连接图。

图中：1、电源输入；5.1、工作管；5.2、工作恒流电阻；6.2、接触指示发光管；6.3、接触指示保护电阻；15、假负载的串联二极管；16、假负载的串联电阻；17、万用表。

具体实施方式

图1、2、3 例出了一种实施制件实例，图3是实施中的检测图。

一、挑选元件：集成电路选用集成电路HL2204，NPN三极管采用8050，PNP三极管选用8550，,恒流源发光客尽量选测PN节电压一致的，二极管采用面结合型二极管，积分电容采用漏电系数小的型号，其它的阻容件无特殊要求。

放电电阻采用大功率的类型号，其它的阻容件无特殊要求。

二、制电路板、焊接：按图2制作电路控制板，按图2的原理图焊接元件。

三、通电 检查与调试。

1、对恒流稳压源的检查。

A、焊接一个电阻型假负载，如图3所示。线路是用2个二极管串联，再串联电阻。设计好串联的阻值。其中串联电阻应选功率大的种类。用假负载代替被充电池。

检测时用万用表的电流表红笔串在假负载中，或红笔接在假负载中的二极管正极，黑笔接二极管负极，调节串联电阻，电阻在变化区间内，电流基本不变化，说明恒流源调试成功。

B、调节工作管的的恒流之值。

断开备份管的回路，用一个电阻接在工作管（图2中的5.1）基极与地之间，成为新偏置，调节工作管发射极串联的工作恒流电阻（图2中的5.2）之值，使其恒流值符合要求，此时还应观察限流发光管二（图2中的5.3）应微显光，如果不发微光，应将工作恒流电阻之值加大。应说明的是因为限流发光管二的PN节在1伏多一点，大于0.7伏，约为1.2左右，所以本措施中只采用一只发光管。

C、调节备份管的的恒流之值。

断开工作管的回路，断开切换二极管（图2中的4.1）回路。用一个电阻接在备份管（图2中的3.1）的基极与地之间，成为新偏置，调节备份恒流电阻（图2中的3.2）之值，使其恒流值符合要求，此时还应观察限流发光管一（图2中的3.3）应微显光，否则应将备份恒流电阻之值加大。同时还应注意，其中工作管与备份管的恒流值应基本一致。

2、起始单元的检查与调试。

用万用表接微分三极管（图2中的8.1）的集电极，开始通电时此集电极应为零伏，否则应加大微分电容（图2中的8.4）的容量。

3、对外围振荡单元的的检查与调试。

A、对频率的检查。

连接上假负载。用示波器的热端连接定时集成电路第5脚或第6脚。

在接通电源后，示波器有的振荡图形显示，可以看出频率，从频率可以算出周期，在振荡电容已确定的情况下，调节可调电阻，将频率调到设计值。该集成电路内部是20位计数器，因此可以算出定时时间。

4、对定时集成电路检查。

用一个阻值小的电阻并联在频率可调支路的两端，频率将变得极快，定时输出很快有输出，如有输出则说明连线无误。

5、接口三极管的逻辑检查。

A、用地线短路集成电路的第1脚即人为结束形式，接口三极管集电极应为高位，此时的过程指示灯（图2中的11.3）应不亮。但工作管输出端为零。如果不为零，则说明P型恒流充电单元中的电路连接有误。

B、用电源连接电阻触及接口三极管（图2中的10.1）的基极，该管集电极为低位，此时P型恒流充电单元有电压输出。此时的过程指示灯应亮。

6、对切换单元的通电 检查与调试。

A、将万用表的电流表串联在备份管集电极支路，电流表指示电流近似为零。

如果不正确，则应增加切换单元中的阀值，即是增加二极管的数量。

B、断开切换单元，此时备份管输出电流值应与充电管 的输出一样。如果提供的电流调整恒流值达不到设计应有数值，则应减少偏置电阻的阻值。

7、对P型恒流充电单元工作管与备份管自动切换检查的检查与调试。

用假负载电阻接在被充电池的位置。用电源连接电阻连接接口三极管基极，模拟P型恒流充电单元为开通状态。

A、将万用表的电流表串联在备份管集电极支路，电流表指示电流近似为零。

B、将万用表的电流表串联在工作管集电极支路，此时表有电流指示。

上述情况正确说明备份管工作状态正确，处于断路状态，而工作管为通电状态。否则是连线有误。

C、短路工作管的基极与发射极，（模拟该管损坏），串联在备份管集电极支路的电流表应电流显示，且值与工作管的显示基本相同。其意义表示当工作管损坏时，备份管已自动投入工作。

如果指示不正确，则是连续错误，或备份管损坏。

8、对负载单元中的电池接触显示检查。

当安装被充电池，且没有接通电源时，接触指示发光管应亮。

9、对涓电流的检测。

将电流表串联在涓电阻支路上，调试涓电阻阻值，使涓电流合乎要求。

说明，如果对充电管换为大功率管类，则可以对大容量的被充电池充电。