Зарядные устройства Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов

Рейтинг:  5 / 5

Подробности

Категория: Зарядные устройства

Опубликовано: 24.03.2017 00:29

Просмотров: 12415

В предлагаемой статье приводятся описания разработанных авторами нашего журнала двух конструкций зарядных устройств (ЗУ) для аккумуляторов типоразмера АА или ААА.
В большинстве случаев на корпусе аккумулятора производитель указывает рекомендуемый зарядный ток и продолжительность зарядки. Если зарядка осуществляется стабильным током, то необходимо ограничивать ее продолжительность Ф. ГЕЛЬВЕР из г. Санкт-Петербурга разработал предлагаемое вниманию читателей ЗУ основой которого является стабилизатор тока.

Предназначено оно для одновременной зарядки постоянным током двух Ni-Cd или Ni-MH аккумуляторов типоразмера АА или ААА, содержит небольшое число деталей и доступно для повторения.
Схема устройства показана на рис. 1
 
На микросхеме DA1 собран стабилизатор тока, значение которого регулируется дискретно с помощью переключателя SA1. При этом изменяется суммарное сопротивление резисторов R1R3, включенных между выводами 2 и 3 стабилизатора DA1. Для индикации режима зарядки служит светодиод HL1, который начинает светить после подключения заряжаемых аккумуляторов и подачи питания от источника постоянного напряжения. В качестве такого источника можно применить любой в том числе и нестабилизированный блок питания с выходным напряжением 11... 18 В и током до 200 мА. Такие блоки широко применяются для питания различной бытовой аппаратуры, но его нетрудно изготовить самостоятельно. Минимальное напряжение блока питания определяется суммой напряжений на двух заряженных аккумуляторах (2,8...3 В), падения напряжения на резисторах R1—R3 (в данном случае 5 В) и падения напряжения на самом стабилизаторе (2...2,5 В). Отключение ЗУ осуществляет пользователь по истечении рекомендованной продолжительности зарядки.
Для установки тока зарядки подбирают токозадающие резисторы R1—R3. Их сопротивления рассчитывают по формуле R = UCT/ICT, где Uст — напряжение стабилизации стабилизатора DA1; ICT — рекомендуемый зарядный ток. В данном случае при UCT = 5 В суммарное расчетное сопротивление этих резисторов должно составлять при Iст = 70 мА 71 Ом, при Iст = 100 мА — 50 Ом и 33 Ом при ICT = 150 мА. Поэтому выбраны номиналы резисторов R1 = 18 Ом, R2 = 22 Ом, R3 = 33 Ом Незначительное несоответствие зарядного тока рекомендуемому значению, обусловленное неточной подборкой сопротивлений резисторов R1—R3, на качестве зарядки практически не сказывается.
Для монтажа деталей применена макетная печатная плата, которую устанавливают в пластмассовый корпус подходящего размера (рис. 2).
 
 На корпусе крепят переключатель зарядного тока, гнездо для подключения внешнего блока питания, а по бокам — две кассеты (батарейные отсеки) для установки аккумуляторов типоразмера АА или ААА (рис. 3).
 
 Применены резисторы МЛТ, микросхему стабилизатора можно заменить на микросхемы серий КР142. КР1158 или 78хх с выходным напряжением 3...6 В, при этом сопротивления резисторов определяют по приведенной выше формуле. Светодиод — любой красного цвета свечения, желаемую яркость устанавливают подборкой резистора R4. Переключатель — SC768 либо любой трехпозиционный. При напряжении блока питания 11...12 В и зарядном токе до 150 мА стабилизатор DA1 на теплоотвод можно не устанавливать, но при больших токах и напряжениях для повышения надежности работы устройства желательно применить теплоотвод площадью несколько квадратных сантиметров из алюминиевого сплава.
Зарядку отдельных аккумуляторов, даже если они и эксплуатируются в виде батареи (последовательного соединения) желательно проводить независимо друг от друга. Например, при последовательно соединенных аккумуляторах из-за их различной емкости зарядка будет проводиться неравномерно, и часть из них получит недостаточный заряд, а другие могут перезарядиться, что приведет к сокращению срока их службы Поэтому желательно, чтобы для каждого была своя зарядная цепь и велся контроль за процессом зарядки.
Можно также ограничить время зарядки или выходное напряжение ЗУ. Второй вариант в некоторых случаях более предпочтителен, поскольку признаком окончания зарядки Ni-Cd или Ni-MH аккумулятора может служить повышение его напряжения до 1,45...1,48 В. Если максимальное выходное напряжение ЗУ будет равно напряжению полностью заряженного аккумулятора, это исключит возможность перезарядки.

 По такому принципу работает ЗУ, разработанное И. НЕЧАЕВЫМ из г. Москвы
Предлагаемое вниманию читателей устройство предназначено для зарядки одного аккумулятора и сделано в виде приставки к уже имеющемуся источнику питания, в качестве которого можно применить ЗУ с выходным стабилизированным напряжением 5 В для сотового телефона, как наиболее доступный и распространенный сетевой источник питания. Большинство из них, за исключением устройств старых типов (с понижающим трансформатором), обеспечивают указанное стабилизированное выходное напряжение и ток до 0,5...0,8 А, что позволяет одновременно подключить к его выходу несколько предлагаемых приставок и заряжать несколько аккумуляторов.
Схема одной ячейки ЗУ для зарядки одного Ni-Cd или Ni-MH аккумулятора показана на рис. 4.
 
 Она содержит стабилизатор на микросхеме DA1 с выходным напряжением (UDA1), соответствующим напряжению полностью заряженного аккумулятора UDA1 = 1,45...1,48 В. На транзисторах VT1, VT2 собран стабилизатор-ограничитель тока, датчиком служит резистор R2, а резистор R3 защищает базу транзистора VT2 от перегрузки по току.
Работает устройство следующим образом. При подключении к источнику питания 5 В транзистор VT1 открывается и после установки аккумулятора начинается его зарядка. Напряжение на нем составляет Uакк = Еакк+ Iзар .Rрн, где Еак — ЭДС аккумулятора; RPH — его внутреннее сопротивление; I — ток зарядки.
Поскольку напряжение разряженного аккумулятора менее выходного напряжения стабилизатора DA1, ток через аккумулятор превысит максимальное рекомендуемое значение, что приведет к повышению напряжения на резисторе R2 Когда это напряжение превысит 0,6 В, транзистор VT2 откроется, a VT1 станет закрываться и начнет работать ограничитель тока. При этом будет светить светодиод HL1, сигнализируя об этом режиме, а стабилизатор DA1 выйдет из режима стабилизации и напряжение на его выходе уменьшится. Ток
зарядки при этом определяют по формуле I3ap = (0,6...0.7)/R2, и для указанных на схеме номиналов элементов он составит около 100 мА.
По мере зарядки аккумулятора напряжение Uзар увеличивается, и когда оно сравняется с UDA1, ток зарядки Iзар станет уменьшаться, что приведет к закрыванию транзистора VT2. плавному погасанию светодиода HL1 и полному открыванию транзистора VT1. Для указанных на схеме элементов это произойдет при токе 60...70 мА. В дальнейшем ток зарядки будет плавно уменьшаться вплоть до нескольких миллиампер, но напряжение на аккумуляторе останется постоянным, что исключит его перезарядку. Поскольку ток зарядки в ходе процесса плавно уменьшается, максимальное его значение (ток ограничения) можно установить на уровне Iзар = (0,2...0,3)-Са, где Са — емкость аккумулятора (А-ч).
Все детали монтируют на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита толщиной1...1,5 мм, чертеж которой показан на рис. 5.
 
 Ее длина и ширина соответствуют размерам аккумулятора типоразмера АА. Это позволило применить в качестве корпуса держатель (батарейный отсек) на два элемента соответствующего размера, разместив плату на месте одного из них (рис. 6).
 
Для ЗУ на два аккумулятора необходимо изготовить еще одну аналогичную плату и применить батарейный отсек на четыре элемента и т. д.
Применены постоянные резисторы С2-23, P1-4, подстроечный — СПЗ-19, конденсаторы — К10-17, они установлены на плате "лежа", а над ними расположена микросхема стабилизатора напряжения Допустимый ток коллектора транзисторов PN2222 составляет 0,8 А, а рассеиваемая мощность — 0,5 Вт (без теплоотвода), поэтому его можно заменить на аналогичные по параметрам, например, серии КТ503 или КТ815 (в зависимости от тока зарядки). Микросхема КР142ЕН12А заменима на LM317T. Светодиод должен быть обязательно красного цвета свечения.
Налаживание сводится к установке резистором R4 на выходе стабилизатора DA1 напряжения 1,45В. Для этого взамен аккумулятора временно подключают резистор сопротивлением около 100 Ом и резистором R4 устанавливают указанное напряжение. Максимальный ток зарядки выставляют при подключенном разряженном аккумуляторе подборкой резистора R2. его сопротивление можно определить по приведенной выше формуле для тока зарядки,
Если необходимо дополнительно индицировать меньшее значение тока, то в устройство следует ввести германиевый транзистор, светодиод, один подстроечный и два постоянных резистора (рис. 7).
 
Резистором R6 устанавливают ток зарядки, при котором светодиод HL2 будет гаснуть, а минимальное его значение составит lmin = (0,15...0,2)/R2, в данном случае — около 25 мА. При использовании стабилизированного источника питания дополнительный индикатор можно собрать по схеме, показанной на рис. 8.
 
 Ток, при котором гаснет светодиод HL2,
устанавливают резистором R7, а минимальное его значение составляет примерно lmin = 0,15/R2. Светодиод HL2 можно применить любого цвета свечения, но желательно не красного, чтобы индикация была однозначной. Предлагаемое ЗУ подходит для зарядки не более двух-трех аккумуляторов, поскольку при большем их числе сложность конструкции возрастает.
Редактор — Н Нечаева, графика — Н Нечаева,
фото — авторов
Радио №3, 2010