恒流充电器

六、恒流充电器

电池维修常常需要恒流，这里介绍几款恒流充电器，既可以充电又可以消除电池负极硫酸盐化等故障。

1．容抗限流的“恒流”充电器原理

最简单的“恒流”充电器如图3-14（a）所示简易容抗限流式恒流充电电源，利用容抗降压限流，容抗Xc＝1/2πƒC，式中π圆周率3.14，ƒ市电频率50Hz，C电容容量单位法拉（F），Xc容抗单位欧姆（Ω）。整流桥用6～10A耐压600V以上的，电容用CBB或油浸耐压630V的。该充电器直接由市电整流，故存在安全问题，非专业人士禁用！

电流I可按下式粗略估算：I＝μFF/Xc＝μFF×2πƒC＝314×μFF×C式中I为电流单位安培A；μFF为220V和被充电池额定电压之差，单位为伏特（V）；C电容容量，单位为法拉（F），用于限流的电容一般为微法级，需要乘以0.000001。例如给3块12V电池充电，电容为3.3μF，μFF＝220－（12×3）＝184（V），I＝314×184×3.3×0.000001＝0.19（A）。

图3-14　简易容抗限流式恒

细心的读者会发现，这一电路对1块、2块、3块12V电池串联充电，电流差不多，所以笔者称之为“恒流”。

常用的几种容抗限流“恒流”充电器的电容容量取值估算：

容抗Xc＝1/2πfC，式中：C电容容量，单位为法拉（F），f交流电频率，市电频率50Hz，Xc的单位是欧姆（Ω）。接入市电，电流I＝220/Xc＝220×2πfC＝220×2×3.14×50×C＝69080C，即I=69 080C。

如果容量单位用微法（μ），前面公式I=0.06908C，由电流确定电容公式如下：

C＝I/0.06908≈15I

（1）重点实例一

1A充电器。电池维修时常用0.1C的电流连续充电数十小时，对10A·h的电池而言，0.1C的电流是I＝1A。代入公式计算，电容为15μF（微法）。可用一只10μF电容和一只4.7μF电容并联使用，电容选工作电压为630V的无极性电容，如图3-14（b）所示。

10A·h电池的0.05C的电流是I＝0.5A，电容可选6.8μF或者10μF无极性电容，如图3-14（c）所示。

（2）重点实例二

2A充电器。对20A·h的电池而言，0.1C的电流是I=2A，计算结果电容为30μF（微法）。可用一只22μF电容和一只4.7μF电容并联使用，工作电压也选630V的，如图3-14（d）所示。

气泵上单相电机的裂相电容是无极性的，一般有两只耐压450V的，一只是运转电容30μF，一只是启动电容150μF。其中30μF的运转电容可以用，零售价为10～15元/只。

20A·h电池的0.05C的电流是1A，电容同重点实例一。1A充电器选的4.7μF和10μF无极性电容并联。也可以用两只30μF的运转电容串联使用，总容量为15μF（电容串联总容量下降）。

（3）重点实例三

对维修早期失效（PCL）电池需要的0.3～0.5C，笔者建议使用多只0.1C的并联使用，并联方法是桥式整流的_输出端并联。

前面讲的整流桥都选用电流6A、耐压600V以上的器件。一般在限流电容两端并联一只2W的240～510kΩ电阻，这只电阻叫做泄放电阻。

利用容抗限流的恒流充电电源优点是简单、可靠（故障率接近零）、损耗小。缺点是两个安全问题，一个是前面讲过的带市电问题，一个是电流冲击问题。

电容具有两端电压不能跃变的特性。假设情况一：在市电交流电峰值时接通电源，此时如果电容还没有充电，电容两端的电压为零，那么电流瞬时值很大，等于峰值电压减去电池电压后除以电池内阻。假设情况二：如果电容在接通市电瞬间前储存有电能，并且方向和该时刻电源峰值相反，那么接通电源瞬间的电流更大。在限流电容两端并联泄放电阻，在断开市电后可以将电容储存的电能泄放掉，避免情况二的冲击电流。如果在市电过零时接通电源，就不存在电流冲击问题了。

大的冲击电流对整流桥和电池都有杀伤作用，所以这类充电器额定电流都不大，整流桥的电流参数选择安全系数大一些更可靠。

2．日泉RQ36-2.0频率跟踪自动控制充电器

如图3-15所示为上海日泉能源发展有限公司的专利产品日泉RQ36-2.0频率跟踪自控制充电器，它也是利用容抗对市电降压整流为3块12V电池充电，两只电容MC1、MC2并联时是一个大的恒流，实测1.83A，一只电容MC2工作时是一个小的恒流，实测0.23A。利用继电器K3来控制一只电容工作还是两只电容并联工作，电容并联总容量等于各电容容量之和。该继电器K3由电压比较器IC2和Q7等组成的控制电路控制，当电池电压低于43.5V时，两只电容并联工作，以1.83A恒流充电，当电池电压高于43.5V时由K3切断MC1，仅电容MC2工作，以0.23A恒流充电。

该充电器和普通三段式充电器的区别：电流切换的依据为该充电器检测的电池组端电压，普通三段式充电器高、低恒压切换的依据是对电池的充电电流；本充电器即使充足了电也会有200mA电流，好的三段式充电器充足了电，电流很小接近为零。

该充电器有三个特点：（1）不接电池时，或者电池电压低于30V时，充电器不工作，电路由继电器K2切断和市电的联系。（2）为保证人身安全，保持电池端的热地电位处于低电位，和零线电位接近，即确保电容MC1、MC2串联在火线侧而不是零线侧，这个电路由继电器K1的双刀双掷部分切换，而继电器K1的动作由Q5、IC1、Q3为核心的电路完成。（3）由于（1）是市电整流带脉冲性质；（4）近似于恒流，即使电池充足了，也保持0.2A左右的电流对电池过充电，因此对电池的硫化等问题有相当好的治疗作用。

当然，要一分为二来看待这一特性，其优点（3）也是缺点：如果充电时间超过5～6h还未切断市电，长时间的过充可能会造成电池失水。阀控电池因氧循环热失控，严重时会造成电池变形。因此，笔者把该充电器作为电池维修工具介绍给大家。

（1）主要元器件

图3-15中IC1、IC2为运算放大器LM358；K1、K2、K3为3只48V继电器，吸合线圈电压达到30V可以动作，降低到8V恢复失电状态；ZD2、ZD3为两个10A的整流桥；MC1、MC2为厂家特制器件，MC1是22μF的无极性电容和150kΩ电阻并联，MC2是3.3μF的无极性型电容和150kΩ电阻并联；AT为20cm的软导线打结后黏在壳内，作为接收天线；LED1为电源工作指示灯，红色发光二极管；LED2绿色发光二极管，熄灭表示1.8A充电状态，点亮为涓流充电状态。

（2）工作原理

当不接电池、只接市电220V时，Q4截止，K2的吸合线圈中因为没有电流通过，常开触点不能闭合，因此所有电路不工作。接上电池后，并且电池电压大于30V时，电流通过K2的吸合线圈经R18触发Q4，Q4导通后使K2吸合线圈得电动作，常开触点K2-1、K2-2闭合，交流220V通过K2到达K1的活动触点，再经过MC2到达ZD3腰部——交流输入端，ZD3_输出脉动电流，再通过隔离二极管D1、D5给电池充电构成回路一。还有一个充电回路是：交流220V通过K2、K1、K3、MC1、ZD2也通过隔离二极管D1、D5给电池充电构成回路二。此时ZD3、ZD2两个整流桥都工作，以较大的电流1.83A给电池充电，同时LED2绿色指示灯熄灭，表示充电器工作在大电流充电状态。

随着电池电压的升高，IC2第①脚的取样电压也升高，当电池端电压达到43V时，IC2第②脚_输出高电位，经R10、D4触发Q7控制极，Q7导通后，继电器K3吸合线圈中有电流通过，K3常闭触点断开，将MC1切断，ZD2不工作了，只有ZD1工作，充电电流变为0.2A电池进入浮充状态。同时LED2绿色指示灯发光，表示充电器工作在浮充状态。

由天线AT、双极型三极管Q5、电压比较器IC1、晶闸管Q3、继电器K1等元件构成火线、零线识别自动校正系统，大概是本充电器的专利核心内容。其工作原理如下：

假设此时电源插头上部（保险管侧）为零线，插头下部为火线，MC1、MC2经继电器K1的常闭触点串联在火线端，220V主要压降在MC1、MC2上，此时充电_输出端的主体元器件靠近零线端，充电器_输出的负极（低压侧地）为低电位，人体各部位误触充电器_输出插头也不会触电。AT为20cm的软导线打结后黏在壳内相当于一个接收天线，它接Q5的基极，Q5的发射极经R7接充电器_输出的负极，也就是低压侧地。因为天线接收的信号中最强的是50Hz工频信号，因为Q5发射极电位近似大地电位。接收的50Hz工频信号微弱不足以使Q5发射结导通，因而Q5截止。IC1的③脚低电位，①脚_输出低电位，Q3没有触发保持截止，K1为失电状态不动作。

现在假设火线、零线接反，即电源插头上部（保险管侧）为火线，插头下部为零线，此时充电_输出端的主体元器件靠近火线端，充电器_输出的负极（低压侧地）将有很高的交流电压，这个电压接Q5的发射极，此时加到Q5发射结的50Hz工频信号强到足以使其检波导通，Q5的导通使IC1的③脚高电位，IC1的①脚_输出高电位，经R4、D2触发晶闸管Q3控制极，Q3的导通使继电器K1得电动作。K1的活动触点K1-1、K1-2同时与常闭触点断开、并和常开触点接通，使MC1、MC2经继电器K1的常开触点重新串联在火线端、充电_输出端的主体元器件靠近零线端，保证了使用者的安全。

图3-15　日泉RQ36-2.0频率跟踪自控制充电器

图3-15中Q2、Q1两个单向晶闸管串联，并联在整流桥的_输出端，其作用是防止高电压击穿电池正、负极板的绝缘而损坏电池。整流桥的_输出端本来应该是100Hz的馒头形高压脉动直流电，由于Q1、Q2、D1、D5的存在以及MC1、MC2的限流作用，充电电流实为形同锯齿的脉冲。

在馒头形的形成初期，电压低于电池电压时D1、D5反偏截止，没有充电电流；馒头形中部电压高于电池电压，D1、D5正偏开始导通，充电电流形成并增加；馒头前沿上升到一定程度时，Q1、Q2导通相当于短路，220V_电压几乎全部降在MC1、MC2上，Q1、Q2导通时，D1、D5反偏截止，充电电流迅速截止。

一般用电容容抗限流的充电器实际电流峰值较大，选用开关时要有足够的富裕量。