自制一个 3.7V 锂电池自动充电器

锂离子电池(如标准18650电池)需要在4.2V时精确终止充电，以确保安全性和使用寿命。过度充电可能导致电池循环寿命缩短或引发危险的热问题。本DIY项目展示了如何利用LM358运算放大器作为电压比较器、3V齐纳二极管参考电压以及BD140 PNP晶体管作为高侧电子开关，构建一个自动充电截止电路。

充电过程中，红色LED灯亮起。当电池电压达到4.2V时，比较器翻转，关闭BD140晶体管，立即切断电流，同时绿色LED灯亮起，表示充电完成。

材料清单(BOM)与工具

以下是本项目的详细硬件清单：

•集成电路：LM358 双运放 DIP-8(1个)

•晶体管：BD140PNP 功率晶体管(1个)

•齐纳二极管：3.0V 齐纳二极管(带黑色环标记负极/阴极)(1个)

•电位器：10kΩ 蓝色精密多圈电位器/调压器(1个)

•电阻器(1/4W 通孔)：

- 100kΩ 电阻器(1个) - 高斯反馈回路

- 1kΩ 电阻器(4个) - Zener二极管限流、电压分压采样、晶体管基极限流、绿色LED限流

- 470Ω 电阻器(1个) - 指示分支电流设定

- 100Ω 电阻器(1个) - 红色LED限流

•LED指示灯：5mm红色LED(充电中)(1个)，5mm绿色LED(满电/完成)(1个)

•连接器与支架：单个18650 3.7V电池座(1个)，2针螺丝端子块(5V电源输入)(1个)

•原型制作与工具：预装板/PCB，烙铁及焊锡，5V直流电源，数字万用表

逐步组装指南

第一步：安装LM358运算放大器

将LM358芯片放置在原型板上。LM358作为核心电压比较器，用于实时监测电池电量。

焊接前请注意芯片本体上的方向标记;若反向安装会导致电路故障。

第二步：焊接100kΩ滞后电阻

在运算放大器的反馈网络上焊接一个100kΩ电阻。

该电阻提供一个较弱的滞后回路，可消除电池电压在状态转换期间因波动引起的抖动，确保开关操作干净利落。

第三步：添加10kΩ精密电位器

将蓝色的10kΩ多圈电位器安装到电路板上。

该元件作为精密参考电压调节器，通过调整电位器可设定充电停止的精确阈值(最大电池电压为4.2V)。

第四步：放置1kΩ电阻和3V齐纳二极管

将三个1kΩ电阻与3V齐纳二极管并联焊接。

第一个1kΩ电阻为齐纳二极管提供偏置电流;第二个电阻构成电压分压网络，用于采样电池电压;第三个电阻则限制PNP晶体管的基极控制电流。请确保3V齐纳二极管上的黑色阴极环正确对准。

第五步：安装LED限流及开关电阻

焊接第四个1kΩ电阻和一个470Ω电阻，用于管理LED电流。

1kΩ电阻连接至主电源指示支路，而470Ω电阻则用于配置状态指示LED的电流，以实现清晰的视觉区分。

第六步：安装BD140 PNP晶体管 [00:01:50]

安装BD140 PNP晶体管作为主电子开关。

当LM358输出低电平信号时，BD140导通电流进入电池。当电池电压达到4.2V时，LM358输出翻转为高电平，关闭BD140，立即切断充电电流。

第七步：焊接双状态LED(红灯与绿灯)

焊接一个5mm绿色LED(带470Ω电阻)和一个5mm红色LED(带100Ω电阻)。

在充电过程中，红色LED保持亮起;当充电结束并触发自动断电时，红色LED熄灭，绿色LED点亮。

第八步：安装18650电池座及电源端子块

焊接3.7V的18650电池座和双针螺丝端子块。

端子块充当5V直流输入接口(兼容标准手机充电器适配器)，确保正极(+5V)和地线(GND)连接正确。

校准与测试指南

1. 无负载校准：将5V直流电源连接到螺钉端子块，但不插入电池。使用数字万用表测量电池输出端子之间的电压。旋转蓝色的10kΩ精密电位器，直到万用表显示精确为4.20V。

2. 主动充电测试：将放电的18650锂离子电池插入支架中。红色LED应立即亮起，表示正在主动充电。

3. 截止验证：随着充电进行，电池电压逐渐上升。当电压达到4.20V时，电路会自动关闭：红色LED灯熄灭，绿色LED灯亮起，电池的供电完全中断。

本文编译自hackster.io