USB зарядное Устройство для аккумулляторной батареи типоразмера 6F22

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Зарядные устройства

Опубликовано: 24.11.2018 18:01

Просмотров: 2231

И. НЕЧАЕВ, г.Москва
Батареи типоразмера 6F22, как аккумуляторные, так и состоящие из гальванических элементов, пока ещё достаточно широко применяются для питания различной малогабаритной маломощной радиоаппаратуры. Если "свежей" батареи хватает ненадолго, предпочтительно применить аккумуляторный вариант, но тогда возникает проблема с его зарядкой. В настоящее время широко распространены сетевые (в основном зарядные устройства для сотовых телефонов) и автономные или аккумуляторные (power bank) источники питания с выходным напряжением 5 В и выходным USB-разъёмом. Поскольку у аккумуляторных батарей типоразмера 6F22 номинальное напряжение около 8,7 В, заряжать их от указанных выше источников питания без повышающего преобразователя напряжения невозможно. Предлагаемое устройство представляет собой такой преобразователь с контролем тока зарядки. Схема устройства показана на рис. 1.

Повышающий преобразователь собран на микросхеме DA1 и дросселе L1. Импульсы напряжения, формирующиеся на автотрансформаторе, выпрямляет диод VD1, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор СЗ. Выходное напряжение такого преобразователя зависит от напряжения на управляющем входе OUT (вывод 2) микросхемы.
В исходном состоянии микросхема DA1 поддерживает на выходе (разъём Х2) напряжение, соответствующее максимальному для аккумуляторной батареи 6F22. По разным источникам — это около 9,8 В. Поскольку ток через резистор R3 не превышает 1 мА, напряжения на нём недостаточно для открывания транзистора VT1, поэтому свето-диод HL2 погашен.
При подключении разряженной аккумуляторной батареи напряжение на движке резистора R2 уменьшится, поэтому выходное напряжение преобразователя станет увеличиваться. Поскольку ток зарядки протекает через батарею и резистор R3, напряжение на нём увеличится, транзистор VT1 откроется, светодиод HL2 включится и напряжение на входе OUT микросхемы DA1 увеличится. В результате выходное напряжение преобразователя уменьшится и он перейдёт в режим стабилизации тока, значение которого задают подборкой резистора R3.
По мере зарядки аккумуляторной батареи напряжение на ней станет расти, а ток зарядки уменьшаться. Транзистор будет постепенно закрываться, яркость свечения светодиода HL2 уменьшаться, а выходное напряжение преобразователя расти. В какой-то момент времени транзистор закроется, светодиод HL2 погаснет, но зарядка аккумуляторной батареи продолжится с постепенно уменьшающимся током. Напряжение же на ней не превысит заранее установленного значения.
В этом устройстве ток зарядки на втором этапе зависит от напряжения аккумуляторной батареи, и чем ближе оно к максимальному, тем меньше ток, который уменьшается практически до нуля. Таким образом, в этом устройстве реализована зарядка по закону, близкому к закону Вудбриджа, в соответствии с которым в начале зарядки разряженного аккумулятора ток может в несколько раз превышать рекомендуемый (обычно 0,1...0,2 от ёмкости аккумулятора) для зарядки стабильным током. Такой способ зарядки позволяет зарядить батарею за несколько часов до ёмкости 70...80 %, а последующая дозарядка осуществляется уменьшающимся током без ущерба для неё, что может благоприятно сказаться на общей продолжительности её срока службы.
Чтобы не усложнять конструкции, индикатора окончания зарядки в нём нет. Светодиод HL2 индицирует переход устройства из режима стабилизации тока в режим стабилизации выходного напряжения. Светодиод HL1 — индикатор входного напряжения 5 В.
В устройстве применены постоянные резисторы Р1-4, МЛТ, С2-23, подстроенный — СПЗ-19, конденсаторы — К50-35 или импортные. Диод 1N4148 можно заменить любым диодом из серий КД510, КД521, КД522 или диодом Шоттки серии 1 N581 х. Замена транзистора КТ3107Б — любой транзистор из серий КТ3107, PN2907. Светодиод HL1 может быть жёлтого, зеленого, синего или белого свечения повышенной яркости с диаметром корпуса 3 мм. Светодиод HL2 — аналогичный, но красного свечения. Дроссель намотан на кольцевом ферритовом магнитопроводе от КЛЛ, его диаметр — 9,5 мм, высота — 3,3 мм. Обмотка содержит 20...22 витка провода ПЭВ-2 0,4 с отводом от 6-го витка. Разъём Х1 — обычный USB, X2 — колодка от батареи "Крона".
Большинство элементов установлены на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1.5 мм. Её чертёж показан на рис. 2.

Микросхема установлена со стороны печатных проводников. В качестве корпуса использован корпус от батареи "Крона", и размеры платы рассчитаны для этого случая. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3.

Сначала в корпус вставляют разъём Х2 и крепят его с помощью клея, например эпоксидного. Затем вставляют плату и закрепляют с помощью термоклея, предварительно под неё со стороны печатных проводников подкладывают изолирующую прокладку из тонкого пластика размерами с плату. Сзади установлена штатная заглушка от "Кроны". В ней сделаны отверстия для светодио-дов и кабеля питания. Если заглушка не пластмассовая, а металлическая, её надо изолировать от радиоэлементов на плате. Внешний вид устройства показан на рис. 4.

Налаживание начинают с установки движка подстроенного резистора R2 в среднее по схеме положение. Затем от лабораторного источника питания подают напряжение 5 В и с помощью вольтметра контролируют напряжение на выходе (разъёме Х2). Движком резистора R2 устанавливают его требуемое значение. Подключив разряженную до 7 В аккумуляторную батарею, подборкой резистора R3 устанавливают максимальный ток зарядки.
В случае возникновения короткого замыкания на выходе резистор R3 выполняет функцию ограничителя тока, поэтому на плате предусмотрена возможность установки двух резисторов R3' и R3" мощностью по 0,5 Вт. Если блок питания 5 В имеет защиту от короткого замыкания или ограничение по току, мощность резистора R3 может быть уменьшена до 0,25...0,5 Вт.
Это устройство можно применить в качестве USB-источника питания с выходным напряжением 9 В, как замена батарее "Крона". Для этого взамен резистора R3 устанавливают проволочную перемычку, а элементы R4, VT1 и HL2 на плату не устанавливают. Резистором R2 устанавливают требуемое выходное напряжение. Но тогда надо обязательно поменять полярность напряжения на разъёме Х2. При этом максимальный выходной ток такого преобразователя — не более 50 мА. Но следует учесть, что при питании радиоприёмника преобразователь может создавать помехи приёму. Для их подавления в обе линии питания, между платой и разъёмом Х2, надо установить дроссели индуктивностью 100...500 мкГн, а непосредственно к выводам этого разъёма аккуратно припаять керамический конденсатор ёмкостью 100 нф.
Чертёж печатной платы в формате Sprint-Layout