可充电电池的种类较多，但镍镉电池，尤其是5#（AA型）电池，社会占有量最大。一些市售简单的充电器，往往采用恒压充电，充电时间需要充电人员来控制，容易造成未充满或过充电的现象（会对充电电池造成一定的损害）。
本文介绍笔者设计的恒流充电充电器电路，它充到要求的电压时自动转换成小电流（涓流）充电，可保证电池充满并且不会过充电。电路可以根据不同尺寸的电池调节充电的电流（从40mA到350mA），或满足不同的充电率C的要求。
本文介绍的充电器电路虽然不能与用专用充电器IC组成的充电器相比，但比一般市售简单充电器性能好，并适合爱好者自制。
镍镉电池及充电的基本知识
镍镉电池的额定电压是1.2V，终止放电电压是1.0V，到了终止放电电压还继续放电称为过放电。镍镉电池在环境温度20±5℃，充入电量为电池额定容量的120％～150％时， 可认为电池已充满， 充满时的电压为1.4～1.45V，最高的电压为1.5V。若超过1.5V还继续充电则称为过充电，过充电及过放电都会损害电池。
不同直径及长度的镍镉电池，其电池的容量（用mAh表示）各不相同。一般常用的几种镍镉电池的容量如表1所示。各生产厂家的产品其容量上有一定的差别，这里给出的是典型值。
电池的充电电流大小用充电率C来表示，C是电池的容量。例如，充电电池的容量是600mAh，若用1/2C的充电率，即充电电流为300mA。标准充电率是0.1C，用恒流充电，充14～16小时可以充满电。由于用标准充电率充电时间太长，采用充电器IC做成的快速充电器，可采用1C～2C的充电率。这要求能检测充电时的充电斜率-A（即-d\(_{V}\)/d\(_{t}\)），并检测电池的温度，防止电池温度过高而造成故障。
为了更好地充满电池，专用充电IC能在电池充到-Δ=10～20mV后，由大电流恒流充电改成涓流（小电流）充电（5～10mA）。在涓流充电时，电池电压并不提高，但容量在增加。完善的充电器有定时器，到时后自动停止充电。
恒流+涓流充电电路
一种适合爱好者自行制作的镍镉电池充电电路如图1所示。这是一种简易的充电器电路，它设有-Δ检测、电池温度测量及定时器电路，所以一般仅适用于0.5C充电率以下，采用0.3～0.4C的充电率不仅较安全，充电时间也不太长。
该充电器电路主要是由恒流源电路为主体，增加电压检测器（AN051A）、反相器（由VT2组成）及单模拟开关（4S66）等组成。这里先介绍一下单模拟开关4S66。
4S66是单模拟开关，它与4000系列四模拟开关MC14066、CD4066等的性能完全相同，其差别仅仅是封装不同（SOT-23-5封装），如图2所示。V\(_{CC}\)范围为3～18V，在4脚加高电平时开关闭合； 4脚加低电平时开关断开。通过开关的最大电流25mA（dc）。1、2脚为输入、输出脚，可互换。
在恒流源电路部分： 由充电电池作为负载。运算放大器（IC1）与单模拟开关（IC3）组成增益可变放大器： 4S66的控制端加高电平时，R3被短接，增益A\(_{V}\)=1+RP/R2（增益较小）； 4S66的控制端加低电平，开关断开，增益AV=1+（R3+RP）/R2，使增益加大。
在正常充电时，4S66控制端加高电平，模拟开关闭合，放大器增益小，6脚输出电压低，则P管的-V\(_{GS}\)大，以较大的恒流电流（如200mA）向电池充电，电池电压逐步升高。当电池电压（4节）充电的总电压到某设定值（如5.7V）时，电压检测器的检测电压V\(_{DET}\)=5.5V，其滞后电压V\(_{HYS}\)=0.05， V\(_{DET}\)=0.27V。若电池电压V\(_{BAT}\)>V\(_{DET}\)+V\(_{HYS}\)，则电压检测器输出（1端）由低电平跳变为高电平（>1/2V\(_{CC}\)）。VT2导通，VT2的集电极电压为低电平，此低电平使4S66模拟开关断开。运放的反馈电阻成为R3+RP，增益增加，运放输出端6脚输出电压提高，使P的-V\(_{GS}\)减小到-I\(_{D}\)仅5～10mA，实现涓流充电。
在正常充电时，电池电压V\(_{BAT}\)<V\(_{DET}\)+V\(_{HYS}\)，其输出端1脚输出低电平，LED1亮（表示在用大电流恒流充电），VT2截止，VT2集电极输出高电平，4S66的开关闭合，运放增益低，P管-V\(_{GS}\)高，大电流恒流充电。
当VBAT>VDET+VHYS时，电压检测器的输出端呈高阻态，LED1灭（表示大电流恒流充电停止），VT2导通，LED2亮（表示电池已基本充满，现以涓流充电）。
R3值的确定
RP的阻值决定了大电流恒流充电电流，调节RP可确定要求的充电电流I\(_{BAT}\)。R3的值确定涓流电流大小。为了确定R3值，需要做一个实验，看涓流电流I\(_{TRI}\)与P管的-V\(_{GS}\)的对应关系（同一型号的P管，其-I\(_{D}\)=5mA时，其对应的-V\(_{GS}\)也不相同）。开始时，电位器的滑臂在上端，使-V\(_{GS}\)=0，然后，电位器向下移，用直流电压表测0.1kΩ上的电压。若设涓流电流I\(_{TRI}\)=6mA，则0.1k上的电压为0.6V时，再用此电压测-V\(_{GS}\)值。可知道要6mA涓流时-V\(_{GS}\)的电压。
V\(_{CC}\)-V\(_{OUT}\)=-V\(_{GS}\)，若V\(_{CC}\)=6V，-V\(_{GS}\)已测定则可求出运放的输出电压V\(_{OUT}\)。运放输入端的电阻R\(_{S}\)=1Ω，则在6mA涓流时，输入运放3脚的电压V\(_{IN}\)=6mV，其增益A\(_{V}\)=V\(_{OUT}\)/V\(_{IN}\)。则可求出增益A\(_{V}\)\(_{V}\)≈（R3+RP）/R2，RP在调大电流恒流时已确定（可换成相应的电阻），则可以求出R3值。
另一种办法可不用计算。其方法是，调RP满足充电电流I\(_{BAT}\)后，用电阻换成RP。然后用一电位器代R3，阻值从小调到大，使I\(_{TRI}\)=6mA即可。
注意事项
1.在新电池开始充电时，电池电压V\(_{BAT}\)=0，此时的P管-V\(_{DS}\)≈6V。若I\(_{BAT}\)=300mA，即-I\(_{D}\)=300mA，则P管的管耗P\(_{D}\)=-V\(_{DS}\)×-I\(_{D}\)=1.8W，超过允许的最大P\(_{D}\)值（1.75W）。所以为防止超过P\(_{D}\)而损坏P管，需加一小型散热片（将P管粘贴在散热片上，可参看上一期的“可调输出的恒流源电路”一文）； 笔者有实验过程中因未加散热片，使功率MOSFET过热而损坏的教训。
2.图1中所用的P管型号是MTD2955，它的-V\(_{GS（th）}\)（导通阈值电压）大于2V，运放的最大输出电压V\(_{OUT}\)约4.5V，运放可以控制P管处于涓流状态（如6mA）。若P管采用阈值电压为1V或1V以下的低阈值P管，则有可能运放在输出最大电压V\(_{OUTmax}\)时，仍然有较大的-I\(_{D}\)，达不到涓流的要求。V\(_{CC}\)与V\(_{OUT}\)及-V\(_{GS}\)的关系与可控制及不可控制涓流的情况如图3所示。
（文/戴维德）