PDF资料：LM324
本文介绍的自制充电器用LM324的4个运算放大器作为比较器，用TL431设置电压基准，用S8550作为调整管，把输入电压降压，对电池进行充电，其特点是电路简单、工作可靠、无需调整、元器件容易购买等，下面分几个部分进行介绍。
1.LM324特性
(1)短路保护输出
(2)真正的差分输入级
(3)单电源供电：3.0 V至32 V(LM224、LM324、LM324A)
(4)低输入偏置电流：100 nA最大值(LM324A)
(5)每个封装有4个放大器
(6)内部补偿
(7)共模范围扩展至负电源
(8)行业标准的引脚分配
(9)输入端的ESD钳位提高了可靠性，且不影响器件工作
(10)提供无铅封装
图1 LM324外形图
2.电路设计
2.1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)。
2.2大电流充电
(1)工作原理
图2 工作原理图
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。
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。
2.3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)。
2.4IC1-4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。
