定时式N型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，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，本发明人研制了定时式N型恒流充电器，它采用了独特的双NPN型三极管组成工作管与休眠管，工作管与休眠管又自动转换成为不容易损坏的恒流充电电路，其工作管与休眠管之间的转换采用高灵敏的三极管作转换控制，精确可靠，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、定时式N型恒流充电器由负载单元、涓流电阻、恒流充电单元、定时结束单元、提示单元共同组成。

其中：负载单元由被充电池、接触指示发光管与接触指示保护电阻组成：接触指示发光管与接触指示保护电阻串联，一端接在输入端，另一端接恒流充电单元，被充电池的正极接输入端，被充电阻的负极接恒流充电单元。

涓流电阻接在被充电池的负极与地线之间。

恒流充电单元由充电工作电路、休眠备份电路、切换电路组成。

充电工作电路由充电管、工作限流串联支路、工作恒流电阻、充电管触发电阻组成。

休眠备份电路由休眠管、备份限流串联支路、备份恒流电阻、休眠管触发电阻组成。

切换电路由切换三极管、切换三极管触发电阻、基极接地电阻组成。

充电管与休眠管的集电极都连接被充电池的负极。

充电管的发射极接工作恒流电阻到地线，充电管的基极与地线之间接工作限流串联支路，充电管触发电阻的一端接充电管的基极，另一端接定时结束单元中定时集成电路的输出端。

休眠管的发射极接备份恒流电阻到地线，休眠管的基极与地线之间接备份限流串联支路，休眠管触发电阻的一端接休眠管的基极，另一端接定时结束单元中定时集成电路的输出端。

切换三极管触发电阻的一端接充电管的发射极，另一端接切换三极管的基极，基极接地电阻接在切换三极管的基极与地线之间，切换三极管的发射极接地线，切换三极管的集电极接休眠管的基极。

定时结束单元由定时集成电路与外围振荡电路组成。

外围振荡电路由振荡电阻、振荡电容、保护电阻组成。

振荡电阻的一端与振荡电容、保护电阻的一端相接，成为振荡中心点，振荡电阻的另一端接定时集成电路的振荡1端第1脚，振荡电容的另一端接定时集成电路的振荡2端第2脚，保护电阻的另一端接定时集成电路的振荡3端第3脚，定时集成电路的输入1端第5脚与定时集成电路的输入2端第7脚接地线，定时集成电路的地线端第10脚接地线，定时集成电路定时输出端第8脚即是定时集成电路的输出端。

提示电路由语音体系与充电过程指示支路组成：语音体系接在输入端与定时集成电路的输出端之间，充电过程指示支路由充电过程指示灯与充电过程指示保护电阻串联在定时集成电路的输出端与地线之间。

2、工作限流串联支路与备份限流串联支路都是由发光管与二极管串联而成。

3、语音体系由语音片、压电陶瓷片、助音电阻组成，压电陶瓷片的两极上分别接两根引线接语音片，助音电阻接在压电陶瓷片的两极上。

进一步说明：

1、工作原理说明：

由于本发明中的恒流充电单元中的三极管是采用NPN三极管，作为通道开通与断路的控制，所以控制点是连接在被充电池的负极与地线的通道上。当NPN三极管处于饱和时，被充电池的负极与地线相结，成为充电通道，对电池充电。反之当NPN三极管处于截止时，被充电池的负极与地线开路，则不能产生充电主回路，则不能实现大量的电流充电，只能通过涓流电阻（图2中的3）对被充电池产生充电的维持电流。由于本发明的通断在电池的负池，所以涓电阻是连接在电池的负极与地线之间。也即是并联在开关管的两端。

当被充电池没有接触好时，接触指示发光管（图2中的2.2）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，定时集成电路（图2中的9.1），开始对充电计时，同时输出端输出高位，充电过程指示支路有电流通过，指示灯亮；并激励恒流充电单元中的充电管，成为饱和状态，使被充电池的负极接地，开始对被充电池充电。

本发明采用恒流充电，采用计时方式结束充电。对一大类被充电池特别是酸性电池充电，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。

在充电过程中，充电电流是恒流，其原因为三极管接成了恒流源的形式，所以整个充电过程是恒流充电。

当计时到位后，定时集成电路（图2中的9.1） 输出端输出的高位变为低位信号，恒流充电单元中的三极管无激励信号，由导通变为截止。停止充电。因为定时集成电路输出端为低位，电源电流经语音体系（图2中的10.1）进入定时集成电路输出端，所以能发出微弱的语音提示。充电过程指示支路此时无电流通过指示灯将熄灭，这种状态将持续到使用者取出被充电池为止。其原因是对定时集成电路选用的是一次的周期选择。其性能可以由定时集成电路保证。

应指出的是本发明设计的恒流充电单元，包含有两只三极管，即是充电管（图2中的6.1）与休眠管(图2中的7.1)。尽管两管对被充电池组成了或门的充电通道。但是由设计措施的特殊性，平常只有充电管通电工作，而休眠管却处于开路状态，但是一旦充电管损坏，充电休眠管将自动投入通电工作。

当被充电的电池充电满后，因为被充电池的负极与地之间接有涓流电阻（图2中的3），因而能向被充电池提供所需的维持的涓电流的对地通道。

1、线路特点分析：

（1）、恒流充电单元由两管同时担任。

措施中恒流充电单元的通电与断路控制的两管是NPN三极管，但是又连成了恒流源的形式，所以恒流充电单元内部的两三极管，担任了连通与关断的控制功能，又担任了恒流源双重功能。

由于充电管与休眠管所接的恒流的方式一致，故用充电管的连接加以说明形成恒流源的原理是：充电管（图2中的6.1）的发射极串联了工作恒流电阻（图2中的6.3），形成了负反馈。同时基极到地连接了工作限流串联支路（图2中的6.2），有限流的作用，当负载电流过大，且超过了工作限流串联支路的阀值时，基极电流将分流，不再经过充电管放大，因而保证了发射极电流为一定值，因而成为一种恒流源。之所以用发光管与二极管的串联作为工作限流支路，因为发光管有发光的功能，有利于调整。之所以用一只发光管与一只二极管串联的原因是，发光管的NP节约为1.2伏左右，而不是0.7伏，而再加一只二极管后，将高于切换三极管（图2中的8.1）的PN节可以使切换三极管处于工作状态。工作恒流电阻为工作恒流可调电阻与工作恒流保护电阻串联而成，工作恒流可调电阻可以对恒流值进行调整，工作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，当工作恒流电阻调试正确时，工作限流串联支路中的发光管发微光或较亮光，表示调试正确。因为此时限流件起作用。产生恒流效果。

（2）、接触显示单元。

电池接触指示，由接触指示发光管（图2中的2.2）与接触指示保护电阻（图2中的2.3）组成，当被充电池与充电器未连接好时，接触指示发光管不亮。接触指示发光管光亮时，电流通道是从电池正极经过接触指示发光管支路到电池的负极。

（3）、定时结束单元。

定时结束单元由定时集成电路与外围振荡电路组成。

A、外围振荡电路。

该电路由定时集成电路定时集成电路的振荡1端第1脚所连接的振荡电阻（图2中的9.2），定时集成电路的振荡2端第2脚所连接的振荡电容（图2中的9.3），定时集成电路的振荡3端第3脚所连的保护电阻（图2中的9.5）共同组成。

该电路的功能主要是可以进行频率调，从而使定时集成电路具有可调的定时时间的功能。

产生振荡与频率可调的原理是，振荡电阻与振荡电容是定时集成电路内部的振荡可调件，形成的RC振荡电路。振荡电阻中的频率可调电阻与可调保护电阻形成了频率调整支路，如果频率调整的振荡两电阻的串联值大，则对振荡电容充电与放电的时间长，则振荡的周期的越长。所以频率调整支路的阻值可以成为频率可调的原因。也即是周期可调的原因。在频率调整支路，频率保护电阻是对频率可调电阻最小值的限制。

本单元的另一个特点是振荡电容采用了无极形式，因而能使电容的漏电变得很小，因而振荡很可靠，不易停偏振，同时相对频率准确，因而定时准确，符合普通产品的要求。

B、定时集成电路。

该电路主要由定时集成电路（图2中的9.1）组成。根据该集成电路的特性，本措施中将该集成电路设计成为了一次周期定时。即是到了定时时间后，不再循环。二是未到定时结束，其定时到位输出端输出为低位。以符合本措施中的充电逻辑。

由于该集成电路是一种优秀集成电路，所以有着外转件少，可靠，定时长，选择性好等优点，所以进一步提升了本发明的性能。

（4）、恒流充电单元中的切换电路、充电管与休眠管的特点及说明。

A、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充电回路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。

恒流充电单元主要由三大电路组成，即是由充电工作电路、休眠备份电路、切换电路共同组成。

其中充电工作电路由充电管（图2中的6.1）、工作限流串联支路（图2中的6.2）、工作恒流电阻（图2中的6.3）、充电管触发电阻（图2中的6.5）组成。

休眠备份电路是由休眠管（图2中的7.1）、备份限流串联支路（图2中的7.2）、备份恒流电阻（图2中的7.3）、休眠管触发电阻（图2中的7.5）组成。

切换电路是由切换三极管（图2中的8.1）、切换三极管触发电阻（图2中的8.2）、基极接地电阻（图2中的8.3）组成。

上述三大电路之所以本发明中一个最重要的核心。其原因本发明设计了这样电路后，从通电 的一开始充电管就始终处于开通的工作状态，而休眠管则处于断路的“休眠状态”，一旦充电管损坏而停止工作时，充电休眠管将自动投入工作，因此大大提升了充电器的寿命。

B、产生 “工作与备份式工作”的原因分析。

充电管与休眠管的线路对称，而且激励后的效果都是使两三极管饱和，但是充电管 未损坏时，发射极有输出，所以切换三极管有正向偏置，成为饱和，从而钳位了休眠管的基极，使该管处于截止，由于休眠管集电极无电流，所以无功率消耗，将一直处于“休眠”的状态，一旦充电管损坏或性能变弱，切换三极管会自动成为截止状态，因而休眠管基极不会被钳位，将自动投入，代替充电管工作。

此外还应说明几点，一是在理论上三极管的寿命尽管很高，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状态，所以无论是充电 三极管工作，还是休眠管工作，所以整个充电性不会发生变化。三是采用一管（本发明中的休眠管）为休眠状，所以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，因为休眠管功耗近似为零。同时如果简单地并联，必需要采取两管的平衡措施，而采取了平衡措施，正常充电时，是两管输出电流，当一管损坏后其输出由两管电流变为了一管输出电流，两者性能存在差距。

因为上述原因，所以要本发明采用“工作与备份式工作”的方式措施意义是很大的。

C、对切换管的的说明。

一是为什么维修统计中，回路中控制充电的开与关三极管容易坏，一个重要的原因是充电回路中的充电电流值较大，功耗大，易损坏，加之电流骤然从大变到零，对器材内部形成一种冲击，也形成了一层原因，而切换三极管负载为休眠管的基极电流，功耗很小很小，所以不会损坏，因而不会成为新的故障点。

二是充电回路的充电电流为10毫安以上，当电池容量大时还将是1A以上，而切换三极管的基极电流仅在0.5毫安以下，所以对恒流值不会产生影响。

（5）、提示电路。

由语音体系与充电过程显示支路组成。

本发明设计有声音提示，即是语音体系，如图3所示。当该电路为充小容量电池服务时，充电器不可能装喇叭之类的较大体积的发音体，只能采用片状的压电陶瓷片（图3中的10.12），为了提升音量，所以在压电陶瓷片的两极增焊了一个助音电阻（图3中的10.16），成为音频的一通路，能达到提升音量的目的。调试到位，效果会明显增加。

充电过程显示支路由充电过程指示灯（图2中的10.2）与充电过程指示保护电阻（图2中的10.3）组成。充电过程中，因为定时集成电路输出端为高位，所以充电过程指示灯亮，语音体系无音；充电结束后，定时集成电路的输出端由高位变为低位，所以充电过程指示灯熄，有电流从输入经语音体系流入定时集成电路的输出端语音体系发音有声音提示。

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，三是被充电池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（如开关管与恒流源为一体），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是定时式N型恒流充电器单元关系图。

图中：1、输入端；2、负载单元；3、涓流电阻；5、恒流充电单元；6、充电工作电路；7、休眠备份电路；8、切换电路；9、定时结束单元；10、提示单元。

图2是定时式N型恒流充电器的电路原理图。

图中：1、输入端；2.1、被充电池；2.2、接触指示发光管；2.3、接触指示保护电阻；3、涓流电阻；6.1、充电管；6.2、工作限流串联支路；6.3、工作恒流电阻；6.5、充电管触发电阻；7.1、休眠管；7.2、备份限流串联支路；7.3、备份恒流电阻；7.5、休眠管触发电阻；8.1、切换三极管；8.2、切换三极管触发电阻；8.3、基极接地电阻；9.1、定时集成电路；9.10、定时集成电路的第10脚；9.11、定时集成电路的第1脚，9.12、定时集成电路的第2脚；9.13、定时集成电路的第3脚；9.15、定时集成电路的第5脚；9.17、定时集成电路的第7脚；9.18、定时集成电路的第8脚；即定时集成电路的输出端；9.2、振荡电阻；9.3、振荡电容；9.5、保护电阻；9.6、振荡中心点；10.1、语音体系；10.2、充电过程指示灯；10.3、充电过程指示保护电阻。

图3是语音体系图。

图中：10.11、语音片；10.12、压电陶瓷片；10.13、压电陶瓷片的一极；10.15、压电陶瓷片的另一极；10.16、助音电阻。

图4是检测恒流源的假负载图。

图中：1、输入端； 2.2、接触指示发光管；2.3、接触指示保护电阻； 6.1、充电管；6.2、工作限流串联支路；6.3、工作恒流电阻；6.5、充电管触发电阻；20、假负载串联的二极管；21、假负载串联的电阻；22、电流表。

具体实施方式

图1、2、3、4例出了一种实施制件实例。

一、挑选元件：集成电路选用CD4541，NPN三极管采用8050，语音体中的语音片，选测普通低等的种类，只能发声就行，语音体中的压电陶瓷片 的大小根据安装机盒定，二极管采用面结合型二极管，可调电阻，与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原理图焊接元件。

三、通电 检查与调试。

1、对恒流充电单元的检查。检查与测试见图4。

A、焊接一个假负载，先用2至3个二极管串联，再与一只固定电阻，及一只可调电阻串联。其中这两只电阻应选功率大的种类。用假负载代替被充充电池，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

调整假负载的阻值，此时电流表的批示不发生变化。如果正确，说明恒流源工作正常。

B、调节充电管的的恒流之值。

断开休眠管的回路，即是集电极，调节充电管（图2中的6.1）发射极所串的工作恒流电阻（图2中的6.3）的值，使其恒流值符合要求，此时还应观察工作限流串联支路（图2中的6.2）中的发光管应微显光，如果不发微光，应将工作恒流电阻之值加大。

C、调节休眠管的的恒流之值。

断开充电管的回路，即是集电极，断开切换三极管（2中的8.1）的集电极。调备份恒流电阻（图2中的7.3）之值，使其恒流值符合要求，此时还应观察备份限流串联支路（图2中的7.2）中发光管应微显光，否则应将备份恒流电阻之值加大。同时还应注意，其中充电管（图2中的6.1）与休眠管（图2中的7.1）的恒流值应基本一致。

2、对定时结束单元外围振荡单元的检查。

A、充电过程的工作状态的检查。

用示波器的热端连接振荡电容（图2中的9.3）的一端，冷端接地。

该线路外围简单，加之有采用无极电容的接法后，不会漏电，在接通电源后，示波器立即会出现振荡图形显示。

如果不正确，只可能是元件焊接连接有误。

B、频率可调的的检查。

调整振荡电阻中两电阻的阻值，使调节频率的范围符合设计的要求，用振荡的频率可以算出振荡的周期，可以根据振荡的周期，以及内部计数器的分频级数，算出定时的预定时间。并可以用用快速调试法印证。该法即是在振荡电阻两端新增加一个阻值很小的电阻，此时定时集成内部定时内部计数器输出端很快有输出。

3、对定时结束单元定时电路通电的检查与调试。

用快速调试法。该法即是在振荡电阻（图2中的9.2）两端新增加一个阻值很小的电阻，此时定时集成电路（图中的9.1）内部定时内部计数器输出端很快有输出，而使定时集成输出端输出低位，此时充电过程指示灯（图2中的10.2）由亮变熄，同时语音体系（图2中的10.1）将发出微声。

说明：用快速调试法的原理是，当并上新的阻值小的电阻后，频率极剧的加快，周期极剧变短，因而定时集成电路内部计数器很快有结果输出。

4、对充电管（图2中的6.1）的工作状态检查。

接上假负载。

A、充电管状态检查。

用地线短路振荡中心点（图2中的9.6），通电后，振荡偏振，输出端输出高位，模拟成为了充电状态。此时用万用表的电压表测试充电管（图2中的6.1）的发射电压，压应为一定值电压。

B、充电结束时的检查。

用快速调试法。该法即是在振荡电阻（图2中的9.2）两端新增加一个阻值很小的电阻，此时定时集成定时输出端输出由高位变为低位，拟成为了充电结束状态。此时用万用表的电压表测试充电管（图2中的6.1）的电压，此时为零。

5、对切换三极管（图2中的8.1）的检测与调试。

A、将定时集成电路（图2中的9.1）模拟成为了充电状态。即是定时输出端为高位输出的状态。

短路切换三极管触发电阻（图2中的8.2），同时短路充电管（图2中的6.1）的基极与发射极，模拟充电管损坏的情况，将电流表串联在切换三极管集电极回路中，此时切换三极管集电极应无电流，如有电流，则应减少基极接地电阻（图2中的8.3）的阻值。或因三极管损坏换新三极管。

B、将定时集成电路模拟成为了充电状态。即是输出端为高位输出的状态。测切换三极管的集电极电压，应为饱和值0.2伏，如果不是，则应减少切换管基极串联的电阻。

6、对充电管与休眠管自动切换检查。

用假负载电阻接在被充电池的位置。模拟定时集成电路定时输出端为高位输出的充电状态。

A、将万用表的电压表测量休眠管（图2中的7.1）的发射极电压，或将电流表串联在休眠管集电极回路中，在充电管（图2中的6.1）工作时电表应无指示。

B、将万用表的电压表测量休眠管的发射极电压，或将电流表串联在休眠管集电极回路中，短路充电管的基极与发射极，（模拟该管损坏），此时电流表应指示有电流。而且此值与充电管充电电流基本一致。其意义表示当工作管损坏时，休眠管已自动投入工作。

如果指示不正确，则是连续错误，或休眠管损坏。

7、当正确安装被充电池后，接触指示发光管（图2中的2.2）应亮光。

8、用快速法调试定时集成电路（图2中的9.1），定时结束时充电过程指示灯（图2中的10.2）熄。

9、对语音体系的检查与调试。

让语音片（图3中的10.11）接上电源，此时压电电陶瓷片（图3中的10.12）会发声音，调换助音电阻（图3中的10.16）阻值，使压电电陶瓷片达最大音量。

将语音体系按图片2恢复正确连接，用快速法调试定时集成电路（图2中的9.1），定时结束时，语音体系将进行语音提示。

10、对涓流电流的检测。

将电流表串联在涓流电阻（图2中的3）支路上，调试涓流电阻阻值，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。