鋰基電池是儲存能量的通用方式;它們具有可充電電池中最高的能量密度和比能量（360至900kJ/kg）之一。

缺點是，與電容器或其他類型的電池不同，它們不能通過常規(guī)電源充電。它們需要充電到特定電壓并且電流有限，否則它們會變成潛在的燃燒彈。

這不是開玩笑，在一個小而通常緊湊的封裝設(shè)備中存儲如此大量的能量可能非常危險。

但由于電池電壓相對較高，它們在電子產(chǎn)品中非常有用：高能量密度、形狀、尺寸和容量種類，以及它們的充電/放電效率。這就是他們幾乎被用在所有電子產(chǎn)品上的原因。

由于它們是中小型便攜式設(shè)備的最佳選擇，因此它們在DIY社區(qū)中非常受歡迎。但是，如果您不想購買特定的充電器，充電仍然是使用它們時常見的問題。

通過這種講解，您將學(xué)習(xí)如何使用廣泛可用的組件和部件制造合適的鋰離子電池充電器。更重要的是，您將學(xué)習(xí)它是如何工作的。

如果想跳過理論，并實際構(gòu)建充電器，請?zhí)敛襟E6。

第一步理論知識

有許多不同類型的鋰電池，但它們只是在使用的材料和架構(gòu)上有所不同?？茖W(xué)家們更喜歡用化學(xué)名稱和所用材料來命名電池，除非你是化學(xué)家，否則這些術(shù)語可能會讓人感到困惑。上表通過列出這些電池的全名、化學(xué)定義、縮寫和簡寫形式來提供清晰度。

不同類型的電池具有不同的特性和限制。

好處是大多數(shù)電池都以相同的方式充電，通常會發(fā)現(xiàn)和/或用于電池供電項目的常見電池。

首先，你需要知道什么是"C率"，因為它是電池使用的基礎(chǔ)。

大多數(shù)電池都標有額定容量，以安培小時（Ah）或毫安小時（mAh）為單位。這基本上是它們在完全耗盡之前可以供應(yīng)一小時的放電電流。

例如，你有一個標記為2400mAh或2.4Ah的大電池，這意味著它可以通過你的電路推動2.4A，并在一小時的時間內(nèi)放電。這將是1C放電率，在額定容量電流下放電。

如果你的電池為一個電路提供1200mA電流，它將是0.5C的放電率，它應(yīng)該持續(xù)兩個小時。

有些電池的放電率高于1C，如果你能以4.8A（2C）的速度放電，它會持續(xù)30分鐘。RC系統(tǒng)中使用的一些電池允許非常高的放電速率，如10或20C，但這種電池通常設(shè)計為失敗而不是讓您的飛機在飛行途中無動力，因此它們不是最安全的。

充電時，它基本相同，在1200mA的最大電流下為2400mAh電池充電將是0.5C的充電速率。出于安全原因，大多數(shù)電池應(yīng)在0.5C和0.7C之間充電。

大多數(shù)鋰離子電池每個電池充電至4.2v，較高的電壓可能會增加容量，但會縮短使用壽命。較低的可以以較少的運行時間為代價來增加電池充電周期。

充電周期包括兩個主要階段;恒流或CC和電壓源或CV，但有些充電器跳過或增加更多級。

當(dāng)電池電壓低于2.8-3v時，大多數(shù)電池被認為是過放電或耗盡電量，但即使在這種情況下，電池也可以再次充電并重復(fù)使用。為了節(jié)省它們，在充電之前完成"連接"階段，在這個階段，電池充電0.1C電流限制，直到達到3v

CC階段。這是所有充電器使用的階段，也是大多數(shù)快速充電器的唯一階段。在恒流階段，電池基本上連接到限流電源，通常限制在標稱電池容量的0.5-0.7倍（即0.5到0.7C），直到電池電壓達到4.2v。在此階段結(jié)束時，電池電量約為70-80％。

CV階段或飽和電荷。當(dāng)電池每節(jié)電池達到4.2v時，充電器充當(dāng)限壓電源，電池電壓保持在4.2v，充電電流逐漸下降。當(dāng)充電電流在標記容量的3％到10％之間時，電池被認為是完全充電的。

收費。根據(jù)充電器和電池的自放電，可以每500小時或20天執(zhí)行一次頂部充電。通常，當(dāng)開路端電壓降至4.05V/電池時充電開始，當(dāng)再次達到4.20V/電池時關(guān)斷。

通常，僅使用階段2和3，并且完全充電可能需要2至4小時，具體取決于充電速率。

鋰離子不需要完全充電，如鉛酸的情況，也不希望這樣做。事實上，最好不要完全充電，因為高壓會對電池造成壓力。選擇較低的電壓閾值或完全消除飽和電荷可延長電池壽命，但這會縮短運行時間。由于消費市場促進了最大運行時間，因此這些充電器需要最大容量而不是延長使用壽命。

第2步：設(shè)計充電器電路

大約一年前，我開始使用運算放大器，決定設(shè)計一個合適的鋰離子電池充電器來學(xué)習(xí)使用它們。我在設(shè)計這個電路的過程中學(xué)到了很多關(guān)于運算放大器的知識，我想分享它，所以人們可以自己制作充電器而不是購買它們。

該電路使用流行的LM324運算放大器來創(chuàng)建電流和電壓限制電源。在這種情況下，電流可通過約160至1600mA的電位計進行調(diào)節(jié)，從而可以為各種容量的電池充電。voltaje限制為4.2v，因此您不會損壞電池。

它有一個充電指示燈LED，在電池充電時會亮起，完成后會關(guān)閉。

我設(shè)計了這個電路，因此它使用廣泛可用且便宜的通孔元件，因此任何人都可以構(gòu)建它。

幾乎所有通用運算放大器都可以使用，無需軌到軌操作，無需高頻或高精度。

tip122晶體管可以替換為任何引腳兼容的晶體管，最小DC電流增益（Hfe）超過100，最大集電極電流（Ic）超過2A。

該電路的設(shè)計使任何具有基本焊接技能的人都可以輕松構(gòu)建它。

第3步：電源

整個電池充電器由12v2A充電器供電，但由于LM324不是軌到軌運算放大器，我需要第二個電壓軌，以允許運算放大器檢測電壓接近GND（小電流幾乎沒有電流）和輸出足夠低的電壓，以便在不應(yīng)該打開達林頓晶體管時。

注意控制電池兩端的電流和電壓的晶體管連接到電壓軌而不是接地。這是因為LM324輸出電壓無法達到它的負電源電壓，它只能在1.5-2v左右。在該電壓下，達林頓晶體管將無法關(guān)閉，并且不會正確地限制電壓和電流。

這就是為什么我使用四個運算放大器（IC1a）中的一個和一個晶體管在GND上創(chuàng)建一個虛擬的2.5V軌道，以吸收流過電路充電器部分的電流。

R2和R3是一個分壓器，輸出電壓約為2.5V，具體取決于電阻器的容差，運算放大器驅(qū)動晶體管的方式與電流無關(guān)，2.5v總是會降低。

四個運算放大器和LED指示燈直接由12v電源供電，但電路的其余部分由9.5v供電;在12v和2.5v導(dǎo)軌之間。

如果您使用這種設(shè)計，但想要提高效率，可以使用軌到軌運算放大器和低壓電源，這樣您就不需要在額外的晶體管中產(chǎn)生額外的軌道浪費功率。

電源LED指示充電器何時開啟，C2平滑充電器的電壓。

第4步：實際充電器

這是充電器的重要部分，這是負責(zé)限制電池兩端的電流和電壓。在這種情況下，可以使用10k電位計選擇充電電流，但無論電源電壓如何變化，限制電壓都將是固定的4.2v參考電壓。

（你可以看到，在一般原理圖中，電位器和R8和R9值高出一個數(shù)量級，這是因為我唯一的一個是100K的，但建議的值是10K，R8和9的是原理圖中的那個）

左側(cè)的運算放大器（IC1c）負責(zé)將電流限制為電位器的最大設(shè)置。由于檢測電阻為1歐姆，因此其上的電壓將與流過它的電流相同。

電位器位于1k電阻的頂部，電阻器上方有160mV的壓降，因此電位器的最小輸出電壓為0.16v，在這種情況下，電路將限制最大電流為160mA，非常適合為300mAh電池充電。

電位器兩端的電壓降約為1.6V，因此最大電流限制將略高于1.6A。調(diào)節(jié)電位器可以獲得0.16至1.6v之間的任何電壓輸出，這意味著最大電流限制在160和1600mA之間。

運算放大器將驅(qū)動晶體管，使檢測電阻兩端的電壓與電位計輸出相同。由于2.5V軌道，運算放大器將能夠輸出足夠低的電壓，幾乎關(guān)閉晶體管并設(shè)置低電流限制。

在恒定電流階段結(jié)束時，電池電壓接近4.2v極限，超過該極限電池將被損壞，此時，電路的電壓限制器部分開始并且恒定電壓階段開始。

4.7v齊納二極管以及R10和11分壓器在VCC（~12v）以下產(chǎn)生4.2v參考電壓。當(dāng)電池兩端的電壓達到4.2v時，第二個運算放大器（IC1d）開始將電壓泵入第一個運算放大器的反相輸入端，這樣可以降低晶體管的輸出電壓，從而使電流流過電池開始下降以保持4.2V。

隨著電池充電并且內(nèi)部電阻增加，需要更少的電流來保持4.2V電流，因此電流將緩慢下降。當(dāng)流過電池的電流低于標稱容量的3-10％時，電池被認為是100％充電。

第5步：充電指示器

對電池完全充電可能需要2到4個小時，具體取決于充電速率（我建議保持在0.5到0.7C之間）。當(dāng)流入電池的電流小于額定容量的3-10％時，電池100％充電，上面的電路將告訴我們何時發(fā)生這種情況。

第四個運算放大器（IC1b）用作比較器;在非反相輸入端，它采用檢測電阻兩端的電壓（超過2.5V軌），在恒壓或飽和充電階段將下降，并將其與電位器設(shè)定的電壓的一小部分進行比較。

R15和16分壓器輸出設(shè)定電壓的9％，并將參考電壓饋入運算放大器的反相輸入。

當(dāng)檢測電阻兩端的電壓（與流經(jīng)電池的電流相同）降至分壓器設(shè)定的基準電壓以下時，in-的電壓大于in+中的電壓，因此運算放大器輸出降至GND并關(guān)閉LED。

通過這種配置，LED在充電時打開，在電池充滿電時關(guān)閉。如果您希望在充電完成時打開它，只需更換運算放大器輸入引腳即可。

第6步：構(gòu)建充電器

現(xiàn)在我們完成了理論，讓我們真正構(gòu)建充電器！

首先，您需要PCB，可以在線訂購或DIY。當(dāng)PCB準備好所有孔和鍍錫焊盤時，是時候開始填充電路板了。

根據(jù)我的設(shè)計，所有組件都是通孔的，所以任何人都可以制作它，但如果喜歡較小版本的電路板，可以下載.brd文件并將所有組件編輯到SMD。

我使用的大多數(shù)電阻都是1％的容差，你可以使用常見的5％電阻。

焊接電阻器和跳線，然后焊接電容器和二極管，注意極性！

如果您沒有與我相同封裝的電位器，可以使用一些電線焊接外部電極，或者僅編輯封裝。

我使用的檢測電阻是一個4W1ohm的電阻，您可以使用不同的電阻，但不能低于3W。

晶體管是兩個TIP122達林頓對，沒有必要使用達林頓晶體管，任何增益超過100且具有2A電流能力的BJT都可以工作，但要檢查基極電阻以匹配您的晶體管！

此外，您幾乎可以使用任何其他四通道運算放大器，請務(wù)必選擇引腳兼容的運算放大器。

我用兩個輸出制作了電路板，一個帶有螺絲端子，另一個帶有DSI電池連接器，它們是并聯(lián)的，但您應(yīng)該一次只給一個電池充電。請記住，此充電器設(shè)計用于為單節(jié)電池充電，而不是兩節(jié)并聯(lián)，也不是兩節(jié)串聯(lián)。

完成焊接后，將散熱器擰到晶體管上，它們會耗散相當(dāng)大的功率！我使用的那個相當(dāng)小，也許應(yīng)該使用更大的一個，但我認為它不會超過70?C所以現(xiàn)在沒問題。

現(xiàn)在為您的電路板添加一些壓鉚螺母柱，它已準備就緒。

第7步：測試＃1

作為第一次測試，我要給600mAh的電池充電，在0.5C充電才能安全。

首先，將萬用表連接到輸出，并將撥盤設(shè)置為10A范圍內(nèi)的電流。插上充電器并轉(zhuǎn)動電位器，直到輸出電流為電池額定容量的一半，在我的情況下為0.3A。

然后，將電池連接到充電器，并注意極性，在我的電路設(shè)計中，正極引腳位于連接器的右側(cè)。

當(dāng)我開始給電池充電時，它的開路電壓為3.1v，所以電量很少。大約一個半小時后，電池的電壓為4.09v，即將進入恒壓階段。

一個半小時后，我看到LED正在調(diào)光，所以我通過檢測電阻兩端的電壓降來檢查電流，電流約為24mA，小于初始300mA的9％。此時電池已完全充電。

這款充電器效果很好，我用600mAh電池、840mAhDSI電池、200mAh手表電池和4000mAh平板電池進行了測試。它們都需要大約3個小時才能完全充電，4Ah需要花費更長的時間，但僅僅因為充電器限制在1.6A，這是0.4C的充電速率。