Измеритель емкости аккумуляторных батарей для мобильных телефонов

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Прочие

Опубликовано: 18.03.2017 14:21

Просмотров: 2489

Д. В. Карелов, г. Кривой Рог
В статье представлена схема устройства, предназначенного для тестирования аккумуляторных батарей (АКБ) номинальным напряжением 3,6 В. Устройство производит разряд подключенной АКБ стабильным током до заданного напряжения (2,5 -ЗВ)с фиксацией времени разряда с помощью электронно-механических часов. Устройство является полностью автономным, так как его питание производится от подключенной АКБ.

При ремонте мобильных телефонов часто возникает вопрос оценки пригодности аккумуляторной батареи (АКБ) мобильного телефона к дальнейшей эксплуатации. Самым объективным способом такой оценки является измерение ее электрической емкости. Теоретически процесс определения емкости АКБ достаточно прост. Для этого необходимо разрядить полностью заряженную АКБ до минимально допустимого для нее уровня напряжения заданным стабильным током, зафиксировав при этом время, в течение которого осуществлялся разряд. Теперь, умножив значение разрядного тока (мА) на время разряда (часов), можно вычислить емкость АКБ (миллиампер-часов). В современных мобильных телефонах используются АКБ емкостью от 600 до 1800мАч.
Вопрос состоит в том, чтобы сделать этот процесс автоматическим. Не очень удобно вручную отслеживать время разряда, при этом контролировать напряжение АКБ. Кроме того случайный полный разряд АКБ может привести к выходу ее из строя.
В поисках готового устройства для тестирования АКБ автор попробовал собрать схему, приведенную в [1]. Как оказалось, эта схема хорошо работает при тестировании АКБ номинальным напряжением 6 В и выше. Автору не удалось добиться уменьшения уровня автоматического отключения разряда АКБ ниже 3,3 В. Кроме того оказалось, что приведенная в [1] схема стабилизации тока разряда не обеспечивает стабильность при напряжении АКБ ниже 4 В. Но идея использования
электронно-механических часов понравилась. Поэтому была предпринята попытка усовершенствования схемы, приведенной в [1] чтобы сделать ее пригодной для тестирования АКБ с номинальным напряжением 3,6 В, которые используются для питания мобильных телефонов.
Для обеспечения устойчивого срабатывания компаратора, использующего шунтирующий стабилизатор типа TL431 необходимо было каким-то образом увеличить значение контролируемого напряжения. Проще всего это сделать используя внешний стабилизированный источник питания, с помощью которого сместить точку контроля напряжения вверх. Но тогда устройство потеряло бы свою автономность. Другой вариант - каким-то способом увеличить напряжение, снимаемое с АКБ. Например, используя преобразователь напряжения, имеющий прямо пропорциональную зависимость уровня выходного напряжения от входного. Подобный преобразователь, описанный в [2] и [3] уже давно используется автором для питания мультиметра и хорошо себя зарекомендовал.
Второй вопрос -- стабилизатор тока разряда. Как известно, самым простым и «древним» вариантом стабилизатора тока является бареттер. Используя свойство обычных ламп накаливания выступать в качестве бареттера, получился простой и наглядный стабилизатор тока. Как показали исследования, изменение тока через такой стабилизатор при изменении напряжения питания в диапазоне 2,5...4 В не превышает 10%, что для данного применения вполне допустимо.
Сведя воедино результаты исследований, получилось устройство имеющее следующие технические характеристики:
-  осуществление разряда АКБ с номинальным напряжением 3,6 В стабильным током величиной 500 мА +/-%;
-  автоматическое отключение АКБ от схемы разряда при снижении напряжения на ней до заданного уровня, регулируемого в пределах 2,5... 3,3 В;
-  отсчет времени разряда по электронно-механическим часам с напряжением питания 1,5 В;
-  питание схемы устройства осуществляется от подключенной АКБ.
Схема устройства представлена на рис. 1.
   
Цепь разряда АКБ составляют преобразователь напряжения, собранный на элементах Т1, VT3, VT4, С1, стабилизатор тока HL1, HL2, R5 и стабилизатор напряжения для питания часов, собранный на элементах HL3, R6 и С2.
Узел контроля и автоматического отключения состоит из компаратора на элементах VT1, DA1, R2, R3, R4 и ключа VT2.
Запуск схемы осуществляется кратковременным нажатием кнопки SB1 «Пуск». При этом АКБ подключается к схеме разряда,
запускается преобразователь напряжения, а также подается питание на часы (часы начинают идти). Напряжение на выходе преобразователя примерно вдвое превышает напряжение на АКБ. Теперь, если напряжение на выходе преобразователя превышает порог срабатывания компаратора, установленный подстроечным резистором R4, через DA1 будет течь ток, транзисторы VT1, VT2 откроются и после отпускания кнопки «Пуск» АКБ останется подключенной к схеме.
По мере разряда АКБ напряжение на ней будет падать, что приведет к падению напряжения на выходе преобразователя. При снижении напряжения ниже заданного порога, элементы DA1, VT1, VT2 закроются и АКБ будет отключена от схемы, что также приведет и к остановке часов.
Светодиод HL3 кроме стабилизации напряжения питания часов выполняет также функцию индикации работы устройства. Пока идет разряд АКБ он будет гореть, кратковременно мигая в такт хода часов. По окончании разряда АКБ он погаснет.
Конструкция и детали.
Особых требований к используем радиокомпонентам не предъявляется. Стабилизатор DA1 типа TL431 и транзистор VT2 были выпаяны из нерабочей материнской платы компьютера. В качестве VT2 можно использовать любой N-канальный полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET) с допустимым током стока более 1 А.
Лампы накаливания HL1, HL2 типа НСМ-6,ЗВ 0,ЗА ранее широко использовались для подсветки шкалы в отечественных переносных радиоприемниках. Вместо них можно использовать другие лампы со сходными параметрами. Для обеспечения режима стабилизации тока визуально лампы должны гореть в полнакала.
Резистор R5 служит для подгонки тока разряда. Его мощность должна быть не менее 0,5 Вт.
Светодиод HL3 - любой индикаторный, не ультра яркий.
Трансформатор ТР1 намотан на кольцевом магнитопроводе К10x6x4,5 из феррита 2000НМ, кромки которого притуплены напильником. Дополнительно магнитопровод изолирован тонкой фторопластовой лентой (которая используется для уплотнения резьбовых соединений труб). Обе обмотки трансформатора наматывают в два провода, соединяя затем конец одной полуобмотки с началом другой. Обмотка I  содержит 2x22 витка, а обмотка II - 2x30 витков провода ПЭЛ-0,16, причем обмотка II мотается первой. Обмотки обязательно нужно правильно сфазировать согласно обозначению, приведенному на схеме.
Транзисторы VT3, VT4 подбираются с близкими значениями коэффициента передачи тока. Вместо КТ209 можно использовать другие кремниевые транзисторы прямой проводимости типа КТ203, КТ208, КТ501 и т.п. с допустимым напряжением база-эмиттер более 10 В. Конструктивно устройство собрано автором в корпусе китайского электронно-механического будильника, часы которого, собственно, и служат для фиксации времени разряда АКБ. Элементы схемы размещены на двух печатных платах. Одна из них, на которой установлены элементы HL1-HL3, R6, С2 находится в батарейном отсеке часов. При этом светодиод HL3 расположен так, чтобы его свечение было обозримо через просверленное в циферблате часов отверстие. На второй печатной плате, расположенной в свободном месте корпуса, установлены остальные элементы схемы. Роль кнопки «Пуск» выполняет кнопка подсветки циферблата. Для подключения к устройству испытуемой АКБ из корпуса часов выведены два разноцветных проводника с модифицированными зажимами типа «крокодил» на концах.
Сборка и наладка.
Наладка преобразователя напряжения сводится к подбору числа витков обмотки I таким образом, чтобы при входном напряжении 4 В на его выходе получилось около 8 В.
Подстройка тока разряда состоит в подборе сопротивления резистора R5 таким образом, чтобы при напряжении АКБ 3,6 В потребляемый устройством ток составлял около 500 мА.
Перед тем, как подключать к схеме часы следует проверить напряжения на светодиоде HL3. Оно не должно превышать 2 В. В противном случае следует заменить светодиод и проверить исправность резистора R6.
Регулировку уровня срабатывания компаратора производят следующим образом. Вместо АКБ к устройству подключают лабораторный источник питания. На его выходе устанавливают требуемое напряжение срабатывания компаратора, например, 3 В. Движок переменного резистора R4 переводят в нижнее по схеме
положение и кратковременно нажимают кнопку «Пуск». При этом должны загореться лампы HL1, HL2 и светодиод HL3. Теперь, медленно перемещая движок резистора вверх, добиваются срабатывания компаратора и отключения источника питания от схемы разряда. Настройка завершена. В этом положении движок резистора желательно зафиксировать клеем.
Рекомендации
по работе с устройством.
Для тестирования АКБ ее подключают к устройству, стрелки часов устанавливают на 12 часов и нажимают кнопку «Пуск». Когда разряд закончится, светодиод HL3 погаснет, а часы будут показывать время разряда АКБ. Например, по окончании разряда АКБ часы показывают 2 часа 15 минут. В «часах» это будет 2,25 часа. Теперь следует разделить это значение пополам и убрать запятую. В данном примере: 2,25/2 = 1,125, что означает 1125 мА час.
При выборе уровня срабатывания компаратора следует учитывать, что многие мобильные
телефоны автоматически отключаются при снижении напряжения на АКБ ниже 3,3 В. Поэтому для получения более достоверных результатов тестирования рекомендуется выбирать уровень срабатывания компаратора не ниже 3 В. Следует также знать, что снижение напряжения литиевой АКБ ниже 2,5 В категорически запрещено.
Выбор тока разряда 500 мА был обусловлен тем, что в режиме разговора мобильный телефон потребляет ток порядка 200...400 мА. Поэтому измерение емкости АКБ при разряде ее током 500 мА является наиболее объективным.
РА4'2011
Литература:
1.  И. Нечаев. Измеритель емкости  аккумуляторных  батарей, - Радио № 2, 2009, с.29.
2. А. Кавыев. Импульсный БП с акустическим выключателем для мультиметра, - Радио № 6, 2005, с.23.
3. А. Чаплыгин. Простой преобразователь напряжения, - Радио №11,2001,с.42.