基于LM324n的充电器电路图分析
作者：工程师谭军· 2018-07-30 14:42
LM324n为四运放集成电路这是大家都知道的，那么它在电路中是起什么作用呢？本文主要解析LM324n在充电器电路的应用，由于LM324n是LM324的子系列，它俩除了个别参数不同之外，其余都一样的，所以主要以LM324为主。
LM324
LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，lm324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。每一组运算放大器可用如图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
LM324引脚排列见图1。2。 lm124、lm224和lm324引脚功能及内部电路完全一致。lm124是军品；lm224为工业品；而lm324为民品。由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等特点，因此他被非常广泛的应用在各种电路中。
lm324引脚图
特点
内部频率补偿
直流电压增益高（约100dB）
单位增益频带宽（约1MHz）
电源电压范围宽：单电源（3—32V）；
双电源（±1.5—±16V）
低输入偏流
低输入失调电压和失调电流 共模输入电压范围宽，包括接地
差模输入电压范围宽，等于电源电压范围 输出电压摆幅大（0至VCC-1.5V）
LM324工作参数
基于lm324n的充电器电路图分析
基于lm324n的充电器电路图
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
用LM324制作的充电器 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。此时，VT1处于放大状态——这是因为电池电压和VD4压降的和约为3.2V（假设开始充电时电池电压约为2.5V），而经VD1后的电压大约5.0V，所以，VT1的发射极一集电极压差远大于0.2V，当充电电流为300mA时，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（注：由于LM324低电平驱动能力较小，实测IC1—2，IC1—4输出低电平并不是0V，而是约为0.8V）。
（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，所以，它实际上构成了滞回比较器。刚开始时C2上端没有电压，则IC1-3输出高电平。这个高电平有两个放电通路，一个通路是通过R14反馈到10脚，另一通路是经电阻R15对电容C2充电，当充电的电压高于10脚电压V+时，比较器翻转输出低电平；与此同时，由于R14的反馈作用，10脚电压立即下跳到V-，这时，电容C2通过电阻R15放电，当放电的电压小于10脚电压V-时，比较器再次翻转输出高电平，由于R14的反馈作用，10脚电压立即上跳到V+，此后电路一直重复上述过程，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 最后看IC1-1的工作情况：当IC1-2输出低电平时，显然IC1-1的3脚为低电平，而其2脚通过R1接VREF所以，IC1-1也输出低电平。结合上面的讨论，我们可以看出，R11和VD5两端电压差为零，因此，VD5（饱和指示）不能点亮！ 另外，由于IC1-1输出低电平，无论IC1-3的9脚电压如何变化（电容充、放电在该脚形成三角波电压）都不会受IC1-1输出的影响——因为IC1-3的9脚电压（要么高到V+，要么低到V-）始终高于IC1-1的输出，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：一方面会使VD5正偏导通被点亮（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被强迫输出低电平，VD3因无正偏压而熄灭。 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，直至逐渐充电趋近零——即使饱和灯点亮时，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，IC1-2的5脚电压高于VREF，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12脚电压也会高于VREF，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（设定值），这样就会给我们一个错觉，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VREF，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。
总结
从这电路的制作过程来看，以我个人经验而言，主要有以下几点可以借鉴，与君共勉
一，先弄懂电路原理，抄板或是找到相关图纸。
二，制订改动方案，和修改相关参数。
1、首先，是改变压器。按照原电压相应改动次输出绕组的匝数，其它绕组（如辅助绕组、12V后级IC供等）不变动。如果想保持原功率不变输出电压减小要增大输出电流就加粗线径。
2、当原充电器的输出电压大范围改低以后，431和光耦817周边元件的参数要相应改变。改到多少最适合，那要跟据实际计算和实验来定。
三，细心调试，当改好电源后。
先必须要进行低压测试，后级输出部分加一个相得的输出电压（不要在反接二极管后面）。有的光耦发光二级管部分是接在IC电源12V绕组的，也要分别加上另一组12V电压。充电器输出改为12V输出的可以共用一个12V电源。加好电压后测试基准、反馈电路各部分参数是否正常。一切正常后，再串60W灯泡上电。如无问题就大功告成。
利用示波器可以直观的看到驱动波形和占空比。可以，发现波形和占空比对电路的影响，对电源效率的影响。可以对电路进行测试，和适时调试。在测试中发现问题，以便及时更正。在调试中可以还原和发挥充电器的最大性能。