Принципиальная схема зарядного устройства
Схема «интеллектуального» зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов, выполненного на микросхеме МАХ713, приведена на рис 2, Источник питания напряжением 12 В подключают к разъему X1.
Он должен обеспечивать ток нагрузки, по крайней мере на 50 мА больше максимального зарядного тока. При напряжении питания 12В можно заряжать батареи содержащие до девяти аккумуляторов
.
В авторском варианте для питания устройства использовался обычный сетевой адаптер, обеспечивающий ток нагрузки до 300 мА при напряжении 12 В Светодиод HL1 индицирует работу устройства в целом, а светодиод HL2 — режим быстрой зарядки.
Рис 2. Принципиальная схема умного зарядного устройства.
Если он не светится, то это означает, что зарядка закончена Аккумулятор (батарею) подключают к разъему Х2 Зарядный ток регулирует транзистор VТ1. Если после включения устройства с подключенным аккумулятором светодиод HL2 не светится, значит, аккумулятор заряжен.
Программирование микросхемы производят подключением выводов 3 (PGM0), 4 (PGM1). 9 (PGM2) и 10 (PGM3) к выводам микросхемы 15 (+), 12 (ВАТТ-) 16 (REF). Они могут быть также и не подключены к чему-либо (OPEN). Через выводы PGM0 и PGM1 программируют число аккумуляторов в батарее (табл 1). а через выводы PGM2 и PGM3-таймер окончания быстрой зарядки (табл. 2).
Перед выбором окончательной версии устройства задают число элементов N в аккумуляторной батарее, подлежащей зарядке, и зарядный ток.
Исходя из первого параметра, определяют подключение выводов 3 и 4 микросхемы (в соответствии с табл 1), а по второму параметру — ориентировочное время зарядки Т (в часах) по формуле Т=С/0,8І. Здесь С подставляют в мАч, а I — в мА. В табл. 2 находят ближайшее большее значение программируемого интервала времени зарядки и определяют соответствующее ему подключение выводов 9 и 10 микросхемы.
На следующем этапе рассчитывают мощность Р (в ваттах), которая будет рассеиваться на транзисторе?Т1, по формуле P=(Umax — Umin)*1. Здесь Umax — максимальное напряжение на выходе источника питания, В; Umin, — минимальное напряжение на батарее аккумуляторов, В: I — ток зарядки A.
Umin рассчитывают исходя из числа элементов и минимального напряжения на одном аккумуляторе обычно полагают 1В. На основе этого расчета выбирают транзистор и выясняют, нужен ли для него теплоотвод.
Сопротивление резистора R2 (в кило-омах) рассчитывают по формуле R2=U/5 1, где U — минимальное напряжение источни ка питания в вольтах Сопротивление резистора R5 (в омах) рассчитывают по формуле R5=0 25/I, где I — ток зарядки в амперах.
Приведенные на схеме номиналы соответствуют минимальному напряжению источника питания 12В и току зарядки 0,25 А. При напряжении питания 12 В можно заряжетъ батареи не более чем из семи аккумуляторов.
Steven Avritch. A Smart Charger For Nickel-Cadmium Batteries — QST 1994 September p.40-42. Р2001, 1.
На этот раз речь пойдет о конструировании простейшего USB-зарядника для Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторных батарей.
Схема довольно хорошего зарядника проста и может быть реализована с бюджетом всего в 20 рублей. Это уже дешевле, чем любая китайская зарядка. Сердцем нашего зарядного устройства всем хорошо знакомая микросхема линейного стабилизатора LM317.
На вход схемы подается напряжение 5 В от любого USB-порта.
Микросхема стабилизирует напряжение до уровня 1,5 В. Это напряжение полностью заряженного Ni-Mh аккумулятора.
А работает устройство очень просто. Аккумулятор будет заряжаться напряжением 1,5-1,6 Вольт от микросхемы. Резистор R1 в качестве датчика тока одновременно ограничивает ток заряда. Путем его подбора ток можно уменьшить или увеличить.
Когда на выход схемы подключен аккумулятор, на резисторе R1 образуется падение напряжения. Его достаточно для срабатывания транзистора, в коллекторную цепь которого подключен светодиод. Последний загорается и по мере заряда аккумулятора будет потухать до полного отключения. Это произойдет в конце зарядного процесса.
Таким образом, диод горит, когда аккумулятор заряжается, и тухнет, когда последний полностью заряжен. Одновременно по мере заряда аккумулятора будет снижаться сила тока, и в конце ее значение будет равно 0.
Из этого следует, что перезаряд и выход из строя аккумулятора невозможны.
Микросхема LM317 работает в линейном режиме, поэтому небольшой теплоотвод не помешает. Хотя при токе 300 мА нагрев микросхемы в пределах нормы. Светодиод желательно подобрать с минимальным рабочим напряжением. Цвет абсолютно не важен. Вместо BC337 допускается использование любого маломощного транзистора обратной проводимости, хоть на КТ315. Желательная мощность резистора R1 0,5-1 Ватт. Все оставшиеся резисторы – 0,25 и даже 0,125 Ватт. Поскольку диапазон напряжений очень узкий, то даже погрешность резисторов может повлиять на работу схемы. Поэтому резистор R2 настоятельно рекомендуется заменить на многооборотный сопротивлением 100 Ом.
С его помощью можно очень точно отрегулировать нужное выходное напряжение.
Сперва нужно найти все необходимые компоненты, а также слот для батареек.
Устройство может заряжать аккумуляторы практически любого стандарта, если приспособить соответствующий слот. При сборке можно не использовать печатную плату. Монтаж делается навесным способом. Компоненты приклеиваются под слот батареек и заливаются термоклеем, поскольку схема очень надежна в работе.
Собранное устройство выглядит примерно так:
Но может выглядеть гораздо лучше.
Только необходимо подобрать светодиод с минимально возможным напряжением свечения, в противном случае он может вообще не светиться. По этой схеме можно заряжать несколько аккумуляторов, но рекомендуется использовать только для заряда одного.
Для расчета времени зарядки никель-металл-гидридного аккумулятора (Ni-MH) можно использовать следующую упрощенную формулу:
Время зарядки (ч) = Емкость аккумулятора (мАч) / Сила тока зарядного устройства (мА)
Допустим у нас есть Ni-MH аккумулятор с ёмкостью 2000mAh, зарядный ток в нашем самодельном зарядном устройстве предположим 500mA. Делим емкость батареи на ток заряда и получаем 2000/500=4 часа!
Правила, которые желательно соблюдать, для продолжительной эксплуатации никель-металл-гидридного (Ni-MH) аккумулятора:
Храните Ni-MH аккумуляторы с низким количеством заряда (30 — 50% от его ёмкости) Никель-металлогидридные батареи чувствительны к нагреву, поэтому ни в коем случае не перегружайте их, иначе резко снизится способность Ni-MH аккумулятора держать и выдавать накопленный заряд. Ni-MH аккумуляторы можно, но совсем не обязательно тренировать. Четыре цикла заряда/разряда в хорошем зарядном устройстве позволяет достичь максимума емкости, которая теряется в процессе хранения аккумуляторов. После разряда или заряда дайте немного времени остыть гибриду до комнатной температуры. Заряд Ni-MH аккумуляторов при температуре ниже 5 или выше 50 градусов может существенно подпортить их здоровье. Если возникла необходимость разрядить Ni-MH аккумулятор, то не разряжайте его ниже уровня в 0.9В для каждого элемента Если вы постоянно используете одну и ту же батарею из аккумуляторов в каком-либо приборе в режиме дозаряда, то иногда желательно разряжать каждый аккумулятор из сборки до уровня в 0,9В и осуществлять его полный заряд во внешнем зарядном устройстве.
Тем, кто не очень хорошо разбирается в радиоэлектронике и делает в этом направлении первые шаги, рекомендую собрать вот такую простую схему ЗУ, всего на одном биполярном транзисторе. В зависимости от выбранного номинала сопротивления R2 будет менятся зарядный ток и в принципе заряжать самые разные батаеи, даже литиевые.
R1 = 120 Ом, R2 = Смотри таблицу на схеме, C1 = 220 мкФ 35В, D1 = 1N4007, D2 = практически любой светодиод, Q1 — транзистор BD135
Схема идеально подойдет для применения от бортовой сети автомобиля или от любого блока питания, с напряжением на выходе 6-12 вольт. Её можно использовать для зарядки мобильных телефонов, различных электронных игрушек, планшетов, MP3 и т.п. Схема достаточно универсальна, так как мы выбираемый зарядный ток. Горящий светодиод говорит о том, что идёт процесс зарядки.
В таблице выше указывается минимальное и максимальное напряжение питания ЗУ. Например, для зарядки АКБ 6В минимальное напряжение требуется 12В. Рекомендуется заряжать аккумулятор током, который в 10 раз ниже емкости батареи, а время для его заряда потребуется около 15 часов. Если в два раза увеличить зарядный ток, то и заряжать батарею можно в два раза быстрее и это не приведёт к повреждению батареи. Транзистор должен быть смонтирован на радиаторе.
Если в используете различные устройства в которых все еще используются пальчиковые батарейки, то их приходится часто менять, например в металл детекторе или GPS-Глонас туристическом навигаторе eTrex. Но есть решение этой проблемы замена обычных батареек на никелевые батареи стандарта АА. Вот тут и понадобится вам зарядка аккумуляторов АА
Биполярный транзистор и светодиод HL1 основа схемы источника постоянного тока. Прямое напряжение светодиода около 1,5 вольт минус напряжение эмиттерного перехода транзистора VT1 (0,6 В) следует через резистор номиналом 6,8 Ом или 15 Ом в зависимости от положения тумблера SA1. При выборе сопротивления номиналом 15 Ом в цепи эмиттерной цепи зарядный ток будет около 60 мА, а с сопротивлением 6,8 Ом ток будет 130 мА. Этого вполне хватает для зарядки никель-кадмиевый аккумулятора емкостью 600 mAh за 14 часов или 5 часов, в зависимости от резистора.
Компаратор на микросхеме LM393 применяется для автоматического отключения ЗУ. На его инверсном входе с помощью подстроечного сопротивления задано 2,9 вольт, а на его прямом входе отслеживается напряжение на аккумуляторе.
В момент процесса зарядки никель кадмиевого аккумулятора, внутренний выходной транзистор LM393 открыт и, поэтому, открыт и VT1. После заряда батареи на 80% или более, напряжение на клеммах аккумулятора станет выше 1,45 вольт. Напряжение на неинвертирующем входе DD2 станет выше опорного напряжения на инвертирующем входе и на выходе компаратора сигнал поменяется на противоположный, транзистор VT1 запирается, отключая источник тока.
Для того чтобы исключить переключение компаратора в диапазоне порогового напряжения, в конструкцию введена емкость конденсатор на 0,1 мкФ создающая обратную связь между выходом и инвертирующим входом микросхемы.
Четыре логических элемента И-НЕ DD1 применяются для построения двух генераторов с различными частотами. При соединении сигналов с них появляется тональный сигнал, который следует на пьезоэлектрический элементом в момент времени, когда заряд АКБ закончен.
Эта схема, выполнена с использованием 4-х биполярных транзисторов, в первую очередь применяется для зарядки 12
вольтовых Ni-Cd батарей. Кроме того можно заряжаться аккумуляторны на
6
и
9
вольт, но придется уменьшить мощность устройства. Встроенный регулятор тока регулирует зарядный ток до четырех ампер. Когда он достигает своего максимума, напряжение на сопротивление R1 — 0.7В, поэтому открывает транзистор Q1. В это момент времени транзистор Q2 открыт и шунтирует базу Q3 на землю, что приводит к смещению режима Q4, через который происходит зарядка. Так осуществляется регулировка зарядного тока. При зарядке аккумуляторов с низким уровнем напряжения, избыток напряжения ЗУ будет падать на Q4.
Первичная обмотка трансформатора типовая на 230 вольт, напряжение вторичной обмотки должно быть около 30 вольт, при токе в 3 ампера. Диодный моста собрал на четырех диода 1N5400; Предохранитель F1 на ток 500 мА. Резистор R1 найти проблематично из-за нестандартного сопротивления, его можно заменить , сопротивлением по 0,3 Ом каждый. Схему можно дополнить фильтрующим конденсатором и защитой от переплюсовки.
ЗУ опмсаное в статье предназначено в первую очередь для заряда Ni-MH никелевых аккумуляторов. Основа его специализированная микросборка управления зарядом LT4060. Предоставленная ниже схема достаточно мощная и эффективная, она применяется для быстрого (около часа) заряда Ni-MH АКБ.
Никель─металлогидридные аккумуляторы постепенно распространяются на рынке, и совершенствуется технология их производства. Многие производители постепенно улучшают их характеристики. В частности, увеличивается количество циклов заряд-разряд и снижается саморазряд Ni─MH батареек. Этот тип батарей выпускался на замену Ni─Cd аккумуляторов и понемногу они вытесняют их с рынка. Но остаются некоторые направления использования, где никель─металлогидридные батареи не могут заменить кадмиевые. Особенно там, где требуются высокие разрядные токи. И тот и другой тип батареек для продления срока службы требуют грамотной зарядки. Мы уже рассказывали о зарядке никель─кадмиевых батарей, а теперь пришла очередь заряжать Ni─MH аккумуляторы.
В процессе заряда в аккумуляторе проходит ряд химических реакций, на которые идёт часть подаваемой энергии. Другая часть энергии преобразуется в тепло. КПД процесса зарядки ─ это та часть подаваемой энергии, которая остаётся в «запасе» у батареи. Значение КПД может отличаться в зависимости от условий заряда, но никогда не бывает равным 100 процентов. Стоит отметить, что КПД при зарядке Ni─Cd аккумуляторов выше, чем в случае с никель─металлогидридными. Процесс зарядки Ni─MH аккумуляторов происходит с большим выделением тепла, что накладывает свои ограничения и особенности. Подробнее о том, читайте в статье по указанной ссылке.
Скорость зарядки больше всего зависит от величины подаваемого тока. Какими токами заряжать Ni─MH батареи, определяется выбранным типом заряда. В этом случае ток измеряется в долях от ёмкости (С) Ni─MH аккумуляторов. Например, при ёмкости 1500 мА-ч ток0,5С будет составлять 750 мА. В зависимости от скорости заряда никель─металлогидридных аккумуляторов различают три вида зарядки:
- Капельная (ток заряда 0,1С);
- Быстрая (0,3С);
- Ускоренная (0,5─1С).
По большому счёту типов зарядки всего два: капельная и ускоренная. Быстрая и ускоренная – это практически одно и то же. Отличаются они лишь методом остановки процесса заряда.
Вообще, любая зарядка Ni─MH аккумуляторов током больше 0,1С является быстрой и требует отслеживания каких-то критериев окончания процесса. Капельная зарядка этого не требует и может продолжаться неопределённое время.
