电子小白的福利：无 MCU 镍镉充电器设计全解析

镍镉（NiCd）电池凭借其高能量密度和长寿命的显著优势，在消费电子产品领域得到了广泛的应用。制造商通常推荐采用恒流充电方式来为镍镉电池充电。包括维基百科等多个权威网站都建议，应以 0.1C 的速率（也就是额定容量的 10%）对镍镉电池进行安全充电，充电时长为 14 至 16 小时，而非传统认为的 10 小时。

这是因为慢速充电能够有效避免电池温度升高，从而防止对电池寿命产生不良影响。而且，在充电过程中会存在能量损失的情况，所以需要向电池提供比其实际容量更多的能量，这就使得充电时间需要达到 14 到 16 个小时。

接下来为大家介绍一款用于对由两节 AA 型 1200mAh 电池组成的镍镉电池组进行慢速充电的电路，如图 1 所示。该电路可使电池以 120mA（1200mA 的 10%）的恒定电流充电约 15 小时。

图 1 为低成本镍镉电池（2 节 AA 型 1200mAh 电池组）慢充电路图，还具备充电容量指示功能。U5 和 U6 LED 条形图中的每个段表示充电容量增加 10%。由于充电电流恒定，所以充电时间就代表了充电容量。正常情况下，10 小时后电池应充满，但为了弥补充电过程中的能量损耗，充电时间会比实际需要的时间稍长一些。R2 和 C1 用于计数器的上电复位。图中未显示 U2、U3、U7 和 U8 的 Vcc 和 GND 引脚，它们必须分别连接到 9V 直流电源和 Vss。此电路不追求时间精度，每个段可能持续亮大约 1 小时。

每充电一小时，LED 条形图上的一个段（U5 和 U6）就会亮起。当充电达到 15 小时后，充电会自动停止。该电路并非基于微控制器，这意味着即使是没有编程知识或编程器的人也能够轻松搭建此电路。并且由于无需精确计时，所以这里未使用晶体振荡器定时电路。

下面详细介绍其工作原理。U1 为 555 定时器，被配置为非稳态多谐振荡器，用于产生宽度为 0.88 秒的脉冲序列。R7 可替换为一个 50K 欧姆的电阻和一个 50K 欧姆的多圈电位器串联，以便进行调节。LED D2 会以该频率闪烁。U7 将此脉冲序列进行分频，引脚 1 输出 2 12 分频后，得到脉冲宽度为 1 小时的脉冲序列。U2A 对这些脉冲进行计数。

U3 是一个 4 线到 16 线解码器，具有低电平有效输出。当选定的输出变为低电平时，对应的条形图段会亮起，而所有其他输出保持高电平。由于 U3 的第 15 引脚（即第 16 个输出）保持高电平，Q1 导通，电池开始充电，D1 也开始发光。U4 配置为恒流发生器，当 R3 设置为 10Ω 时，充电电流设置为 100mA，即 1200mA 的 10%。

在第一个小时内，U3 的 11 脚输出为低电平，LED 条形图 U5 的第一段亮起。1 小时后，计数器 U2A 加一，U3 的 9 脚输出为低电平，LED 条形图的第二段（U6）亮起。这个过程会一直持续到第 15 段指示灯亮起，表示充电已进行 15 小时。当充电进入第 16 小时时，U3 的第 15 引脚输出变为低电平，Q1 关闭，充电停止，“充电中” 指示灯 D1 熄灭。该低电平输出连接至 U8B 反相器输入端，并在 U2A 时钟输入端输出高电平，从而停止进一步计数。此时，Q1 继续保持熄灭状态，电池已充满电，可以投入使用。