Зарядное для никель кадмиевых аккумуляторов своими руками: Изготовление зарядного устройства (ЗУ) для NiCd аккумуляторов

Содержание

Изготовление зарядного устройства (ЗУ) для NiCd аккумуляторов

Изготовление зарядного устройства (ЗУ) для NiCd аккумуляторов

Зарядные устройства для NiCd аккумуляторов достаточно дешевы. Обычно изготовление внешнего зарядного устройства под популярные размеры аккумуляторов, таких как ААА, АА, C и D, не отнимет много сил и времени. Умение сконструировать подобное устройство окажется полезным и тем, кто захочет встроить ЗУ в робота. В отличие от большинства дешевых ЗУ, которые продолжают заряжать аккумулятор током порядка C/10 даже после его полной зарядки, наше устройство уменьшает зарядный ток до порядка С/30 после того, как батареи оказались полностью заряженными. Такая процедура рекомендована для NiCd аккумуляторов и поможет обеспечить их длительную работоспособность.

Следующая информация позволит вам самостоятельно изготовить ЗУ для стандартного NiCd аккумулятора.

Зарядное устройство представляет собой отдельный блок, схема его подключения приведена на рис.  3.7 в иллюстративных целях. Такую схему легко разместить в корпусе робота, при этом потребуется разъем для соединения с ЗУ. Кроме того, необходим двухполюсный двухпозиционный переключатель, помещенный между разъемом и остальной схемой. Этот переключатель соединяет источник питания (аккумулятор) либо с остальной схемой робота, либо с ЗУ. Обесточивание робота необходимо потому, что в противном случае ток заряда аккумулятора уменьшится (см. рис. 3.7).

Рис. 3.7. Двухпозиционный переключатель, управляющий зарядом АКБ

Питание зарядного устройства можно осуществлять, используя либо обычный трансформатор, либо портативный блок питания, совмещенный со штекерной вилкой (типа используемых для питания плееров). Я предпочитаю последний, поскольку он дает на выходе постоянный ток. Если вы используете трансформатор, то вам дополнительно потребуются сетевой предохранитель, диодный мост, сглаживающий конденсатор и соединительные провода.

В любом случае вы должны подобрать характеристики трансформатора или выпрямителя под тип заряжаемой батареи. Подбор выпрямителя по выходному напряжению и току снизит рассеиваемую мощность на регуляторе LM317; например, не стоит использовать трансформатор на 12 В для зарядки 6-вольтовых батарей.

На рис. 3.8 показана схема блока питания ЗУ. Выходное напряжение может равняться 6, 12, 18, 24 или 36 В в зависимости от типа используемого трансформатора, диодного моста и конденсатора.

Рис. 3.8. Сетевой трансформатор и выпрямительный блок

Схема зарядного устройства приведена на рис. 3.9. Она включает в себя регулятор напряжения LM317 и ограничивающий ток резистор. Величина сопротивления ограничительного резистора зависит от силы тока, необходимого для зарядки аккумуляторной батареи.

Рис. 3.9. Схема зарядного устройства

Ограничительный резистор

Большинство производителей NiCd аккумуляторов рекомендуют заряжать их током, равным 1/10 от их емкости, что обозначается C/10. Таким образом, батарея размера АА емкостью 0,85 Ач необходимо заряжать током C/10 или 85 мА в течение 14 часов. После полной зарядки батареи производители рекомендуют снизить ток до уровня порядка C/30 (1/30 емкости батареи) для поддержания батареи в полностью заряженном состоянии без риска перезаряда или иных повреждений.

В нашем случае рассчитаем характеристики ЗУ для зарядки аккумулятора, состоящего из 4 последовательно соединенных элементов С-типа. Емкость каждого элемента составляет 2000 мАч. Таким образом, ток C/10 составит 200 мА. Стандартное напряжение каждого элемента составляет приблизительно 1,3 В, следовательно, напряжение батареи 4 х 1,3 = 5,2 В. Следовательно, можно использовать 6-вольтовый трансформатор, поддерживающий ток не менее 200 мА.

Для расчета сопротивления ограничивающего ток резистора используется формула:

R=1,25/Icc

Где Icc необходимый ток. Подставляя в формулу 200 мА (0,2 А) получаем:

1,25/0,2=6,25 Ом

Таким образом, сопротивление ограничительного резистора должно быть порядка 6,25 Ом. На схеме (рис. 3. 9) этот резистор обозначен R2. Заметим, что на схеме резистор R2 имеет номинал 5 Ом. Это ближайший стандартный номинал резистора по отношению к рассчитанному.

C/30 резистор

Чтобы уменьшить силу тока до значения C/30, мы последовательно включаем еще один резистор, номинал которого составляет 2R или около 12,5 Ом. На схеме этот резистор обозначен как R3. Также подбирается резистор ближайшего стандартного номинала. В нашем случае его значение равно 10 Ом.

Принцип работы ЗУ

В ЗУ в качестве источника постоянного тока используется регулятор напряжения LM317. Ограничительный резистор для значения тока C/10 обозначен на схеме R2 (см. рис. 3.9). Значение R2 равно 5 Ом в сравнении с расчетным значением 6,25 Ом. Использование стандартного резистора близкого номинала не нарушит правильную работу ЗУ. Резистор для значения тока C/30 обозначен как R3. Стандартный номинал этого резистора также близок к расчетному и не нарушает нормальной работы ЗУ. Позже вы увидите, что ЗУ способно осуществлять и «быструю» зарядку аккумуляторов, поскольку имеет устройство контроля выходного потенциала.

V1 представляет собой переменный резистор номиналом 5 кОм. Он предназначен для отпирания тиристора после полной зарядки NiCd батареи. Тиристор в свою очередь переключает двухпозиционное реле, имеющее две группы контактов.

При подаче напряжения на схему ток протекает через регулятор LM317, заряжая батарею током порядка C/10. Резистор R3 при этом закорочен одной из групп контактов реле. Ток также протекает через резистор R1, ограничивающий ток светодиодов D1 и D2. После включения питания загорается красный светодиод D1, который сигнализирует о том, что происходит зарядка.

В процессе зарядки напряжение на потенциометре V1 возрастает. После 14 часов напряжение оказывается достаточным для отпирания тиристора. Через открытый тиристор напряжение поступает на обмотку двухпозиционного реле. Реле включается, красный светодиод гаснет и зажигается зеленый светодиод. Зеленый светодиод показывает, что батарея полностью заряжена. Другая группа контактов реле размыкает закороченный резистор R3. Включение резистора R3 уменьшает зарядный ток до порядка C/30. Диод D3 блокирует протекание тока из аккумулятора в схему ЗУ.

Определение напряжения срабатывания V1

Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы тиристор отпирался только после полной зарядки NiCd батареи. Наиболее просто это сделать следующим образом: вставить полностью разряженную батарею в ЗУ, заряжать ее в течение 14 часов, а потом подрегулировать V1. После завершения процесса зарядки медленно поворачивать движок потенциометра V1 до срабатывания реле. При этом должен зажечься светодиод зеленого цвета.

Особенности конструкции

При самостоятельном конструировании ЗУ обратите внимание на следующее. Наиболее критичным является подбор ограничительных резисторов для значений тока C/10 и C/30. Для расчета их номиналов воспользуйтесь приведенными формулами. Рассеиваемая мощность этих резисторов порядка 2 Вт.

Если зарядный ток достаточно велик (более 250 мА), то для отвода тепла снабдите схему LM317 радиатором. Если ЗУ включить до соединения с батареей, то моментально сработает реле, включится зеленый светодиод и зарядный ток окажется равным C/30.

Если ЗУ будет использоваться при более высоких значениях напряжений – пропорционально увеличьте сопротивление R1, ограничивающее ток, протекающий через светодиоды. Например, для напряжения 12 В сопротивление R1 будет равно 680 Ом, для напряжения 24 В – 1,2 кОм соответственно.

При больших значениях напряжения может потребоваться резистор, ограничивающий ток обмотки реле. Полезно измерить реальные значения тока C/10 и C/30, протекающего через заряжаемую батарею, что позволит судить о правильности работы устройства.

Последовательное и параллельное соединение

Способ соединения элементов в батарею определяет необходимые характеристики трансформатора по напряжению и току. Если батарея состоит из 8 элементов типа С, соединенных параллельно, то необходимо умножить необходимый для каждого элемента ток на 8. Если емкость отдельного элемента составляет 1200 мАч, то зарядный ток C/10 будет равен 120 мА. Для 8 параллельных элементов ток составит около 1 А (8х 120 мА=960 мА=0,96 А). Необходимое напряжение составит 1,5 В. Соответственно, необходим трансформатор, выдающий напряжение 1,5 В при токе 1 А. Если эти элементы соединены последовательно, то необходимое напряжение составит 12 В при токе 120 мА.

Быстрое ЗУ

Многие современные NiCd аккумуляторные батареи можно заряжать быстрее при условии, что после их полной зарядки ЗУ переключится в режим C/30. Типичным является удвоение зарядного тока при сокращении времени зарядки в два раза. Таким образом, можно заряжать батарею током C/5 в течение 7 часов.

Хотя я не пробовал использовать данную схему ЗУ для быстрой зарядки, но не вижу оснований, почему она не должна работать. Если вы хотите это сделать, необходимо сперва подстроить потенциометр под значение тока C/10, а потом уменьшить номинал резистора R2 в два раза.

Список деталей

• U1 регулятор напряжения LM317

• L1 двухпозиционное реле с двумя группами контактов

• D1 красный светодиод

• D2 зеленый светодиод

• D2 диод 1N4004

• Q1 тиристор

• V1 подстроечный резистор 5 кОм

• R1 резистор 330 Ом 0,25 Вт

• R2 резистор 5 Ом 2 Вт

• R3 резистор 10 Ом 2 Вт

• R4 резистор 220 Ом 0,25 Вт

• Понижающий трансформатор

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Зарядное устройство для NiMH аккумулятора


Недавно получил комплект никель-металлогидридных аккумуляторных (NiMH) батарей для шуруповерта «Bosch» 14. 4V, 2.6Ah. Аккумуляторы фактически имели малую емкость, хотя эксплуатировались под нагрузкой лишь незначительное время и имели малое число циклов разряд(работа) - заряд. По этой причине решил разобрать батареи, выполнить их поэлементные замеры для определения характеристик и возможного восстановления, использования «выживших» элементов в других самоделках требующих отдачи большого тока в короткое время. Эта работа поэтапно описана в заметке «Автоматическое устройство для разряда аккумулятора».

После разборки батареи


был выполнен подготовительный разряд элементов на указанном устройстве, с контролем по минимальному остаточному напряжению 0,9...1,0 вольт, для исключения глубокого разряда. Далее потребовалось простое и надежное зарядное устройство для их полной зарядки.

Требования к зарядному устройству

Производители NiMH аккумуляторов рекомендуют выполнять заряд с величиной тока в интервале 0,75-1,0С. При этих режимах, КПД процесса зарядки, большую часть цикла, максимально высокий. Но к моменту окончания процесса зарядки, КПД резко снижается и энергия переходит в выделение тепла. Внутри элемента резко растёт температура и давление. Аккумуляторы имеют аварийный клапан, который может открыться при увеличении давления. При этом свойства аккумулятора будут безвозвратно потеряны. Да и сама высокая температура оказывает негативное влияние на структуру электродов батарейки.

По этой причине, для никель-металлогидридных аккумуляторов очень важным является контроль режимов и состояния батареи при зарядке, момента окончания процесса зарядки, для исключения перезаряда или разрушения аккумулятора.

Как указывалось, в конце процесса заряда NiMH аккумуляторной батареи её температура начинает расти. Это является основным параметром для отключения заряда. Обычно в качестве критерия прекращения заряда берётся рост температуры более чем на 1 градус за минуту. Но при небольших токах заряда (менее 0,5С), когда температура растёт достаточно медленно, это обнаружить сложно.

Для этого может быть использовано абсолютное значение температуры. Таким значением принимают 45-50°C. В этом случае заряд должен быть прерван, и возобновлён (при необходимости) после остывания элемента.

Также необходимо установить ограничение по времени заряда. Его можно рассчитать по емкости батареи, величине тока зарядки и КПД процесса, плюс 5-10 процентов. В этом случае, при нормальной температуре процесса, зарядное устройство отключают по установленному времени.

При глубоком разряде NiMH аккумулятора (менее 0,8В) ток заряда, предварительно, устанавливается на уровне 0,1...0,3С. По времени этот этап ограничен и составляет около 30 минут. Если за это время аккумулятор не восстанавливает напряжения 0,9...1,0В, то элемент беспереспективен. В положительном случае, далее выполняют заряд с увеличенной величиной тока в интервале 0,5-1,0С.

И еще, о сверхбыстром заряде аккумуляторных батарей. Известно, что при заряде до 70% своей ёмкости никель-металлогидридный аккумулятор имеет КПД зарядки близкий к 100 процентам. Поэтому, на этом этапе возможно увеличить ток для ускоренного его прохождения. Токи в таких случая ограничивают значением 10С. Высокий ток легко может привести к перегреву аккумулятора и разрушению структуры его электродов. Поэтому использование сверхбыстрого заряда рекомендуется только при постоянном контроле процесса зарядки.

Процесс изготовления зарядного устройства для NiMH аккумулятора рассмотрен ниже.

1. Установление исходных данных.
- Зарядка элемента постоянной величиной тока 0,5...1,0С до номинальной емкости.
- Выходной ток (регулируемый) – 20...400 (800) ma.
- Стабилизация выходного тока.
- Выходное напряжение 1,3...1,8 В.
- Входное напряжение - 9...12 В.
- Входной ток - 400 (1000) ma.

2. В качестве источника питания для ЗУ выбираем мобильный адаптер 220/9 вольт, 400 ma. Возможна замена на более мощный (например, 220/1,6...12В, 1000 ma). Изменений в конструкции ЗУ при этом не потребуется.

3. Рассмотрим схему зарядного устройства


Вариант конструкции зарядного устройства аккумулятора представляет собой узел стабилизации и ограничения тока и выполнен на одном элементе операционного усилителя (ОУ) и мощном составном n-p-n транзисторе КТ829А. ЗУ дает возможность регулировки тока заряда. Стабилизации установленного тока происходит за счет повышения или понижения выходного напряжения.

В точке соединения резистора R1 и стабилитрона VD1 образуется стабильное опорное напряжение. Изменяя величину напряжения, снятого с потенциометра R2 резисторного делителя, на неинвертирующем входе операционного усилителя (вывод 3), изменяем величину выходного напряжения (вывод 6), а следовательно и ток через VТ1. Резистором R5 ограничиваем ток в цепи заряжаемого аккумулятора. Изменение падения напряжения на R5 при отклонении зарядного тока, через обратную связь (ООС) на инвертирующий вход ОУ (вывод 2), корректирует и стабилизирует выходной ток ЗУ. Установленный R2 ток будет стабилен до конца зарядки этого и последующих однотипных аккумуляторов.

Данная схема стабилизатора тока весьма универсальна и может применяться для ограничения тока в различных конструкциях. Схема легка в повторении, состоит из простых и доступных радиокомпонентов и при верном монтаже сразу начинают работать.

Особенностью данной схемы является возможность применить имеющиеся в наличии операционные усилители с напряжением питания на уровне 12В, например, К140УД6, К140УД608, К140УД12, К140УД1208, LM358, LM324, TL071/081. Транзистор КТ829А - основной силовой элемент и весь ток проходит по нему, поэтому обязательно устанавливается на теплоотвод. Выбор транзистора определяется необходимым зарядным током установленным для зарядки аккумулятора.

4. Выбираем корпус для зарядного устройства. Он определит форму, конструкцию, условия теплоотвода и внешний вид ЗУ. В данном случае выбран алюминиевый аэрозольный баллон. Удаляем его верхнюю часть.

5. Отрезаем от универсальной монтажной платы часть, равную по ширине внутреннему диаметру баллона. Желательно плотное, без качки, вхождение платы в баллон.

6. Комплектуем ЗУ деталями согласно схемы. Аэрозольный колпачок по размеру хорошо подходит в качестве ручки потенциометра.

7. Закрепляем транзистор на радиаторе и устанавливаем радиатор на краю платы, согласно фото.

8. Припаиваем выводы транзистора к контактным площадкам платы.

9. Распаиваем сопротивление, ограничивающее максимально возможный ток заряда аккумулятора. Так как весь ток заряда проходит через резистор R5, то для лучшего охлаждения резистора, он набран из широко распространенных (МЛТ-1) четырех паралельно соединенных резисторов по 22 ома, мощностью по 1 вт. Дополнительно, последовательно установлен резистор на 1,8 ома мощностью 5 вт. Общее сопротивление R5 составило около 7 ом ( средней мощностью 4 вт). Сопротивление и комплектация резисторов зависят от планируемого тока зарядки и наличия деталей у изготовителя.

10. Соберем управляющую часть ЗУ на макетной монтажной плате. Присоединим изготовленную силовую часть ЗУ и подключим нагрузку – заряжаемый аккумулятор. Для проверки работы и отладки режимов, подключим ЗУ к регулируемому блоку питания. Проверяем диапазон регулировки зарядного тока, при необходимости подбираем величину резисторов R2 и R3.

11. Переносим управляющую часть ЗУ на рабочую платку


и присоединяем ее к силовой части.

12. На плате, сбоку, устанавливаем гнездо для подключения блока питания ЗУ (адаптера или другого БП).

13. Устанавливаем ЗУ в корпус, расположив радиатор в его верхней (открытой) части.
Предварительно сверлим в нижней цилиндрической части корпуса ряд отверстий диаметром 6 мм. Рабочее положение корпуса ЗУ вертикальное, поэтому в нем, аналогично печной трубе, создается естественная тяга. Воздух, нагреваемый резисторами и радиатором поднимается из корпуса вверх, затягивая холодный в нижние отверстия. Такая вентиляция работает эффективно, потому что значительный нагрев радиатора при 2-х, 3-х часовой работе ЗУ, практически не ощущается нагревом корпуса.

14. Зарядное устройство собрано рабочим комплектом и испытано под нагрузкой, полной зарядкой десятка аккумуляторов. ЗУ работает стабильно. При этом периодически ведётся контроль расчетного времени зарядки, а также температуры аккумулятора для отключения ЗУ при критических значениях. Использование «крокодильчиков» для подключения аккумулятора позволяет подключить к ЗУ контрольный амперметр (мультиметр) для регулировки зарядного тока. При зарядке последующих однотипных элементов, амперметр не нужен.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Зарядка для никель кадмиевых аккумуляторов своими руками

Для расчета времени зарядки никель-металл-гидридного аккумулятора (Ni-MH) можно использовать следующую упрощенную формулу:

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!

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.

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 параллельным соединением резисторов, 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.

Обычно выпускаются в форм-факторах AA или AAA, но не только. Использовавшиеся не так давно NiCd аккумуляторы отживают свой век, тем более, зарядное устройство, собранное своими руками для работы с NiMH , будет прекрасно работать и с NiCd аккумуляторами, но не наоборот. По сравнению с NiCd, NiMH многозарядные батареи имеют на 30…40% более высокую удельную емкость, обладают меньшим эффектом «памяти», и главное не содержат опасного для экологии металла кадмия.

Основой схемы является специализированная микросхема быстрого контроллера заряда MAX712. ЗУ отлично подойдет для быстрой зарядки Ni-Cd аккумуляторных батарей. Ток заряда при этом способен достигать значения в 300 миллиампер. После того, как процесс быстрой зарядки окончен, ЗУ заряжает батарею низким током, около 12 мА.

Данная конструкция ЗУ отлично подойдет для зарядки двух аккумуляторных батарей стандарта AA Ni-MH или Ni-Cd практически любой емкости (при условии, что обе батареи одинаковы) зарядным током около 0,5 A. ЗУ будет заряжть аккумулятор 700mAh Ni-Cd около 1,5 часа, 1500mAh Ni-MH приблизительно 3,5 часов, и 2500mAh Ni-MH почти 5,5 часов.

Изготовление зарядного устройства (ЗУ) для NiCd аккумуляторов

Зарядные устройства для NiCd аккумуляторов достаточно дешевы. Обычно изготовление внешнего зарядного устройства под популярные размеры аккумуляторов, таких как ААА, АА, C и D, не отнимет много сил и времени. Умение сконструировать подобное устройство окажется полезным и тем, кто захочет встроить ЗУ в робота. В отличие от большинства дешевых ЗУ, которые продолжают заряжать аккумулятор током порядка C/10 даже после его полной зарядки, наше устройство уменьшает зарядный ток до порядка С/30 после того, как батареи оказались полностью заряженными. Такая процедура рекомендована для NiCd аккумуляторов и поможет обеспечить их длительную работоспособность.

Следующая информация позволит вам самостоятельно изготовить ЗУ для стандартного NiCd аккумулятора.

Зарядное устройство представляет собой отдельный блок, схема его подключения приведена на рис. 3.7 в иллюстративных целях. Такую схему легко разместить в корпусе робота, при этом потребуется разъем для соединения с ЗУ. Кроме того, необходим двухполюсный двухпозиционный переключатель, помещенный между разъемом и остальной схемой. Этот переключатель соединяет источник питания (аккумулятор) либо с остальной схемой робота, либо с ЗУ. Обесточивание робота необходимо потому, что в противном случае ток заряда аккумулятора уменьшится (см. рис. 3.7).

Рис. 3.7. Двухпозиционный переключатель, управляющий зарядом АКБ

Питание зарядного устройства можно осуществлять, используя либо обычный трансформатор, либо портативный блок питания, совмещенный со штекерной вилкой (типа используемых для питания плееров). Я предпочитаю последний, поскольку он дает на выходе постоянный ток. Если вы используете трансформатор, то вам дополнительно потребуются сетевой предохранитель, диодный мост, сглаживающий конденсатор и соединительные провода.

В любом случае вы должны подобрать характеристики трансформатора или выпрямителя под тип заряжаемой батареи. Подбор выпрямителя по выходному напряжению и току снизит рассеиваемую мощность на регуляторе LM317; например, не стоит использовать трансформатор на 12 В для зарядки 6-вольтовых батарей.

На рис. 3.8 показана схема блока питания ЗУ. Выходное напряжение может равняться 6, 12, 18, 24 или 36 В в зависимости от типа используемого трансформатора, диодного моста и конденсатора.

Рис. 3.8. Сетевой трансформатор и выпрямительный блок

Схема зарядного устройства приведена на рис. 3.9. Она включает в себя регулятор напряжения LM317 и ограничивающий ток резистор. Величина сопротивления ограничительного резистора зависит от силы тока, необходимого для зарядки аккумуляторной батареи.

Рис. 3.9. Схема зарядного устройства

Ограничительный резистор

Большинство производителей NiCd аккумуляторов рекомендуют заряжать их током, равным 1/10 от их емкости, что обозначается C/10. Таким образом, батарея размера АА емкостью 0,85 Ач необходимо заряжать током C/10 или 85 мА в течение 14 часов. После полной зарядки батареи производители рекомендуют снизить ток до уровня порядка C/30 (1/30 емкости батареи) для поддержания батареи в полностью заряженном состоянии без риска перезаряда или иных повреждений.

В нашем случае рассчитаем характеристики ЗУ для зарядки аккумулятора, состоящего из 4 последовательно соединенных элементов С-типа. Емкость каждого элемента составляет 2000 мАч. Таким образом, ток C/10 составит 200 мА. Стандартное напряжение каждого элемента составляет приблизительно 1,3 В, следовательно, напряжение батареи 4 х 1,3 = 5,2 В. Следовательно, можно использовать 6-вольтовый трансформатор, поддерживающий ток не менее 200 мА.

Для расчета сопротивления ограничивающего ток резистора используется формула:

R=1,25/Icc

Где Icc необходимый ток. Подставляя в формулу 200 мА (0,2 А) получаем:

1,25/0,2=6,25 Ом

Таким образом, сопротивление ограничительного резистора должно быть порядка 6,25 Ом. На схеме (рис. 3.9) этот резистор обозначен R2. Заметим, что на схеме резистор R2 имеет номинал 5 Ом. Это ближайший стандартный номинал резистора по отношению к рассчитанному.

C/30 резистор

Чтобы уменьшить силу тока до значения C/30, мы последовательно включаем еще один резистор, номинал которого составляет 2R или около 12,5 Ом. На схеме этот резистор обозначен как R3. Также подбирается резистор ближайшего стандартного номинала. В нашем случае его значение равно 10 Ом.

Принцип работы ЗУ

В ЗУ в качестве источника постоянного тока используется регулятор напряжения LM317. Ограничительный резистор для значения тока C/10 обозначен на схеме R2 (см. рис. 3.9). Значение R2 равно 5 Ом в сравнении с расчетным значением 6,25 Ом. Использование стандартного резистора близкого номинала не нарушит правильную работу ЗУ. Резистор для значения тока C/30 обозначен как R3. Стандартный номинал этого резистора также близок к расчетному и не нарушает нормальной работы ЗУ. Позже вы увидите, что ЗУ способно осуществлять и «быструю» зарядку аккумуляторов, поскольку имеет устройство контроля выходного потенциала.

V1 представляет собой переменный резистор номиналом 5 кОм. Он предназначен для отпирания тиристора после полной зарядки NiCd батареи. Тиристор в свою очередь переключает двухпозиционное реле, имеющее две группы контактов.

При подаче напряжения на схему ток протекает через регулятор LM317, заряжая батарею током порядка C/10. Резистор R3 при этом закорочен одной из групп контактов реле. Ток также протекает через резистор R1, ограничивающий ток светодиодов D1 и D2. После включения питания загорается красный светодиод D1, который сигнализирует о том, что происходит зарядка.

В процессе зарядки напряжение на потенциометре V1 возрастает. После 14 часов напряжение оказывается достаточным для отпирания тиристора. Через открытый тиристор напряжение поступает на обмотку двухпозиционного реле. Реле включается, красный светодиод гаснет и зажигается зеленый светодиод. Зеленый светодиод показывает, что батарея полностью заряжена. Другая группа контактов реле размыкает закороченный резистор R3. Включение резистора R3 уменьшает зарядный ток до порядка C/30. Диод D3 блокирует протекание тока из аккумулятора в схему ЗУ.

Определение напряжения срабатывания V1

Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы тиристор отпирался только после полной зарядки NiCd батареи. Наиболее просто это сделать следующим образом: вставить полностью разряженную батарею в ЗУ, заряжать ее в течение 14 часов, а потом подрегулировать V1. После завершения процесса зарядки медленно поворачивать движок потенциометра V1 до срабатывания реле. При этом должен зажечься светодиод зеленого цвета.

Особенности конструкции

При самостоятельном конструировании ЗУ обратите внимание на следующее. Наиболее критичным является подбор ограничительных резисторов для значений тока C/10 и C/30. Для расчета их номиналов воспользуйтесь приведенными формулами. Рассеиваемая мощность этих резисторов порядка 2 Вт.

Если зарядный ток достаточно велик (более 250 мА), то для отвода тепла снабдите схему LM317 радиатором. Если ЗУ включить до соединения с батареей, то моментально сработает реле, включится зеленый светодиод и зарядный ток окажется равным C/30.

Если ЗУ будет использоваться при более высоких значениях напряжений – пропорционально увеличьте сопротивление R1, ограничивающее ток, протекающий через светодиоды. Например, для напряжения 12 В сопротивление R1 будет равно 680 Ом, для напряжения 24 В – 1,2 кОм соответственно.

При больших значениях напряжения может потребоваться резистор, ограничивающий ток обмотки реле. Полезно измерить реальные значения тока C/10 и C/30, протекающего через заряжаемую батарею, что позволит судить о правильности работы устройства.

Последовательное и параллельное соединение

Способ соединения элементов в батарею определяет необходимые характеристики трансформатора по напряжению и току. Если батарея состоит из 8 элементов типа С, соединенных параллельно, то необходимо умножить необходимый для каждого элемента ток на 8. Если емкость отдельного элемента составляет 1200 мАч, то зарядный ток C/10 будет равен 120 мА. Для 8 параллельных элементов ток составит около 1 А (8х 120 мА=960 мА=0,96 А). Необходимое напряжение составит 1,5 В. Соответственно, необходим трансформатор, выдающий напряжение 1,5 В при токе 1 А. Если эти элементы соединены последовательно, то необходимое напряжение составит 12 В при токе 120 мА.

Быстрое ЗУ

Многие современные NiCd аккумуляторные батареи можно заряжать быстрее при условии, что после их полной зарядки ЗУ переключится в режим C/30. Типичным является удвоение зарядного тока при сокращении времени зарядки в два раза. Таким образом, можно заряжать батарею током C/5 в течение 7 часов.

Хотя я не пробовал использовать данную схему ЗУ для быстрой зарядки, но не вижу оснований, почему она не должна работать. Если вы хотите это сделать, необходимо сперва подстроить потенциометр под значение тока C/10, а потом уменьшить номинал резистора R2 в два раза.

Список деталей

• U1 регулятор напряжения LM317

• L1 двухпозиционное реле с двумя группами контактов

Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Очень простое

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Так, товарищи. Сейчас мы с вами будем заряжать аккумуляторы, просто, качественно, а главное — быстро. Для чего воспользуемся микросхемой MAX713 от компании MAXIM. Это специализированная микросхема, заточенная именно под зарядку указанных типов аккумуляторов.

Итак, что же она умеет — подходите ближе, сейчас увидите.
Итак MAX713 позволяет:

  • заряжать Никель-Кадмиевые и Никель-МеталлоГидридные аккумуляторы в количестве от 1 до 16 штук одновременно;
  • в режиме быстрого заряда регулировать ток заряда от С/3 до 4С, где С — емкость аккумулятора;
  • в режиме медленного заряда доводить аккумуляторы до кондиции током С/16;
  • отслеживание состояния аккумулятора и автоматический переход от быстрого заряда к медленному;
  • в отсутствии зарядного тока через микросхему "утекает" всего 5мкА от аккумуляторов;
  • возможность отключения заряда по температурным датчикам или по таймеру;

Ну и хватит — и так вон сколько получилось.
Как обычно, чтобы разговаривать предметно, смотрим на схему:

Вообще говоря, как мы помним еще со староглиняных времен, заряжать аккумуляторы рекомендовалось током 0,1С, где С — емкость аккумулятора. Однако, с тех пор утекло много пива и производители научились делать более совершенные аккумуляторы, позволяющие учинять над собой такое безобразие, как быстрый заряд (Fast Charge).
"It"s okey", говорят они — вы можете заряжать наши аккумуляторы гораздо большим током — главное не превышать значение 4С, иначе может случиться big-bada-bum.

Разумеется, чем больший зарядный ток используется в процессе зарядки, тем меньше времени нужно на эту самую зарядку. Однако, все же, увлекаться сильно не стоит — ток током, а долговечность аккумулятора тоже не последнее дело. Поэтому, в MAX713 реализован не только быстрый, но и медленный заряд (Trickle Charge), который включается по достижении аккумулятором полного заряда большим зарядным током.

Схема, показанная выше позволяет заряжать два аккумулятора, ёмкостью по 1000мА/ч каждый, током С/2, то есть 500мА.
Имеется индикация включения питания — HL1 и индикация быстрого заряда — HL2.
Аккумуляторы включаются последовательно.
Входное напряжение должно быть равно 6 вольтам. Вы еще тут? А ну бегом за паяльником!

Что? Вам надо заряжать четыре аккумулятора сразу? И не 1000мА/ч, а 1200?
Ну ладно, тогда не бежим за паяльником, а слушаем дальше.

Как я уже говорил, эта микросхема позволяет заряжать до 16 аккумуляторов, током до 4С. Итак, что же от нас требуется, чтобы спроектировать зарядное устройство под наши конкретные цели?

  1. Определиться с зарядным током аккумуляторов. Неплохо было бы узнать, какой максимальный зарядный ток рекомендует производитель. Ну а если не узнали, тогда уж на свой страх и риск. Для начала, я бы не стал превышать С/2.
  2. Решить сколько аккумуляторов нужно заряжать одновременно. После этого, согласно Таблице 1 определить, куда припаивать выводы PGM0 и PGM1. Разумеется, чтобы не перепаивать каждый раз микросхему, нужно предусмотреть переключатель, если нужно заряжать разное количество аккумуляторов.
  3. Подобрать входное напряжение на зарядное устройство. Оно может быть рассчитано по формуле:
    U=2+(1,9*N),
    где N — количество аккумуляторов
    Но это напряжение не может быть меньше 6 вольт.
    То есть, если вы будете заряжать даже один аккумулятор — входное напряжение должно составлять 6 вольт.
  4. Определить мощность выходного транзистора, после чего по справочнику подобрать подходящий. Мощность определяется так:
    P=(U in — U batt )*I charge ,
    где:
    U in — максимальное входное напряжение,
    U batt — напряжение заряжаемых аккумуляторов — суммарное, разумеется,
    I charge — зарядный ток.
  5. Посчитать сопротивление R1. R1=(V in -5)/5 — сопротивление получается в килоомах, чтобы получить Омы надо посчитанное значение умножить на 1000.
  6. Определить сопротивление R6. R6=0.25/I charge Если I charge подставляется в амперах, сопротивление мы получим в Омах, если а миллиамперах, то в килоомах. Не теряйтесь.
  7. Выбираем время заряда. Это нужно для того, чтобы в случае неисправного аккумулятора, зарядное устройство не гоняло его, бедолагу бесконечное число часов, а отключило по таймеру, даже если аккумулятор и не зарядился. Для выбора времени заряда пользуемся Таблицей 2. И прикручиваем ноги PGM2 и PGM3 согласно этой таблице. Разумеется, не забудьте учесть при этом зарядный ток, который был выбран, а то может случиться так, что устройство отключится раньше, чем зарядится аккумулятор.

Собственно говоря и все. Дальше будут таблицы.

Таблица 1. Задание количества заряжаемых аккумуляторов.

Количество аккумуляторов

Соединить PGM 1 с…

Соединить PGM 0 с…

Собираем по схеме автоматическое зарядное устройство ni-cd и ni-mh аккумуляторов

Никель-кадмиевые и Никель-металлогидридные аккумуляторы требуют зарядного устройства, которое автоматически отключается после завершения заряда. Порог устанавливается по возросшему напряжению аккумулятора. Такая схема электричества может быть реализована по-разному.

Импульсная схема с компаратором напряжения

Работу такой схемы можно представить так:

  1. На аккумулятор поступает зарядный импульс низкого напряжения большой длительности, например 1 сек;
  2. Источник тока импульса отключается от аккумулятора и подключается измеритель напряжения;
  3. Измеритель напряжения определяет степень заряда и подключает источник импульса вновь, или отключает его в случае, если напряжение превысило заранее определенный уровень.

Лучше всего подобная схема реализована на специализированных микросхемах. Их выпускается большое число вариантов. Сборка ведется по спецификациям из даташитов. Преимущество такого решения — не требуется предварительная градуировка зарядного устройства, (точная установка уровней срабатывания напряжения). ЗУ на специализированной микросхеме работает сразу после сборки при отсутствии ошибок в монтаже.

Между тем, специализированные микросхемы не всегда есть возможность достать. Тогда есть вариант — собрать автоматическое зарядное устройство на транзисторах. При этом желательно наличие цифрового мультиметра, чтобы точно выставить порог отключения после полной зарядки.

Схема на транзисторах

Рассмотрим лучшую схему, предложенную Андреем Шарым. Схема обеспечивает щадящий режим заряда никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов. Транзисторы — любые с током коллектора не ниже чем на схеме. ОУ — тоже почти любой со схожими характеристиками К140УД. Трансформатор и диодный мостик – тоже любые на напряжение 6 – 12 вольт и ток 0,5 – 2 А. Дроссель — готовый. При наличии измерителя индуктивности может быть намотан самостоятельно.

Режим работы схемы — импульсный. Обеспечивается высокий КПД. Радиаторы транзисторов во многих случаях не требуются. Схема — низкочастотная, поэтому требования к монтажу минимальны.

Настройка схемы

  1. Подобрать R5 и установить 4,9 вольт в точке указанной на схеме;
  2. Подобрать R9 и установить образцовое напряжение 1,4 вольт на выходе;
  3. Подключить разряженный аккумулятор/секцию аккумуляторов и установить ток на выходе 0,1 от емкости подбором R13.

После наладки устройство готово к работе.

Похожие радиосхемы и статьи:

Зарядное для никель кадмиевых аккумуляторов своими руками

Предлагаю вариант несложного зарядного устройства. Для его сборки можно использовать детали из отслужившей свой век отечественной аппаратуры.

Прибор представляет собой регулируемый стабилизированный источник тока, позволяющий поддерживать заданное значение зарядного тока в течение всего процесса зарядки аккумуляторов. Схема устройства приведена на рис. 1.

Сетевое напряжение понижает трансформатор Т1, выпрямляет диодный мост VD1 и сглаживает конденсатор С1. Выпрямленное и сглаженное напряжение поступает на стабилизатор тока, собранный на транзисторах VT1, VT2, стабилитроне VD2 и резисторах R2—R6.

Принцип действия стабилизатора тока весьма прост: на транзисторе VT1 собран обычный стабилизатор напряжения, на базу которого подано образцовое напряжение со стабилитрона VD2, а в цепь эмиттера включены резисторы R4—R6, которые задают ток зарядки аккумуляторов. Поскольку напряжение на базе транзистора VT1, а значит, и на этих резисторах стабилизировано, то и ток, протекающий через них и участок эмиттер—коллектор транзистора VT1, стабилен. Следовательно, стабилен и ток базы транзистора VT2, который регулирует зарядный ток аккумуляторов. Резисторами R5 и R6 осуществляют соответственно грубую и точную регулировки тока зарядки. Зарядный ток контролируют по показаниям миллиамперметра РА1. Диод VD3 предотвращает разрядку подключенных аккумуляторов при выключении устройства. Светодиод HL1 индицирует подключение зарядного устройства к сети.

В устройстве вместо указанных на схеме можно использовать любые транзисторы серий КТ315 (VT1), КТ814, КТ816 (VT2). Транзистор VT2 желательно установить на небольшой теплоотвод площадью 8. 10 см2. Допустимый прямой ток диодов VD1 и VD3 должен быть не менее максимального тока зарядки аккумуляторов. Стабилитрон VD2 — любой на напряжение 10. 12 В. Постоянные резисторы — МЛТ-0,5, переменные — любые. Конденсатор С1 — любой оксидный, емкостью не менее указанной на схеме и номинальным напряжением не менее амплитудного значения напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1.

Трансформатор — выходной трансформатор кадровой развертки лампового телевизора ТВК-70Л2. Его магнитопровод необходимо перебрать встык, удалив бумажную изолирующую прокладку в зазоре между торцами пластин магнитопровода. Первичная обмотка остается, а вторичную необходимо перемотать. Первичная обмотка содержит 3000 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,12 мм, вторичная (перемотанная) — 330 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,23 мм. Сечение магнитопровода — 18×23 мм. Напряжение на вторичной обмотке доработанного трансформатора должно находиться в пределах 22. 25 В. Миллиамперметр постоянного тока — любой с током полного отклонения 50 мА.

Все детали зарядного устройства, за исключением трансформатора Т1, светодиода HL1, переменных резисторов R5 и R6, миллиамперметра РА1 и регулирующего транзистора VT2, собирают на печатной плате, чертеж которой приведен на рис. 2.

Внешний вид собранного устройства показан на рис. 3.

Алгоритм зарядки весьма прост: разряженные аккумуляторы подключа ют к зарядному устройству и заряжают в течение 16 ч. Зарядный ток выбирают исходя из номинальной емкости аккумулятора. Для этого емкость аккумулятора (в А-ч) умножают на 100 и получают зарядный ток в миллиамперах. Например, для аккумулятора ЦНК-0,45 зарядный ток равен 45 мА, а для батареи 7Д-0,125 — 12,5 мА.

Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Очень простое

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Так, товарищи. Сейчас мы с вами будем заряжать аккумуляторы, просто, качественно, а главное — быстро. Для чего воспользуемся микросхемой MAX713 от компании MAXIM. Это специализированная микросхема, заточенная именно под зарядку указанных типов аккумуляторов.

Итак, что же она умеет — подходите ближе, сейчас увидите.
Итак MAX713 позволяет:

  • заряжать Никель-Кадмиевые и Никель-МеталлоГидридные аккумуляторы в количестве от 1 до 16 штук одновременно;
  • в режиме быстрого заряда регулировать ток заряда от С/3 до 4С, где С — емкость аккумулятора;
  • в режиме медленного заряда доводить аккумуляторы до кондиции током С/16;
  • отслеживание состояния аккумулятора и автоматический переход от быстрого заряда к медленному;
  • в отсутствии зарядного тока через микросхему "утекает" всего 5мкА от аккумуляторов;
  • возможность отключения заряда по температурным датчикам или по таймеру;

Ну и хватит — и так вон сколько получилось.
Как обычно, чтобы разговаривать предметно, смотрим на схему:

Вообще говоря, как мы помним еще со староглиняных времен, заряжать аккумуляторы рекомендовалось током 0,1С, где С — емкость аккумулятора. Однако, с тех пор утекло много пива и производители научились делать более совершенные аккумуляторы, позволяющие учинять над собой такое безобразие, как быстрый заряд (Fast Charge).
"It"s okey", говорят они — вы можете заряжать наши аккумуляторы гораздо большим током — главное не превышать значение 4С, иначе может случиться big-bada-bum.

Разумеется, чем больший зарядный ток используется в процессе зарядки, тем меньше времени нужно на эту самую зарядку. Однако, все же, увлекаться сильно не стоит — ток током, а долговечность аккумулятора тоже не последнее дело. Поэтому, в MAX713 реализован не только быстрый, но и медленный заряд (Trickle Charge), который включается по достижении аккумулятором полного заряда большим зарядным током.

Схема, показанная выше позволяет заряжать два аккумулятора, ёмкостью по 1000мА/ч каждый, током С/2, то есть 500мА.
Имеется индикация включения питания — HL1 и индикация быстрого заряда — HL2.
Аккумуляторы включаются последовательно.
Входное напряжение должно быть равно 6 вольтам. Вы еще тут? А ну бегом за паяльником!

Что? Вам надо заряжать четыре аккумулятора сразу? И не 1000мА/ч, а 1200?
Ну ладно, тогда не бежим за паяльником, а слушаем дальше.

Как я уже говорил, эта микросхема позволяет заряжать до 16 аккумуляторов, током до 4С. Итак, что же от нас требуется, чтобы спроектировать зарядное устройство под наши конкретные цели?

  1. Определиться с зарядным током аккумуляторов. Неплохо было бы узнать, какой максимальный зарядный ток рекомендует производитель. Ну а если не узнали, тогда уж на свой страх и риск. Для начала, я бы не стал превышать С/2.
  2. Решить сколько аккумуляторов нужно заряжать одновременно. После этого, согласно Таблице 1 определить, куда припаивать выводы PGM0 и PGM1. Разумеется, чтобы не перепаивать каждый раз микросхему, нужно предусмотреть переключатель, если нужно заряжать разное количество аккумуляторов.
  3. Подобрать входное напряжение на зарядное устройство. Оно может быть рассчитано по формуле:
    U=2+(1,9*N),
    где N — количество аккумуляторов
    Но это напряжение не может быть меньше 6 вольт.
    То есть, если вы будете заряжать даже один аккумулятор — входное напряжение должно составлять 6 вольт.
  4. Определить мощность выходного транзистора, после чего по справочнику подобрать подходящий. Мощность определяется так:
    P=(U in — U batt )*I charge ,
    где:
    U in — максимальное входное напряжение,
    U batt — напряжение заряжаемых аккумуляторов — суммарное, разумеется,
    I charge — зарядный ток.
  5. Посчитать сопротивление R1. R1=(V in -5)/5 — сопротивление получается в килоомах, чтобы получить Омы надо посчитанное значение умножить на 1000.
  6. Определить сопротивление R6. R6=0.25/I charge Если I charge подставляется в амперах, сопротивление мы получим в Омах, если а миллиамперах, то в килоомах. Не теряйтесь.
  7. Выбираем время заряда. Это нужно для того, чтобы в случае неисправного аккумулятора, зарядное устройство не гоняло его, бедолагу бесконечное число часов, а отключило по таймеру, даже если аккумулятор и не зарядился. Для выбора времени заряда пользуемся Таблицей 2. И прикручиваем ноги PGM2 и PGM3 согласно этой таблице. Разумеется, не забудьте учесть при этом зарядный ток, который был выбран, а то может случиться так, что устройство отключится раньше, чем зарядится аккумулятор.

Собственно говоря и все. Дальше будут таблицы.

Таблица 1. Задание количества заряжаемых аккумуляторов.

Количество аккумуляторов

Соединить PGM 1 с…

Соединить PGM 0 с…

Изготовление зарядного устройства (ЗУ) для NiCd аккумуляторов

Зарядные устройства для NiCd аккумуляторов достаточно дешевы. Обычно изготовление внешнего зарядного устройства под популярные размеры аккумуляторов, таких как ААА, АА, C и D, не отнимет много сил и времени. Умение сконструировать подобное устройство окажется полезным и тем, кто захочет встроить ЗУ в робота. В отличие от большинства дешевых ЗУ, которые продолжают заряжать аккумулятор током порядка C/10 даже после его полной зарядки, наше устройство уменьшает зарядный ток до порядка С/30 после того, как батареи оказались полностью заряженными. Такая процедура рекомендована для NiCd аккумуляторов и поможет обеспечить их длительную работоспособность.

Следующая информация позволит вам самостоятельно изготовить ЗУ для стандартного NiCd аккумулятора.

Зарядное устройство представляет собой отдельный блок, схема его подключения приведена на рис. 3.7 в иллюстративных целях. Такую схему легко разместить в корпусе робота, при этом потребуется разъем для соединения с ЗУ. Кроме того, необходим двухполюсный двухпозиционный переключатель, помещенный между разъемом и остальной схемой. Этот переключатель соединяет источник питания (аккумулятор) либо с остальной схемой робота, либо с ЗУ. Обесточивание робота необходимо потому, что в противном случае ток заряда аккумулятора уменьшится (см. рис. 3.7).

Рис. 3.7. Двухпозиционный переключатель, управляющий зарядом АКБ

Питание зарядного устройства можно осуществлять, используя либо обычный трансформатор, либо портативный блок питания, совмещенный со штекерной вилкой (типа используемых для питания плееров). Я предпочитаю последний, поскольку он дает на выходе постоянный ток. Если вы используете трансформатор, то вам дополнительно потребуются сетевой предохранитель, диодный мост, сглаживающий конденсатор и соединительные провода.

В любом случае вы должны подобрать характеристики трансформатора или выпрямителя под тип заряжаемой батареи. Подбор выпрямителя по выходному напряжению и току снизит рассеиваемую мощность на регуляторе LM317; например, не стоит использовать трансформатор на 12 В для зарядки 6-вольтовых батарей.

На рис. 3.8 показана схема блока питания ЗУ. Выходное напряжение может равняться 6, 12, 18, 24 или 36 В в зависимости от типа используемого трансформатора, диодного моста и конденсатора.

Рис. 3.8. Сетевой трансформатор и выпрямительный блок

Схема зарядного устройства приведена на рис. 3.9. Она включает в себя регулятор напряжения LM317 и ограничивающий ток резистор. Величина сопротивления ограничительного резистора зависит от силы тока, необходимого для зарядки аккумуляторной батареи.

Рис. 3.9. Схема зарядного устройства

Ограничительный резистор

Большинство производителей NiCd аккумуляторов рекомендуют заряжать их током, равным 1/10 от их емкости, что обозначается C/10. Таким образом, батарея размера АА емкостью 0,85 Ач необходимо заряжать током C/10 или 85 мА в течение 14 часов. После полной зарядки батареи производители рекомендуют снизить ток до уровня порядка C/30 (1/30 емкости батареи) для поддержания батареи в полностью заряженном состоянии без риска перезаряда или иных повреждений.

В нашем случае рассчитаем характеристики ЗУ для зарядки аккумулятора, состоящего из 4 последовательно соединенных элементов С-типа. Емкость каждого элемента составляет 2000 мАч. Таким образом, ток C/10 составит 200 мА. Стандартное напряжение каждого элемента составляет приблизительно 1,3 В, следовательно, напряжение батареи 4 х 1,3 = 5,2 В. Следовательно, можно использовать 6-вольтовый трансформатор, поддерживающий ток не менее 200 мА.

Для расчета сопротивления ограничивающего ток резистора используется формула:

R=1,25/Icc

Где Icc необходимый ток. Подставляя в формулу 200 мА (0,2 А) получаем:

1,25/0,2=6,25 Ом

Таким образом, сопротивление ограничительного резистора должно быть порядка 6,25 Ом. На схеме (рис. 3.9) этот резистор обозначен R2. Заметим, что на схеме резистор R2 имеет номинал 5 Ом. Это ближайший стандартный номинал резистора по отношению к рассчитанному.

C/30 резистор

Чтобы уменьшить силу тока до значения C/30, мы последовательно включаем еще один резистор, номинал которого составляет 2R или около 12,5 Ом. На схеме этот резистор обозначен как R3. Также подбирается резистор ближайшего стандартного номинала. В нашем случае его значение равно 10 Ом.

Принцип работы ЗУ

В ЗУ в качестве источника постоянного тока используется регулятор напряжения LM317. Ограничительный резистор для значения тока C/10 обозначен на схеме R2 (см. рис. 3.9). Значение R2 равно 5 Ом в сравнении с расчетным значением 6,25 Ом. Использование стандартного резистора близкого номинала не нарушит правильную работу ЗУ. Резистор для значения тока C/30 обозначен как R3. Стандартный номинал этого резистора также близок к расчетному и не нарушает нормальной работы ЗУ. Позже вы увидите, что ЗУ способно осуществлять и «быструю» зарядку аккумуляторов, поскольку имеет устройство контроля выходного потенциала.

V1 представляет собой переменный резистор номиналом 5 кОм. Он предназначен для отпирания тиристора после полной зарядки NiCd батареи. Тиристор в свою очередь переключает двухпозиционное реле, имеющее две группы контактов.

При подаче напряжения на схему ток протекает через регулятор LM317, заряжая батарею током порядка C/10. Резистор R3 при этом закорочен одной из групп контактов реле. Ток также протекает через резистор R1, ограничивающий ток светодиодов D1 и D2. После включения питания загорается красный светодиод D1, который сигнализирует о том, что происходит зарядка.

В процессе зарядки напряжение на потенциометре V1 возрастает. После 14 часов напряжение оказывается достаточным для отпирания тиристора. Через открытый тиристор напряжение поступает на обмотку двухпозиционного реле. Реле включается, красный светодиод гаснет и зажигается зеленый светодиод. Зеленый светодиод показывает, что батарея полностью заряжена. Другая группа контактов реле размыкает закороченный резистор R3. Включение резистора R3 уменьшает зарядный ток до порядка C/30. Диод D3 блокирует протекание тока из аккумулятора в схему ЗУ.

Определение напряжения срабатывания V1

Для нормальной работы схемы необходимо, чтобы тиристор отпирался только после полной зарядки NiCd батареи. Наиболее просто это сделать следующим образом: вставить полностью разряженную батарею в ЗУ, заряжать ее в течение 14 часов, а потом подрегулировать V1. После завершения процесса зарядки медленно поворачивать движок потенциометра V1 до срабатывания реле. При этом должен зажечься светодиод зеленого цвета.

Особенности конструкции

При самостоятельном конструировании ЗУ обратите внимание на следующее. Наиболее критичным является подбор ограничительных резисторов для значений тока C/10 и C/30. Для расчета их номиналов воспользуйтесь приведенными формулами. Рассеиваемая мощность этих резисторов порядка 2 Вт.

Если зарядный ток достаточно велик (более 250 мА), то для отвода тепла снабдите схему LM317 радиатором. Если ЗУ включить до соединения с батареей, то моментально сработает реле, включится зеленый светодиод и зарядный ток окажется равным C/30.

Если ЗУ будет использоваться при более высоких значениях напряжений – пропорционально увеличьте сопротивление R1, ограничивающее ток, протекающий через светодиоды. Например, для напряжения 12 В сопротивление R1 будет равно 680 Ом, для напряжения 24 В – 1,2 кОм соответственно.

При больших значениях напряжения может потребоваться резистор, ограничивающий ток обмотки реле. Полезно измерить реальные значения тока C/10 и C/30, протекающего через заряжаемую батарею, что позволит судить о правильности работы устройства.

Последовательное и параллельное соединение

Способ соединения элементов в батарею определяет необходимые характеристики трансформатора по напряжению и току. Если батарея состоит из 8 элементов типа С, соединенных параллельно, то необходимо умножить необходимый для каждого элемента ток на 8. Если емкость отдельного элемента составляет 1200 мАч, то зарядный ток C/10 будет равен 120 мА. Для 8 параллельных элементов ток составит около 1 А (8х 120 мА=960 мА=0,96 А). Необходимое напряжение составит 1,5 В. Соответственно, необходим трансформатор, выдающий напряжение 1,5 В при токе 1 А. Если эти элементы соединены последовательно, то необходимое напряжение составит 12 В при токе 120 мА.

Быстрое ЗУ

Многие современные NiCd аккумуляторные батареи можно заряжать быстрее при условии, что после их полной зарядки ЗУ переключится в режим C/30. Типичным является удвоение зарядного тока при сокращении времени зарядки в два раза. Таким образом, можно заряжать батарею током C/5 в течение 7 часов.

Хотя я не пробовал использовать данную схему ЗУ для быстрой зарядки, но не вижу оснований, почему она не должна работать. Если вы хотите это сделать, необходимо сперва подстроить потенциометр под значение тока C/10, а потом уменьшить номинал резистора R2 в два раза.

Список деталей

• U1 регулятор напряжения LM317

• L1 двухпозиционное реле с двумя группами контактов

Схема умного зарядного устройства для Ni-Cd аккумуляторов (MAX713)

Традиционная ("безопасная") зарядка никель-кадмиевых аккумуляторов током, значение которого в десять раз меньше емкости аккумулятора, удовлетворяет далеко не всех пользователей, поскольку в этом случае для гарантированной полной его зарядки требуется затратить более десяти часов.

Между тем аккумуляторы можно безопасно заряжать и большими токами, соответственно сокращая время зарядки. При этом, однако, необходим постоянный контроль за состоянием заряжаемого аккумулятора, чтобы избежать его выхода из строя.

Момент, когда никель-кадмиевый аккумулятор полностью заряжен, можно надежно установить, измеряя зависимость его напряжения от времени зарядки. В общем виде она показана на рис. 1.

Полностью заряженному аккумулятору соответствует момент, когда напряжение на нем достигает максимума. Поскольку для различных экземпляров абсолютное значение максимума может различаться, этот параметр нельзя использовать для однозначного определения окончания зарядки.

"Интeллeктyaпьныe,' зарядные устройства, периодически измеряя напряжение на заряжаемом аккумуляторе определяют момент когда изменение напряжения сменит знак (напряжение начнет уменьшаться), и прекращают зарядку.

Рис. 1.

Точнее, обычно переводят зарядное устройство в безопасный режим зарядки малым током. Следует отметить, что уменьшение напряжения по отношению к максимуму после его прохождения невелико-около 10 мВ на один элемент, и для его регистрации нужна измерительная аппаратура с соответствующим разрешением

Второй параметр, который принято контролировать при быстрой зарядке, - время. Его рассчитывают исходя из тока быстрой зарядки, и даже если за это время напряжение на аккумуляторе не достигло максимума, зарядку прекращают.

Это позволяет в какой-то мере уменьшитъ опасность выхода из строя зарядного устройства если в него установлен дефектный аккумулятор, у которого может и не произойти смены знака изменения напряжения в процессе зарядки.

Есть еще один параметр который наряду со сменой знака изменения напряжения на аккумуляторе объективно отражает завершение процесса зарядки, - температура корпуса аккумулятора.

Однако этот параметр относится к числу наиболее трудно контролируемых, поскольку требует установления надежного теплового контакта датчика температуры с корпусом заряжаемого аккумулятора.

Более того, в герметичных аккумуляторных батареях которые в основном используются в современной носимой аппаратуре, это в принципе невозможно. Поэтому на практике зарядку аккумуляторов с контролем температуры не применяют.

Но при этом приходится также отказываться и от предельных - очень быстрых режимов зарядки.

Микросхема МАХ713

Для реализации описанных алгоритмов зарядки выпускают специализированные микросхемы которые выполняют все перечисленные выше функции контроля и управления. К их числу относится например микросхема МАХ713. Она позволяет заряжать как единичный элемент, так и батарею, состоящую из нескольких аккумуляторов.

Контрольное время для быстрой зарядки может быть в пределах от 22 до 264 минут (восемь дискретных значений), а ток - в пределах от 4С до 0,ЗЗС (С - емкость аккумулятора) Все эти параметры устанавливают программно. Предусмотрена в микросхеме МАХ713 и функция контроля температуры заряжаемого аккумулятора.

При расчете режима быстрой зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов сначала выбирают зарядный ток I, ориентируясь на требуемое время зарядки. Следует заметить, что при отсутствии надежного контроля температуры заряжаемого аккумулятора выбирать его более 2С не рекомендуется.

По окончании режима быстрой зарядки ток снижают до значений, безопасных в течение длительного периода ("дозарядка"). В микросхеме МАХ713 это значение например выбрано около 30 мА и не зависит от тока быстрой зарядки.

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.

Зарядное устройство для никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов

Андрей Шарый, с.Кувечичи,
Черниговская область, Украина.
E-mail andrij_s (at) mail.ru

В наше время существует огромное количество типов зарядных устройств для никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металлогидридных (NiMH) аккумуляторов типоразмера АА или ААА.  Существуют различные методики зарядки. Самая древняя и она же самая щадящая по отношению к аккумулятору — это зарядка стабильным током 0,1 от емкости, выраженной в ампер-часах до достижения напряжения на элементе 1,45-1,5 В, на что обычно требуется 12-14 часов.

Способы более быстрой зарядки большими токами часто оказываются губительными для здоровья аккумулятора, потому что должны индивидуально соответствовать конкретно взятому типу аккумулятора, что далеко не всегда реализуемо в зарядном устройстве: не станет же пользователь каждый раз перестраивать зарядное устройство или закупать абсолютно одинаковые аккумуляторы во всю аппаратуру, потому без крайней надобности быструю зарядку лучше не использовать. Если аккумулятор никель-кадмиевый, то перед зарядкой его нужно разрядить до напряжения 1 В, иначе он будет терять емкость, особенно, если каждый раз его заряжать не полностью разряженным, но такие аккумуляторы уже используются очень редко, на смену им приходят NiMH элементы, обладающие большей удельной емкостью и не склонные к эффекту памяти, однако имеющие значительно меньший ресурс количества циклов заряд-разряд. Существуют конечно фирменные зарядные устройства, учитывающие все нюансы правильного заряда аккумуляторов. Они определяют степень заряженности по напряжению на аккумуляторе или (и) по небольшому спаду напряжения в конце зарядки (дельта-U чувствительные устройства), контролируют они также и температуру аккумулятора. Но такие устройства очень дороги. Кроме того, готовые зарядные устройства часто заряжают последовательно соединенные 2 или 4 аккумулятора, что есть очень неправильно, поскольку при зарядке последовательно соединенных аккумуляторов практически невозможно обеспечить одинаковую степень их заряженности. Аккумуляторы часто имеют хоть и  незначительный, но все же заметный разброс в параметрах, потому обеспечить их правильный заряд можно только контролируя процесс каждого аккумулятора отдельно.

Понятно, что изготовить в домашних условиях устройство, учитывающее все тонкости заряда практически невозможно — получится дороже готового фирменного. Таким образом, ставилась задача создать максимально простое зарядное устройство, которое будет однако абсолютно безопасным для здоровья аккумуляторов и максимально универсальным, подходящим для разных аккумуляторов, имеющихся в хозяйстве. Исходя из этого был выбран алгоритм зарядки стабильным током 200 мА для элементов типоразмера АА и 75 мА для аккумуляторов ААА. Степень заряженности определяется по напряжению на одном отдельно взятом аккумуляторе. Как показала практика, для здоровья аккумуляторов не страшно довольно значительное (-50 +100%) отклонение зарядного тока от положенных 0,1 от емкости. Намного опаснее недо- или перезаряд а также разная степень заряженности аккумуляторов, которые потом будут использоваться в одном устройстве. Исходя из таких соображений собрано зарядное устройство, схема которого приведена ниже.

Рис. 1. Схема зарядного устройства

Трансформатор Т1 понижает сетевое напряжение до 7-12 В, которое потом стабилизируется импульсным стабилизатором, реализованным на транзисторах Т1-Т4 на уровне 4,9В. При одновременной зарядке четырех аккумуляторов стабилизатор выдает ток около 1 А, но благодаря импульсному режиму работы теплоотводы транзисторам не требуются.

Делитель напряжения R8R9 создает опорное напряжение 1,4В, которое сравнивается с напряжением на аккумуляторе, который заряжается, компаратором на OP1. Резистор R7 в цепи обратной связи создает гистерезис около 0,05 В, благодаря чему после достижения напряжения на аккумуляторе 1,45В зарядка прекращается и не включается до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не снизится до 1,35 В. Такой режим работы очень важен при кратковременных отключениях напряжения во время зарядки аккумуляторов: если зарядка не была завершена, то после возобновления электроснабжения она продолжится. Кроме того, устраняются повторные включения-отключения в конце зарядки.

Зарядный ток стабилизируется генератором стабильного тока на Т5 Т6, зарядный ток задается резистором R13. Пока напряжение на аккумуляторе не достигнет установленного порога, напряжение на выходе операционного усилителя практически равно напряжению питания, следовательно транзистор Т5 открыт, генератор стабильного тока работает, светодиод LED1 (оранжевый) светится, индицируя нормальный режим заряда. Когда напряжение на аккумуляторе повысится до 1,45 В, напряжение на выходе операционного усилителя снизится почти до 0, Т5 закроется, светодиод погаснет, зарядка прекратится. Особенностью схемы является то, что светодиод LED1 кроме функций индикации играет роль источника опорного напряжения для генератора стабильного тока.

Импульсный стабилизатор напряжения может использоваться один на несколько аккумуляторов (до 4 без теплоотвода на Т1, и до 8 с теплоотводом, при соответствующей мощности сетевого трансформатора и диодного моста). Количество модулей, обведенных линией и обозначенных на схеме А1 должно быть равно количеству одновременно заряжаемых аккумуляторов.

Настройка.

Сразу после сборки приступают к налаживанию устройства. Сначала подбирая сопротивление R5 в пределах сотен Ом, устанавливают напряжение стабилизации 4,9В, в точке, обозначенной на схеме. Проверяют стабильность напряжения, при изменении нагрузки от 20 мА до 1 А оно не должно изменяться более чем на 0,05В. Если планируется заряжать не более 2 аккумуляторов, верхний предел тока может быть 0,5 А. Проверяют, чтобы не перегревался транзистор Т1. Его сильный нагрев более 50-60oС говорит о неправильной работе стабилизатора. Потом проверяют образцовое напряжение 1,4 В, при необходимости подбирают сопротивление R9. Далее, установив в разъем разряженный аккумулятор, подбирают сопротивление R13 для обеспечения нужного зарядного тока. При использовании оранжевых светодиодов сопротивлению 3,6 Ом соответствовал зарядный ток 200 мА, при 10 Омах ток был 75 мА. На этом настройка закончена. Если зарядный ток не превышает 200 мА, то теплоотвод на Т6 не нужен.

О деталях.

Транзистор Т1 может быть любым высокочастотным, с небольшим напряжением насыщения эмиттер-коллектор в открытом состоянии. Ток коллектора должен быть более 2 А, напряжение эмиттер-коллектор не менее 40 В. В качестве этого транзистора также неплохо применить n-канальный ключевой полевой транзистор типа IRFZ44, IRF510, но тогда надо менять полярность подключения к диодному мосту на противоположную, а транзисторы Т2 и Т3 должны быть структуры n-p-n, например, КТ815 и КТ3102 соответственно, а Т4 — p-n-p, например, КТ3107. Диод D1 должен быть обязательно высокочастотным, можно с барьером Шоттки, например, 1N5819. Дроссель L1 мотают проводом диаметром около 0,8 мм (20 витков) на ферритовой чашке Б18-Б22 из феррита 1500-2500НМ с немагнитным зазором 0,1 мм. Можно с успехом использовать тороидальный сердечник из прессованного железного порошка (используются выходных в фильтрах компьютерных блоков питания). Дроссель L2 — марки ДПМ или любой готовый около 100 мкГн, обязательно на ток более 1А. Можно также намотать самому проводом не тоньше 0,8 мм на любой подходящий сердечник. Индуктивность этого дросселя может отличаться в большую сторону в несколько раз, важно, чтобы он имел очень маленькое сопротивление постоянному току. Операционный усилитель в данной конструкции применяется счетверенный, но если устройство будет на 2 аккумулятора, то можно применить и сдвоенный. Трансформатор любой сетевой, с напряжением на вторичной обмотке от 7 до 12 В, мощность примерно 1,5-2 Вт на каждый заряжаемый аккумулятор.

Диодный мост может использоваться любой подходящий на ток 1 А и более, можно и на отдельный диодах типа 1N4001.
Вариант компоновки и печатной платы устройства на 4 аккумулятора (2 АА и 2 ААА) смотрите на фото.

Рисунок 2. Печатная плата

Рисунок 3. Компоновка внутри корпуса и внешний вид

Изучены простые схемы зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов

В статье обсуждается простая схема зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов с автоматической защитой от перезарядки и зарядкой постоянным током.

Когда дело доходит до правильной зарядки никель-кадмиевого элемента, настоятельно рекомендуется остановить или прервать процесс зарядки, как только он достигнет полного уровня заряда. Несоблюдение этого может отрицательно сказаться на сроке службы элемента, значительно снижая эффективность его резервного копирования.

Простая схема зарядного устройства Ni-Cad, представленная ниже, эффективно решает критерий перезарядки, включая такие функции, как зарядка постоянным током, а также отключение питания, когда клемма элемента достигает полного значения заряда.

Основные характеристики и преимущества

  • Автоматическое отключение при полном уровне заряда
  • Постоянный ток во время зарядки.
  • Светодиодная индикация отключения полного заряда.
  • Позволяет пользователю добавлять дополнительные ступени для одновременной зарядки до 10 никель-кадмиевых ячеек.
Принципиальная схема

Как это работает

Подробная простая конфигурация, описанная здесь, предназначена для зарядки одного элемента типа «AA» емкостью 500 мАч с рекомендованной скоростью заряда, близкой к 50 мА, тем не менее, ее можно удобно настроить для недорогой зарядки нескольких ячеек вместе, повторяя область, показанную пунктирными линиями.

Напряжение питания для схемы получается от трансформатора, мостового выпрямителя и стабилизатора 5 В IC.

Ячейка заряжена транзистором T1, который сконфигурирован как источник постоянного тока.

T1, с другой стороны, управляется компаратором напряжения с использованием триггера Шмитта ТТЛ N1. Во время зарядки элемента напряжение на выводах элемента поддерживается на уровне около 1,25 В.

Этот уровень оказывается ниже положительного порога срабатывания N1, который поддерживает выход N1 на высоком уровне, а выход N2 становится низким. , позволяя T1 получать напряжение смещения базы через делитель потенциала R4 / R5.

Пока никель-кадмиевый элемент заряжается, светодиод D1 продолжает светиться. Как только элемент приближается к состоянию полного заряда, его напряжение на клеммах поднимается примерно до 1,45 В. Из-за этого повышается положительный порог срабатывания N1, вызывая повышение выходного сигнала N2.

Эта ситуация мгновенно отключает Т1. Теперь аккумулятор перестает заряжаться, а светодиод D1 гаснет.

Поскольку положительный предел активации N1 составляет приблизительно 1,7 В и регулируется определенным допуском, включены R3 и P1, чтобы изменить его на 1.45 В. Отрицательный предел срабатывания триггера Шмитта составляет около 0,9 В, что ниже, чем напряжение на клеммах даже полностью разряженного элемента.

Это означает, что подключение разряженного элемента к цепи никогда не приведет к автоматическому запуску зарядки. По этой причине имеется кнопка запуска S1, которая при нажатии принимает входной сигнал низкого уровня NI.

Для зарядки большего количества ячеек часть схемы, показанная в пунктирной рамке, может быть повторена отдельно, по одной для каждой батареи.

Это гарантирует, что, независимо от уровней разряда ячеек, каждый из них индивидуально заряжается до нужного уровня.

Конструкция печатной платы и наложение компонентов

В приведенной ниже конструкции печатной платы дублируются две стадии, позволяющие заряжать две ячейки Nicad одновременно от одной платы.

Зарядное устройство

Ni-Cad с использованием резистора

Это конкретное простое зарядное устройство может быть сконструировано из деталей, которые можно увидеть практически в любом контейнере для мусора конструктора.Для обеспечения оптимального срока службы (количества циклов зарядки) никель-кадмиевые батареи необходимо заряжать относительно постоянным током.

Это часто достигается довольно легко, заряжая через резистор от напряжения питания, во много раз превышающего напряжение батареи. Изменение напряжения аккумулятора во время зарядки, вероятно, будет иметь минимальное влияние на ток заряда. Предлагаемая схема состоит только из трансформатора, диодного выпрямителя и последовательного резистора, как показано на рисунке 1.

Соответствующее графическое изображение помогает определить необходимое значение последовательного резистора.

Горизонтальная линия проводится через напряжение трансформатора по вертикальной оси до тех пор, пока она не пересечет указанную линию напряжения батареи. Затем линия, протянутая вертикально вниз от этой точки до пересечения с горизонтальной осью, впоследствии дает нам необходимое значение резистора в омах.

Например, пунктирная линия показывает, что если напряжение трансформатора составляет 18 В, а заряжаемая никель-кадмиевая батарея - 6 В, то значение сопротивления будет около 36 Ом для предполагаемого контроля тока.

Это указанное сопротивление рассчитано на выдачу 120 мА, в то время как для некоторых других значений зарядного тока значение резистора необходимо будет соответствующим образом уменьшить, например 18 Ом для 240 мА, 72 Ом для 60 мА и т. Д. D1.

Цепь зарядного устройства

NiCad с автоматическим контролем тока

Никель-кадмиевые батареи обычно требуют зарядки постоянным током. Показанная ниже схема зарядного устройства NiCad разработана для подачи либо 50 мА на четыре элемента 1,25 В (тип AA), либо 250 мА на четыре элемента 1.Элементы на 25 В (тип C) соединены последовательно, хотя их можно просто модифицировать для различных других значений заряда.

В обсуждаемой цепи никель-кадмиевого зарядного устройства R1 и R2 устанавливают выходное напряжение без нагрузки примерно на 8 В.

Выходной ток проходит через R6 или R7, и по мере его увеличения постепенно включается транзистор Tr1.

Это приводит к увеличению точки Y , включению транзистора Tr2 и разрешению точки Z стать менее и менее положительной.

Процесс, следовательно, снижает выходное напряжение и имеет тенденцию к снижению тока.В конечном итоге достигается уровень баланса, который определяется величиной R6 и R7.

Диод D5 блокирует заряжаемую батарею, обеспечивая питание выхода IC1 в случае отключения 12 В, что в противном случае могло бы вызвать серьезное повреждение IC.

FS2 встроен для защиты от повреждения заряжаемых аккумуляторов.

Выбор R6 и R7 осуществляется методом проб и ошибок, что означает, что вам понадобится амперметр с подходящим диапазоном, или, если значения R6 и R7 действительно известны, падение напряжения на них можно рассчитать по закону Ома. .

Зарядное устройство

Ni-Cd с использованием одиночного операционного усилителя

Эта схема зарядного устройства Ni-Cd предназначена для зарядки стандартных никель-кадмиевых батарей типоразмера AA. Специальное зарядное устройство в основном рекомендуется для никель-кадмиевых элементов по той причине, что они обладают чрезвычайно низким внутренним сопротивлением, что приводит к увеличению зарядного тока, даже если используемое напряжение немного выше.

Зарядное устройство должно поэтому включать схему для ограничения тока заряда до правильного предела. В этой схеме T1, D1, D2 и C1 работают как традиционные понижающие, изолирующие, двухполупериодные выпрямители и цепи фильтрации постоянного тока.Дополнительные части предлагают текущие правила.

IC1 используется как компаратор с отдельным буферным каскадом Q1, обеспечивая в этой конструкции достаточно высокий выходной ток. На неинвертирующий вход IC1 подается опорное напряжение 0,65 В, представленное через R1 и D3. Инвертирующий вход подключается к земле через R2 в пределах уровней тока покоя, позволяя выходу стать полностью положительным. Если к выходу подсоединен никель-кадмиевый элемент, через R2 может возникнуть сильный ток, в результате чего на R2 будет развиваться эквивалентное напряжение.

Оно может просто увеличиться до 0,6 В, тем не менее, увеличение напряжения в этой точке меняет входные потенциалы входов IC1 на противоположные, что приводит к снижению выходного напряжения и понижению напряжения около R2 обратно на 0,65 В. а также полученный зарядный ток) - это в результате ток, генерируемый с 0,65 В на 10 Ом, или, проще говоря, 65 мА.

Большинство никель-кадмиевых элементов AA обладают оптимальным предпочтительным зарядным током не более 45 или 50 мА, и для этой категории R2 необходимо увеличить до 13 Ом, чтобы получить соответствующий ток заряда.

Несколько вариантов быстрого зарядного устройства могут работать с током 150 мА, и для этого требуется понижение R2 до 4,3 Ом (3,3 Ом плюс 1 Ом последовательно на случай, если невозможно найти идеальную деталь).

Кроме того, T1 необходимо улучшить до варианта с номинальным током 250 мА, а Q1 должен быть установлен с использованием крошечного ребристого радиатора с болтовым креплением. Устройство может легко заряжать до четырех ячеек (6 ячеек, когда T1 модернизирован до типа 12 В), и все они должны быть подключены последовательно к выходу, а не параллельно.

Схема универсального никель-кадмиевого зарядного устройства

На рисунке 1 показана полная принципиальная схема универсального никель-кадмиевого зарядного устройства. Источник тока разработан с использованием транзисторов T1, T2 и T3, которые обеспечивают постоянный зарядный ток.

Источник тока становится активным только тогда, когда никель-кадмиевые элементы подсоединены правильно. ICI предназначен для проверки сети путем проверки полярности напряжения на выходных клеммах. Если ячейки установлены правильно, контакт 2 микросхемы IC1 не может работать так же положительно, как на контакте 3.

В результате выход IC1 становится положительным и подает базовый ток на T2, который включает источник тока. Ограничение источника тока можно зафиксировать с помощью S1. После определения значений R6, R7 и RB можно предварительно установить ток 50 мА, 180 мА и 400 мА. Помещение S1 в точку 1 показывает, что никель-кадмиевые элементы можно заряжать, позиция 2 предназначена для ячеек C, а позиция 3 зарезервирована для ячеек D.

Разные детали

TR1 = трансформатор 2 x 12 В / 0,5 A
S1 = 3-х позиционный переключатель
S2 = 2-х позиционный переключатель

Источник тока работает по очень простому принципу.Схема устроена как сеть с обратной связью по току. Представьте, что S1 находится в позиции 1, а выход IC1 положительный. Т2 и 13 теперь начинают получать ток базы и инициируют проводимость. Ток через эти транзисторы составляет напряжение около R6, которое запускает работу T1.

Нарастающий ток вокруг R6 означает, что T1 может проводить с большей силой, тем самым минимизируя базовый ток возбуждения для транзисторов T2 и T3.

Второй транзистор может в этот момент проводить меньше, и начальный рост тока ограничен.Таким образом реализуется достаточно постоянный ток с помощью R3 и подключенных никель-кадмиевых элементов.

Пара светодиодов, подключенных к источнику тока, в любой момент показывают рабочее состояние никель-кадмиевого зарядного устройства. IC1 подает положительное напряжение, когда никель-кадмиевые элементы правильно подключены, загораясь светодиодом D8.

Если ячейки не подключены с соблюдением полярности, положительный потенциал на выводе 2 IC1 будет выше, чем на выводе 3, в результате чего выход компаратора операционного усилителя станет 0 В.

В этой ситуации источник тока останется выключенным и светодиод D8 не загорится. Идентичное состояние может возникнуть, если никакие элементы не подключены для зарядки. Это может произойти из-за того, что на контакте 2 будет повышенное напряжение по сравнению с контактом 3 из-за падения напряжения на D10.

Зарядное устройство активируется только при подключении элемента с напряжением не менее 1 В. Светодиод D9 показывает, что источник тока работает как источник тока.

Это может показаться довольно странным, однако входной ток, генерируемый IC1, просто недостаточен, уровень напряжения также должен быть достаточно большим, чтобы усилить ток.

Это означает, что напряжение питания всегда должно быть больше, чем напряжение на никель-кадмиевых элементах. Только в этом случае разности потенциалов будет достаточно для срабатывания токовой обратной связи T1, при этом загорится светодиод D9.

Дизайн печатной платы

Использование микросхемы IC 7805

На приведенной ниже схеме показана идеальная схема зарядного устройства для никель-кадмиевого элемента.

В нем используется микросхема регулятора 7805 для подачи постоянного напряжения 5 В на резистор, что приводит к тому, что ток зависит от номинала резистора, а не от потенциала ячейки.

Номинал резистора следует отрегулировать в зависимости от типа, который используется для зарядки; любое значение от 10 Ом до 470 Ом может использоваться в зависимости от номинальной емкости ячейки. Из-за плавающей природы IC 7805 по отношению к потенциалу земли, эта конструкция может применяться для зарядки отдельных ячеек Nicad или серии из нескольких ячеек.

Использование 7805 и постоянного тока на основе светодиодов

Следующая схема зависит от регулятора напряжения 7805, который обрабатывает фиксированную нагрузку R1 и переменную нагрузку в виде двух никель-кадмиевых батарей.Результат весьма заметен: напряжение и нагрузка постоянны. Полное устройство, включая регулятор напряжения и нагрузку R1, может быть впоследствии подключено последовательно к переменной потенциальной нагрузке, которой в данном конкретном случае является наша никель-кадмиевая батарея, которая будет заряжаться, и у нас будет полностью постоянный ток. Эта ситуация, конечно, всегда предполагает, что входное напряжение достаточно высокое.

Схема включает в себя небольшую дополнительную особенность - светодиод, последовательно соединенный с заземляющим контактом регулятора lC.Этот светодиод настроен на работу как индикатор зарядки NiCd.

Предопределенный ток 8 мА +/- 1 мА, который определяется предпочтительным выходным током и который должен быть включен в этот выходной ток, проходит с помощью светодиода. При фиксировании номинала резистора R1 важно помнить о дополнительных 1,5 В, падающих на светодиод.

Как уже было сказано, этот источник тока используется как зарядный ток для никель-кадмиевых аккумуляторов. В отличие от свинцово-кислотных аккумуляторов, никель-кадмиевые аккумуляторы необходимо заряжать постоянным током.

Обычные никель-кадмиевые батареи необходимо заряжать током, который должен составлять 1/10 от его номинального значения мАч, и заряжать в течение приблизительно 14 часов.

Всегда рекомендуется следить за тем, чтобы никель-кадмиевый элемент всегда был полностью разряжен, а затем быстро подключался к зарядному устройству. Это продлит срок службы элемента и обеспечит большее количество циклов заряда / разряда.

Зарядка никель-кадмиевых элементов от источника питания 12 В

Основным принципом зарядного устройства для аккумуляторов является то, что его напряжение зарядки должно быть больше номинального напряжения аккумулятора.Например, аккумулятор на 12 В следует заряжать от источника 14 В.

В этой схеме никель-кадмиевого зарядного устройства 12 В используется удвоитель напряжения на основе популярной микросхемы 555. Поскольку выход 3 микросхемы поочередно подключен между напряжением питания +12 В и землей, микросхема колеблется.

C 3 заряжается через D 2 и D 3 почти до 12 В, когда на контакте 3 низкий логический уровень. Моментный вывод 3 имеет высокий логический уровень, напряжение перехода C 3 и D 3 повышается до 24 В из-за отрицательной клеммы C 3 , которая подключена к +12 В, а сам конденсатор держит заряд. такой же стоимости.Затем диод D 3 становится смещенным в обратном направлении, но провод D 4 достаточно для того, чтобы C 4 мог зарядиться более 20 В. Этого напряжения более чем достаточно для нашей схемы.

78L05 в позициях IC 2 действует как поставщик тока, который удерживает выходное напряжение U n от появления на R 3 при 5 В. Выходной ток I n может можно просто рассчитать по формуле:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7.4 мА

Характеристики 78L05 включают потребление тока, поскольку центральный вывод (обычно заземленный) дает нам около 3 мА.

Общий ток нагрузки составляет около 10 мА, и это хорошее значение для постоянной зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов. Чтобы показать, что зарядный ток течет, в цепь включен светодиод.

График зарядного тока

На рисунке 2 показаны характеристики зарядного тока в зависимости от напряжения аккумулятора. Совершенно очевидно, что схема не совсем идеальна, так как аккумулятор на 12 В будет заряжаться током всего около 5 мА.Для этого есть несколько причин:

  • Выходное напряжение схемы, кажется, падает с увеличением тока.
  • Падение напряжения на 78L05 составляет около 5 В. Но необходимо добавить еще 2,5 В для обеспечения точной работы ИС.
  • Скорее всего, на светодиодах падение напряжения 1,5 В.

Учитывая все вышесказанное, никель-кадмиевый аккумулятор на 12 В с номинальной емкостью 500 мАч может непрерывно заряжаться с использованием тока 5 мА. Всего это всего 1% от его емкости.

Простая схема зарядного устройства для аккумуляторов nicad по маленькой детали

Вы используете аккумулятор на 9 В? Многие проекты используют его как источник энергии. Аккумулятор nicad хорош, обычно используется. Мы можем перезарядить их, когда умрет. Если у вас нет зарядного устройства.

Я рекомендую это простая схема зарядного устройства nicad. Подходит для новичков. Но все равно отлично работает. В цепи обычно используются зарядные батареи, потому что это дешево.

Потому что на самом деле мы используем простое маленькое устройство.Можно использовать схему зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов, при этом аккумулятор будет заряжаться с током 4,8 В 800 мА, используя его в течение примерно пяти часов, «что служит для ограничения тока R1. В схему зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов, где R2 и LED1 сообщают, что состояние зарядного устройства полностью или чтобы показать, что если LED1 на аккумуляторе не полностью.

Простая схема зарядного устройства NiMH-Nicd 9 В

Схема зарядного устройства 9 В NiHM-Nicd проста.

Вот простая схема зарядного устройства NiMH-Nicd 9 В, показанная на рисунке 2.Входное напряжение составляет 12 В от обычного адаптера постоянного тока, а 9-вольтовая батарея подключается к разъему Snap.

Реальный простой проект. Что еще? Мало того, что мы должны учиться.

Как разрядить никель-кадмиевую батарею

Я собираюсь показать вам схему разрядки никель-кадмиевой батареи. Зачем вам это использовать?

Ni-Cad аккумулятор имеет преимущества, которые можно перезаряжать для повторного использования. И дешевле, чем другие типы аккумуляторных батарей, такие как Ni-HM аккумулятор.

Обожаю никель-кадмиевые батареи.Потому что они сетевые 4 причины:

  • Трудно повредить более долговечные, чем свинцово-кислотные или литиевые батареи.
  • Намного более терпимо к длительным циклам глубокого разряда.
  • Может хорошо работать в тяжелых условиях.
  • Имеют высокую энергию, как у щелочных батарей (не заряжаются).

Но у них есть важный недостаток - это эффект памяти. Перед зарядкой этого аккумулятора. Он должен иметь только нулевую мощность.

Если заряжать, пока остается мало энергии.Это вызовет состояние эффекта памяти.

Есть 2 недостатка: он запомнит это напряжение или уровень энергии. Это приводит к невозможности высвободить максимум энергии. И, что немаловажно, срок службы аккумулятора этого типа также короче.

Читайте также: Простая схема зарядного устройства NiMH NiCd батареи

Хорошим решением является постоянное использование цепи разрядной батареи Nicd. Перед зарядкой обычным зарядным устройством.

Запрещение: Не допускать короткого замыкания аккумулятора.Это повредит аккумулятор.

У нас есть 2 схемы, которые нужно сделать:

Простая схема с реле

Это простой разряд аккумуляторной батареи на 6 В (1,2 В x 4). Эта схема поможет увеличить срок ее службы на большее количество раз.

Как это работает

Когда подключаем аккумуляторы 6В (последовательно 1,2В) на разряд. Оба диода D1 и D2 включены последовательно, они определят напряжение батареи.

Рекомендовано: Простая батарея 1,2 В AA Схема солнечного зарядного устройства

Если напряжение батареи больше 1.4В. Это заставляет RY1 работать. Контактный переключатель из NC в NO. Он заставляет L1 течь вверх, пока напряжение не упадет. Отрегулируйте VR1, чтобы он перестал работать, чтобы контактировать НО с НЗ Затем L1 гаснет. Закончил разряженный процесс.

Разрядите Ni-Cd аккумулятор при различных напряжениях

Мы можем использовать эту схему для многих уровней заряда аккумулятора от 3 В до 15 В.

Эта схема используется для разряда батареи при смещении напряжения на Q1, регулируемом с помощью VR1, подает напряжение смещения на базовый вывод Q1, подходящее для вывода батареи, если в батарее есть остаточное напряжение лампы.Горит, пока не разрядится батарея. Лампа постепенно гаснет, если нет заряда батареи. Индикатор оставшегося заряда не загорается.

Детали, которые вам понадобятся

VR1: Потенциометр 1K Q1: TIP3055, NPN-транзистор L1: Лампочки 12 В 10 Вт

Осторожно: При использовании, если возможно, Q1 также должен быть прикреплен к радиатору.

CR: изображение StonyCreek

Вот несколько связанных сообщений, которые вы, возможно, захотите прочитать дальше:

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

Схема зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов

Ранее мы создали много типов схем зарядных устройств, в том числе солнечное мобильное зарядное устройство , Поплавковое зарядное устройство , Зарядное устройство 12 В , Схема блока питания и т. Д. Сегодня мы собираются построить схему зарядного устройства для зарядки Ni-Cd АКБ . Процесс зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов может осуществляться двумя способами:

  1. Быстрая зарядка
  2. Медленная зарядка

Быстрая зарядка требует правильного отключения после полной зарядки.В отличие от свинцово-кислотных или литиевых аккумуляторов, никель-кадмиевые аккумуляторы не могут принимать постоянный заряд. Также непросто отключить зарядное устройство после полной зарядки. Это должно быть сделано на основе алгоритма, который определяет температуру батареи и постоянное снижение напряжения после завершения зарядки. Другая часть заключается в том, что перед быстрой зарядкой аккумулятор необходимо полностью разрядить.

Следовательно, здесь мы собираемся сделать простое медленное зарядное устройство , которое может заряжать никель-кадмиевые батареи при более низких и более безопасных токах.Этот процесс без автоматического отключения не повредит элемент так сильно, как быстрое зарядное устройство без автоматического отключения.

Медленные зарядные устройства могут использоваться для преодоления саморазряда . Никель-кадмиевый аккумулятор саморазряжается со скоростью 15-20% в месяц, что выше, чем у литиевой батареи 5-10% в месяц. Но он ниже по сравнению с никель-металлгидридным аккумулятором, саморазряд которого составляет 20-30% в месяц.

Ni-Cd Зарядка аккумулятора:

Электрохимическое устройство, которое подает энергию во внешнюю цепь посредством внутренней химической реакции, называется ячейкой .Комбинация этих элементов в последовательном или параллельном соединении называется батареей .

Ниже приведена спецификация нескольких никель-кадмиевых батарей типоразмеров AA и AAA,

Разница между стандартной зарядкой и быстрой зарядкой зависит от зарядного напряжения, зарядного тока и метода или алгоритма отключения.

Для быстрой зарядки требуется точное отключение питания в конце заряда с учетом температуры элемента или отрицательного изменения напряжения.Различные типы, в которых можно заряжать Ni-Cd аккумулятор, указаны ниже:

.

Батарея, используемая здесь, имеет емкость 600 мАч, как показано ниже, и указывает, что мы должны заряжать элемент при 60 мА, что рекомендуется для медленной зарядки 0,1C. Следовательно, мы сделали медленную зарядку постоянным током.

Необходимые компоненты:
  1. LM317 - 2 номера
  2. 1N4007 - 4No.
  3. Конденсатор, 100 мкФ (электролитический) - 1 шт.
  4. Держатель батареек AAA или AA - 1No
  5. POT (100Ὠ) - 1No.
  6. Светодиод (Красный -1)
  7. Резисторы (1 кОм -1; 560 Ом -1; 100 Ом -2)
  8. Доска точечная перфорированная
  9. Соединительные провода

Ni-Cd схема медленного зарядного устройства и пояснения:

Вот как выглядит схема на Perf Board:

1. Понижающий трансформатор:

Здесь используется понижающий трансформатор переменного тока с номиналом от 230 В до 15 В, 1 А.Несмотря на то, что выходная токовая нагрузка трансформатора составляет 1 А, допустимый непрерывный ток составляет всего 0,4 А для безопасной работы. Можно использовать трансформатор на 230 В / 0-15 В или 230 В / 15-0-15 В.

2. Мостовой выпрямитель:

Двухполупериодный мостовой выпрямитель преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока посредством процесса, называемого выпрямлением и. Выпрямитель, используемый здесь, выполнен с использованием четырех диодов в мостовой конфигурации.

3.Цепь регулятора напряжения:

Здесь LM317 используется для регулирования напряжения; это трехконтактный регулируемый регулятор

Таким образом, необходимое выходное напряжение составляет не более 1,45 В для зарядки аккумулятора.

В ВЫХ = 1,25 * {1+ (100/560 Ом)}

В ВЫХ = 1,47 В

Калькулятор напряжения LM317 можно использовать, если вы ищете какой-нибудь калькулятор для расчета резистора или для планирования выходного напряжения.

4. Цепь ограничителя тока:

Так как зарядный ток для аккумулятора 600мАч будет 60мА. Соответствующий резистор должен быть рассчитан,

I ВЫХ = 1,25 / R

Следовательно, R устанавливается на 21Ὠ, чтобы ограничить ток до 0,06A.

Работа цепи зарядного устройства Ni-Cd аккумулятора:

Напряжение холостого хода без батареи отображается как 1,5 В, что видно из рисунка ниже,

Как упоминалось ранее, выходное напряжение равно 1.49 В, а ток ограничен 60 мА, а красный светодиод указывает на состояние зарядки аккумулятора.

Сборка зарядного устройства AA NiMH и NiCd с питанием от USB

5 февраля 2007 г.

Я всегда жалуюсь на все зарядные устройства и бородавки, которые мне нужно носить с собой в поездку. Этот проект, который может заряжать пару никель-металлогидридных (NiMH) или никель-кадмиевых (NiCd) элементов AA, используя USB-порт ноутбука для питания, возник для решения части этой проблемы.(Кстати, если вы хотите облегчить нагрузку на свой ноутбук, обратите внимание на мышь MoGo Mouse.)

Любой USB-порт может подавать 5 В при токе до 500 мА. Стандарт USB указывает, что устройство не может использовать более 100 мА до тех пор, пока оно не договорится о праве на использование 500 мА, но, очевидно, нет портов USB, обеспечивающих выполнение этого требования. Это делает порт USB удобным источником питания для таких устройств, как это зарядное устройство.

Существуют коммерчески доступные решения для зарядки USB AA, но каждое из них имеет некоторые недостатки:

  • USBCell - это никель-металлгидридный элемент AA емкостью 1300 мАч со съемной крышкой, которая позволяет подключать его непосредственно к USB-порту.Отдельного зарядного устройства не требуется. К сожалению, емкость элемента очень мала (большинство NiMH элементов AA в наши дни имеют емкость 2500 мАч), и каждая ячейка требует своего собственного порта.

  • Существует двухэлементное зарядное устройство типа AA с питанием от USB, которое продается под разными названиями, но оно заряжается с очень низкой скоростью 100 мА. Дистрибьютор называет это «ночным зарядным устройством», но при 100 мА элементу 2500 мА потребуется около 40 часов для зарядки (40 часов вместо 25 из-за неэффективности зарядки при низких токах).

  • Я нашел зарядное устройство на 2/4 элемента, которое может питаться от USB-порта, автомобильного адаптера или стенной бородавки, но оно такого же размера, как настенное зарядное устройство, которое я пытаюсь заменить.Здесь и здесь можно найти разные, но для зарядки аккумуляторов емкостью 2500 мАч требуется от 10 до 12 часов.

[ Обновление за декабрь 2007 г.: Компания Sanyo представила зарядное устройство с питанием от USB для своих аккумуляторов Eneloop. Это зарядное устройство не имеет перечисленных выше недостатков и заряжает пару элементов емкостью 2000 мАч примерно за 5 часов или одну ячейку за половину этого времени. Хотя он разработан для Eneloops (см. Мой обзор), он также будет работать с обычными NiMH-элементами. Следите за обзором на этом сайте в ближайшее время.]

Зарядное устройство в этом проекте предназначено для зарядки двух никель-металлгидридных или никель-кадмиевых элементов AA любой емкости (при условии, что они одинаковы) примерно до 470 мА. Он будет заряжать никель-кадмиевые батареи емкостью 700 мАч примерно за 1,5 часа, никель-металлогидридные батареи емкостью 1500 мАч примерно за 3,5 часа и никель-металлогидридные батареи емкостью 2500 мАч примерно за 5,5 часов. Зарядное устройство включает в себя схему автоматического отключения заряда в зависимости от температуры элемента, и элементы могут оставаться в зарядном устройстве на неопределенное время после отключения.

Технические характеристики

Это зарядное устройство имеет следующие характеристики:

  • Размер: 3.8 ″ Д x 1,2 ″ Ш x 0,7 ″ В (9,7 см x 3,0 см x 1,5 см).
  • Ячейки
  • : два AA, NiMH или NiCd
  • Зарядный ток: 470 мА
  • Метод прекращения зарядки: температура батареи (33 ° C)
  • Ток утечки: 10 мА
  • Источник питания: настольный компьютер, ноутбук или концентратор USB-порт
  • Условия эксплуатации: от 15 до 25 ° C (от 59 до 77 ° F)

Схема

Сердце этого зарядного устройства - Z1a, половина двойного компаратора напряжения LM393. Выход (контакт 1) может находиться в одном из двух состояний: плавающем или низком.Во время зарядки выходной сигнал понижается внутренним транзистором, потребляя около 5,2 мА тока через Q1 и R5. Q1 имеет бета около 90, поэтому около 470 мА будет проходить через два заряжаемых элемента AA. Это позволит полностью зарядить пару элементов емкостью 2500 мАч чуть более чем за 5 часов.

Схема зарядного устройства AA

с питанием от USB.

Во время зарядки R1, R2 и R4 образуют трехсторонний делитель напряжения, который дает около 1,26 В на неинвертирующем входе Z1a (вывод 3, Vref ).

TR1 - это термистор, который находится в прямом контакте с заряжаемыми элементами. Он имеет сопротивление 10 кОм при 25 ° C (77 ° F), которое обратно пропорционально температуре примерно на 3,7% на каждые 1 ° C (1,8 F °). R3 и TR1 образуют делитель напряжения, значение которого подается на инвертирующий вход (вывод 2, Vtmp ). При температуре 20 ° C (68 ° F) TR1 составляет около 12 кОм, что дает Vtmp около 1,76 В.

Как только элементы будут полностью заряжены, зарядный ток буквально исчезнет в виде тепла.При повышении температуры ячейки сопротивление TR1 падает. При 33 ° C (91 ° F) сопротивление будет около 7,4 кОм, что составляет Vtmp около 1,26 В, что соответствует напряжению Vref .

Зависимость напряжения аккумулятора от времени. Ячейки заполнены, когда напряжение достигает пика, и вскоре после этого зарядное устройство отключается.

При повышении температуры выше 33 ° C значение Vtmp станет меньше, чем Vref , и выходной сигнал с открытым коллектором Z1a будет высоким. Следовательно, ток, протекающий через R5, значительно уменьшается, так как теперь он ограничен R1, R2 и R4.В результате ток, протекающий через Q1 и элементы, снижается до 10 мА.

Кроме того, поскольку R4 теперь подключен к + 5V через R5 и Q1 вместо того, чтобы удерживаться Z1a на уровне 0,26 В, напряжение Vref изменяется примерно до 2,37 В. Это гарантирует, что при понижении температуры элемента зарядное устройство больше не включится. Чтобы напряжение Vtmp достигло 2,37 В, TR1 должен достичь около 20 кОм, что соответствует температуре около 6 ° C (43 ° F), чего никогда не должно происходить при комнатной температуре.

Z1b - второй компаратор на микросхеме LM393, и пристальный взгляд на схему показывает, что он выполняет то же сравнение, что и Z1a. Однако вместо того, чтобы управлять зарядным транзистором, он включает светодиод, который указывает на то, что идет зарядка. R6 ограничивает ток светодиода примерно до 10 мА. При запуске светодиода от его собственного компаратора (который находится на микросхеме независимо от того, используем мы его или нет), ток светодиода не влияет на Vref .

Наконец, C1 нужен для того, чтобы зарядка началась, когда вставлена ​​пара ячеек.При отсутствии ячеек и выключенном зарядном устройстве на C1 подается около 1,9 В (5–0,7 В - Vref). Как только вставляется вторая из двух ячеек, положительная сторона C1 внезапно понижается до напряжения батареи (около 2,4 В). Это немедленно понижает отрицательную сторону на 1,9 В до примерно 0,5 В. Поскольку он подключен к Vref , выход Z1a становится низким, вызывая начало зарядки. Через несколько миллисекунд C1 подстраивается под новую разницу напряжений, создаваемую R1, R2 и R4 с одной стороны и ячейками с другой, и больше не влияет на схему.

Строительство

Схему лучше всего строить на печатной плате. Обратитесь к моей статье на эту тему « Создание отличных печатных плат ». Вот макет печатной платы:

Медная сторона. Фактический размер: 3,8 x 1,2 дюйма (9,7 x 3,0 см). Нажмите, чтобы увеличить.

Начните с установки всех резисторов и конденсатора. Резисторы следует устанавливать горизонтально. Установите LED1, обязательно сориентируя его так, чтобы отрицательная клемма была подключена к контакту 7 Z1b.

Схема размещения компонентов. Нажмите, чтобы увеличить.

Затем установите Z1, убедившись, что контакт 1 (обозначенный маленькой точкой или обозначением в одном углу ИС) ориентирован, как показано на схеме размещения. При желании используйте розетку для Z1.

Транзистор Q1 установлен на небольшом радиаторе. Сначала отогните провода назад на 90 ° там, где они начинают сужаться. Не сгибайте их слишком сильно, иначе они могут сломаться. Вставьте Q1 в отверстия для вывода и сдвиньте радиатор под ним. При пайке выводов удерживайте все на месте зажимом.Не снимая зажима, просверлите отверстие под болт радиатора.

Зарядное устройство со всеми установленными электронными компонентами. Обратите внимание, что под Q1 есть место для радиатора. Область платы, в которую будет помещаться держатель батареи, имеет потертости, чтобы улучшить адгезию.

Следующим шагом является установка держателя батареи. Я использовал держатель с 2 ячейками, сделанный путем отрезания двух внешних позиций ячеек от расположенного рядом держателя с 4 ячейками. Вы, конечно, можете просто купить держатель на 2 ячейки, но когда я пошел в магазин запчастей, его не было в наличии.У моего подхода есть дополнительное преимущество, заключающееся в том, что ячейки легче вставлять и извлекать, поскольку стороны держателя не загибаются внутрь над ячейками.

Перед установкой держателя снимите участок центральной перегородки длиной ¼ дюйма, чтобы освободить место для термистора. Также припаяйте некоторые выводы к клеммам держателя ячеек. Приклейте держатель к монтажной плате заподлицо с краями и сторонами платы. Когда клей высохнет, просверлите отверстия TR1 в плате, чтобы сделать соответствующие отверстия в держателе батареи.Если вы все сделали аккуратно, эти два отверстия должны быть прямо на центральной линии, где вы сняли раздел разделителя.

Вставьте термистор в отверстия, а затем вставьте пару элементов AA в держатель. Со стороны меди надавите на термистор, чтобы он плотно прилегал к элементам, а затем припаяйте его на место. Затем удалите элементы и подсоедините провода держателя батареи к отверстиям, отмеченным B + и B- на схеме размещения.

Укомплектованное зарядное устройство с одним элементом на месте.Держатель для 2 ячеек был изготовлен путем отрезания внешних позиций от держателя для 4 ячеек. Обратите внимание, как установлен термистор, чтобы обеспечить физический контакт с заряжаемыми элементами. Небольшой радиатор сохраняет Q1 прохладным.

Последним шагом является подключение кабеля питания USB. Либо купите кабель, либо отрежьте его от выброшенного USB-устройства, например сломанной мыши. Отрежьте кабель до желаемой длины и снимите с конца около 1 дюйма внешней оболочки. Откатите экран и найдите провода + 5V и GND.Обычно это красный и черный цвет соответственно. Зачистите и залудите их концы и припаяйте к клеммам USB + 5V и USBGND зарядного устройства.

Тестирование

Перед подключением зарядного устройства к источнику питания внимательно осмотрите свою работу. Убедитесь, что все компоненты ориентированы правильно (в частности, Q1, LED1, Z1 и держатель батареи).

Для начальных тестов я использовал USB-концентратор для питания. Пара лезвий хобби-ножа №11 между элементами и контактами позволила мне подключить монитор напряжения.

Для начальных тестов я предлагаю вам использовать концентратор USB с питанием. Используя концентратор, вы гарантируете, что зарядное устройство не потребляет энергию от вашего компьютера, поскольку неисправность зарядного устройства может привести к повреждению источника питания. Однако обратите внимание, что большинство концентраторов с питанием не будут выдавать мощность, если концентратор не подключен к компьютеру. В качестве альтернативы вы можете использовать регулируемый источник питания 5 В, временно подключенный к дорожкам + 5 В и GND на печатной плате.

При включенном питании убедитесь, что светодиод не горит.Если он включен, используйте резистор 330 Ом, чтобы на мгновение замкнуть TR1 (это заставляет схему думать, что элементы сильно нагрелись). Если светодиод не гаснет, что-то не так.

При выключенном светодиоде измерьте напряжение между GND и Vref (контакт 3 Z1). Это должно быть примерно 2,37 В. Это может быть немного больше или меньше в зависимости от точного напряжения питания и изменения номиналов резисторов. Также проверьте напряжение на Vtmp (контакт 2). При комнатной температуре это значение должно быть в пределах 1.От 60 В до 1,85 В, в зависимости от температуры.

Теперь вставьте пару подходящих никель-металлгидридных элементов AA, желательно частично или полностью разряженных. Как только вы вставите вторую ячейку, должен загореться светодиод. Снова измерьте напряжение Vref ; теперь оно должно быть около 1,26 В. Vtmp также может немного измениться из-за падения напряжения питания, вызванного нагрузкой на источник питания.

Зарядное устройство заряжается, и напряжение на клеммах аккумулятора должно возрасти.Через некоторое время скорость нарастания должна замедлиться. Когда уровень заряда элементов составляет около 75%, скорость нарастания снова возрастет. Наконец, когда ячейки достигнут 100% заряда, напряжение начнет снижаться, и элементы начнут нагреваться. Через 15–20 минут зарядное устройство должно выключиться. Если элементы становятся неприятно нагретыми, а зарядное устройство не отключается, что-то не так.

Также стоит измерить ток заряда. Самый простой способ сделать это - вставить две тонкие проводящие полоски, такие как латунную прокладку, разделенные изолятором, между одним элементом и контактом держателя батареи.Затем подключите к двум полоскам амперметр, чтобы зарядный ток прошел через счетчик. Счетчик должен показывать где-то между 450 и 490 мА. Если он будет выше, вы превысите спецификацию источника тока USB, поскольку само зарядное устройство использует дополнительные 10 мА (в основном для светодиода).

Если измеренный ток, I , слишком велик или слишком мал, замените R5 резистором другого номинала по следующей формуле:

R5 = 1,6 x I

Используйте ближайшее стандартное значение.Например, если вы измеряете ток 510 мА, замените R5 резистором 820 Ом. Если измеренный ток составлял 420 мА, используйте резистор 680 Ом.

Корпус

В то время, когда я писал это, я еще не сконструировал корпус для этой схемы, но планирую сделать это в ближайшем будущем, поскольку голая плата недостаточно прочна, чтобы бросить ее в сумку для ноутбука во время поездки. Корпус будет сделан из пластика 1/16 дюйма или авиационной фанеры по бокам и снизу, с полупрозрачной пластиковой панелью поверх схем.Батарейный отсек останется открытым. Устройство для снятия натяжения предотвратит обрыв USB-проводов в местах их присоединения к плате. Для охлаждения планирую просверлить отверстия по бокам и сверху в области радиатора.

Использование зарядного устройства

Зарядное устройство использовать очень просто. Просто подключите его к USB-порту и вставьте две ячейки, которые хотите зарядить. Когда светодиод гаснет, зарядка завершена. Приблизительное время зарядки:

Тип ячейки Время зарядки
700 мАч NiCd 1.5ч
1100 мАч NiCd 2.5h
1600 мАч NiMH 3.5h
2000 мАч NiMH 4.5h
2500 мАч NiMH 5.5h

Важно, чтобы два заряжаемых элемента были одного типа и с одинаковым уровнем разряда. Если ячейки не соответствуют друг другу, одна из них будет полностью заряжена раньше другой. Когда она достигнет 33 ° C, зарядное устройство отключится.Если второй ячейке требуется примерно на 200 мАч больше, чем первой ячейке, она не будет полностью заряжена.

Это зарядное устройство с подходящим корпусом идеально подходит для использования в поездках, где для питания зарядного устройства используется ноутбук. Ноутбук должен быть подключен к розетке, чтобы не разрядить его аккумулятор.

Как правило, если две ячейки используются вместе в одном устройстве (цифровая камера, GPS и т. Д.), Они останутся синхронизированными и могут заряжаться вместе.

По завершении зарядки зарядное устройство переключится на постоянную подзарядку 10 мА.Этого достаточно, чтобы преодолеть естественную скорость саморазряда элементов, но достаточно низкую, чтобы элементы можно было оставлять в зарядном устройстве на неопределенный срок. Однако не покидает элементы в зарядном устройстве, если зарядное устройство не подключено к включенному USB-порту. В противном случае элементы будут подавать питание на схему и в процессе этого разряжаться.

При использовании этого зарядного устройства с любым компьютером убедитесь, что компьютер не настроен на переход в режим энергосбережения, который отключает питание портов USB.В этом случае зарядка прекратится, а заряжаемые элементы разрядятся. При использовании ноутбука в качестве источника питания лучше всего подключить блок питания ноутбука, так как зарядное устройство потребляет значительный объем энергии и, вероятно, займет больше времени, чем хватит на аккумулятор ноутбука.

При питании зарядного устройства от концентратора USB обязательно используйте концентратор с питанием. Концентратор без питания не сможет подавать достаточный ток на зарядное устройство, так как он должен разделять 500 мА, исходящие от компьютера, с портами концентратора (обычно четыре).Дополнительная длина кабеля также снижает напряжение, достигающее зарядного устройства.

Зарядка элементов AAA

Если пружины в держателе батареи достаточно длинные, зарядное устройство также можно использовать для зарядки пары элементов AAA. Однако затем необходимо вставить прокладки между элементами и сторонами держателя батареи, чтобы гарантировать, что элементы остаются в контакте с термистором. Заряжайте только современные элементы AAA емкостью 700 мАч и более.

Список запчастей

Некоторые детали можно приобрести в Radio Shack, но более крупные поставщики электроники, такие как Digi-Key, с большей вероятностью будут иметь в наличии все необходимые детали.

Деталь Описание
R1 56кОм Вт, резистор 5%
R2 27кОм Вт, резистор 5%
R3 22кОм ¼Вт, резистор 5%
R4 47кОм Вт, резистор 5%
R5 750 Ом Вт, резистор 5%
R6 220 Ом Вт, резистор
TR1 Термистор 10 кОм при 25 ° C, прибл.3,7% / C ° NTC
Radio Shack # 271-110 (снято с производства )
C1 Конденсатор 0,1 мкФ 10 В
1 квартал Транзистор TIP32C PNP, корпус ТО-220
Z1 LM393 двойной компаратор напряжения IC, DIP
LED1 Красный, зеленый или желтый светодиод, 10 мА
Другое Держатель двухэлементной батареи AA
Кабель USB
Маленький радиатор

Обратите внимание, что термистор Radio Shack снят с производства.Хотя я не пробовал ни один из них, есть и другие похожие термисторы, например Vishay # 2381 640 54103 (Digi-Key # BC2298-ND). Температурный коэффициент немного отличается (около 4,6% / C °), но в интересующем нас диапазоне достаточно близок. При использовании этого термистора температуры отключения и включения будут примерно 32 ° C (89 ° F) и 10 ° C (50 ° F) соответственно.

В качестве альтернативы вы можете использовать указанные ниже значения резисторов с термистором Vishay, чтобы поднять температуру отсечки обратно до 33 ° C, снизив при этом температуру включения до 3 ° C (37 ° F).

Деталь Альтернативные значения резисторов для использования с
Vishay # 2381640 54103 Термистор
R1 82кОм Вт, резистор 5%
R2 33кОм ¼Вт, резистор 5%
R3 27кОм Вт, резистор 5%
R4 39кОм Вт, резистор 5%

Я не тестировал эту комбинацию, но значения были вычислены с использованием той же программы, которую я использовал для вычисления значений, которые использовались с термистором Radio Shack.Не совмещайте , а не , и сравнивайте значения из этой таблицы со значениями, перечисленными выше. Если вы измените любое из значений на значения в этой таблице, измените все из них.

Если кто-нибудь найдет альтернативный источник термистора Radio Shack, дайте мне знать.


Статьи по теме

Если вы нашли эту статью полезной, вас также могут заинтересовать:

зарядка аккумулятора - NiCad зарядное устройство своими руками

Возможно, этот аккумулятор не разряжен.Скорее всего, он глубоко разряжен и закорочен внутри, но это не значит, что он мертв. Многие этого не знают, но клетки можно легко «оживить». Разберите батарею, чтобы получить доступ к ячейкам и измерить напряжение каждой из них, когда напряжение показывает 0,00 В, ячейка находится в коротком замыкании. Ячейки NiCD, в основном старые в плохом состоянии, имеют тенденцию попадать во внутреннее короткое замыкание при глубоком разряде в течение некоторого времени, там между электродами растут проводящие перемычки, вызывая короткое замыкание. Нам нужно сжечь их большим током, потому что такой мертвый элемент нельзя зарядить - весь зарядный ток проходит через эти мостики, как по проводу, и он не заряжает элемент.Найдите источник высокого тока, раньше я использовал конденсаторы емкостью 5 мФ, но для некоторых ячеек этого недостаточно, теперь я использую последовательно 3 литий-ионных элемента от старого аккумулятора ноутбука, они почти разряжены и бесполезны, но все же могут доставить более 10 усилители на короткое время, идеально подходящие для этой цели. Можно использовать любую другую батарею, напряжение не имеет значения, но важна способность к сильному току. Подключите + источника тока к + мертвой ячейки и ненадолго подключите - к -, он должен вызвать искру, не позволяйте ему подключаться более секунды! И никогда не подключайте + к - и наоборот, иначе вы повредите ячейку.После этой процедуры снова измерьте напряжение ячейки, теперь оно должно быть нормальным или, по крайней мере, отличным от нуля. Если по-прежнему абсолютный ноль, попробуйте еще раз или используйте более сильный источник тока. После того, как вы оживите все «мертвые» элементы, дайте аккумулятору отдохнуть несколько минут, а затем вы можете нормально его зарядить, и он должен работать почти как раньше. Я делаю это регулярно и пока сэкономил много батареек. Но да, так что старая батарея может быть несколько слабой и малой для дрели сейчас и, вероятно, не будет держать заряд долго, но лучше, чем ничего.

А насчет зарядки: да, вы можете создать простое зарядное устройство, лучше и безопаснее всего использовать ток 1/10 C в течение 16 часов, как было сказано ранее, или использовать более высокий ток, но у вас все получится, если вы будете использовать таймер в целях безопасности ( и срок службы батареи). Это самый простой способ. Но есть способы получше, если я могу вам что-то порекомендовать, купите какое-нибудь зарядное устройство, которое используют люди в RC, оно достаточно дешевое, может заряжать почти любую батарею в мире, имеет автоматический конец цикла зарядки, когда батарея полностью заряжена, большая безопасность функции, регулируемый зарядный ток, показывает напряжение, ток, емкость, время, может измерять емкость аккумулятора, некоторые также внутреннее сопротивление, может циклически повторять или восстанавливать аккумулятор... и имеет очень простое и удобное использование. Я использую HobbyKing ECO 8 и выбросил все остальные зарядные устройства от дрелей, ламп ... этот заряжает все.

Удачи, надеюсь, это поможет. LQd

Линейное зарядное устройство

для никель-кадмиевых или никель-металлогидридных батарей сокращает количество деталей

Хотя перезаряжаемый литий-ионный и литий-полимерные батареи имеют в последнее время был предпочтительным аккумулятором в высоком производительность портативных продуктов, старая рабочая лошадка никель кадмий (NiCd) и новый никель-металлгидрид (NiMH) батареи по-прежнему важны источники портативного питания.Никель аккумуляторы на базе прочные, способные высокой скорости разряда, хорошего срока службы и относительно недороги. NiMH батареи заменяют NiCd во многих приложений из-за более высокого номинальная мощность (на 40-50% выше) и из-за экологических проблем кадмий, содержащийся в элементах NiCd. В этой статье рассказывается о батареях NiCd / NiMH. основы зарядки и знакомит с Линейное зарядное устройство LTC4060.

Различные способы зарядки Батареи на никелевой основе делятся на категории по скорости: медленно, быстро и быстро.В Самый простой тип зарядного устройства - медленный зарядное устройство с таймером, относительно низкий ток заряда около 14 часов. Это тоже может быть долго для многих портативных приложений. Для более короткого времени зарядки, быстрой и быстрые зарядные устройства применяют постоянный ток при мониторинге напряжения аккумуляторной батареи и / или температуру для определения когда прекратить или прекратить заряд цикл. Время зарядки обычно варьируется от 3 до 4 часов (быстро зарядки) примерно до 0,75–1,5 часов (быстрая зарядка).

Зарядные устройства для быстрой и быстрой зарядки постоянный ток заряда и разрешить напряжение батареи подняться до уровня требуется (в определенных пределах) заставить это Текущий.Во время цикла зарядки зарядное устройство измеряет напряжение аккумулятора через регулярные промежутки времени, чтобы определить, когда для завершения цикла зарядки. В течение цикл заряда, напряжение аккумулятора повышается по мере принятия заряда (см. рисунок 1). Ближе к концу цикла зарядки напряжение батареи начинает сильно расти быстрее достигает пика, затем начинает падать. Когда напряжение батареи упало фиксированное количество мВ от пика (–ΔV), аккумулятор полностью заряжен и цикл зарядки заканчивается.

Рисунок 1.Типичный профиль заряда для 4-элементного никель-металлгидридного аккумулятора емкостью 2000 мАч, заряжаемого со скоростью 1С.

Аккумулятор имеет внутреннюю защиту против завышения. В то время как напряжение на ячейке падает со своего пика, температура батареи и внутренняя давление быстро повышается. Если быстрая зарядка продолжается в течение значительного количества время после достижения полной зарядки герметичное уплотнение аккумулятора может на мгновение открываются, вызывая выход газа. Этот не обязательно катастрофичен для батарея, но когда ячейка вентилирует, некоторые также выделяется электролит.Если вентиляция происходит часто, клетка со временем неудача. Кроме того, после вентиляции уплотнение может закрываться неправильно, и электролит может высохнуть.

Напряжение холостого хода (номинальное 1,2 В) и напряжение в конце срока службы (от 0,9 В до 1 В) почти идентичны между двумя типы аккумуляторов, но характеристики зарядки несколько отличаются. Все элементы NiCd может заряжаться непрерывно, но некоторые NiMH-элементы не могут и могут быть поврежденным, если капельный заряд продолжается после достижения полной зарядки.Также профиль напряжения батареи во время цикл быстрой зарядки различается между два типа батарей.

Для NiMH ячеек снижение напряжение аккумуляторной батареи (–ΔV) после достижения пик составляет примерно половину NiCd ячеек, таким образом заряжая прекращение на основе –ΔV слегка труднее. Кроме того, NiMH повышение температуры батареи во время цикл заряда выше, чем у NiCd, и чем выше температура, тем выше уменьшает величину –ΔV, которая возникает при достижении полной зарядки. Для Ячейки NiMH, –ΔV практически не существует при высоких температурах для зарядки ставки ниже, чем C / 2.(См. Боковую панель для определение «C»). Старые батареи и несоответствие элементов еще больше сокращают уже минута падает в батарее Напряжение.

Другие различия между двумя химия включает более высокую энергию плотность и значительно пониженное напряжение депрессия или «эффект памяти» для NiMH ячеек, хотя никель-кадмиевые по-прежнему предпочтительны для приложений с большим током утечки. NiCd-элементы также обладают более низким саморазрядом. характеристики, но NiMH технологиям есть куда совершенствоваться в этом отношении, в то время как технология NiCd довольно зрелый.

LTC4060 - это полностью NiCd или Контроллер линейного зарядного устройства NiMH что обеспечивает постоянный ток заряда и прекращение заряда для быстрого зарядка до четырех последовательно соединенных клетки. Простой в использовании и требующий минимум внешних компонентов, IC управляет недорогим внешним PNP транзистор для обеспечения тока заряда. Базовая конфигурация требует только пять внешних компонентов, хотя включены дополнительные функции, такие as, вход NTC для температуры батареи квалификация, регулируемое напряжение перезарядки, выходы состояния, способные управлять светодиод и входы выключения и паузы.Выбор химического состава аккумулятора и количество заряжаемых ячеек достигнуто закрепив булавки, а ток заряда программируется с помощью резистор стандартного номинала. При адекватном тепловое управление, ток заряда возможно до 2А, а то и выше ток при использовании внешнего тока чувствительный резистор параллельно с внутренний резистор считывания.

Как только аккумуляторная химия и количество ячеек установлено, необходимо определить правильный ток заряда. LTC4060 разработан для быстрого зарядка никелевых аккумуляторов и использует –ΔV в качестве окончания заряда метод.Температура батареи может также следует контролировать, чтобы избежать чрезмерного температура аккумулятора во время зарядки, а таймер безопасности отключает зарядное устройство, если прекращение заряда не происходит. Типичное напряжение быстрой зарядки профиль (быстрый подъем, затем падение по напряжению батареи (–ΔV) ближе к концу цикла заряда) происходит только при относительно высокий ток заряда. Если ток заряда слишком низкий, аккумулятор напряжение не дает необходимого падение напряжения батареи после достижения пик, необходимый для LTC4060 для завершения цикла зарядки.При очень низком токе заряда –ΔV делает не происходит вообще. С другой стороны, если ток заряда слишком велик, аккумулятор может сильно нагреться требует наличия термистора NTC, расположенного рядом с аккумулятором, чтобы приостановить заряд цикл, позволяющий батарее остыть перед возобновлением цикла зарядки.

При достаточном входном напряжении батарея не подключена и правильный ток заряда, время заряда и соединения термистора на месте, выходное напряжение зарядного устройства очень близко к входному напряжению.Подключение разряженный аккумулятор к зарядному устройству тянет понизить выходное напряжение зарядного устройства ниже 1,9 • V CELL (V CELL - общая напряжение батареи, деленное на количество заряжаемых ячеек), таким образом, запускается цикл зарядки.

Если температура АКБ, как измеряется термистором NTC, составляет вне окна от 5 ° C до 45 ° C, цикл зарядки приостанавливается и не заряжается ток течет до приемлемого температура достигнута. Когда температура АКБ в допустимых пределах, напряжение батареи измеряется и должно быть ниже максимального предела.

Если напряжение V CELL ниже 900 мВ, зарядное устройство начинает капельный заряд 20% от запрограммированный ток заряда до напряжение превышает 900 мВ, после чего полный запрограммированный ток заряда начинается. Несколько сотен миллисекунд после начала цикла зарядки, если напряжение аккумулятора превышает 1,95 В, цикл зарядки прекращается. Это перенапряжение состояние обычно означает аккумулятор неисправен, требуется, чтобы зарядное устройство сбросить вручную, заменив аккумулятор, переключая контакт выключения, или снятие и повторное включение питания.

После запрограммированной константы ток заряда начинает течь, период времени, известное как «время задержки». Это время задержки колеблется от 4 минут до 15 минут в зависимости от ток заряда и время заряда настройки. Во время задержки окончание –ΔV отключено, чтобы предотвратить ложное прекращение начисления. А аккумулятор, который сильно разряжен или не был заряжен в последнее время может демонстрируют падение напряжения батареи во время ранняя часть цикла зарядки, который может быть ошибочно принят за действительный –ΔV прекращение.

Во время цикла зарядки аккумулятор напряжение медленно повышается. Когда аккумулятор приближается к полной зарядке, напряжение аккумулятора начинает расти быстрее, достигает пика, затем начинает падать. Зарядное устройство непрерывно измеряет напряжение батареи каждые 15-40 секунд, в зависимости от тока заряда и таймера настройки. Если каждое измеренное значение напряжения меньше, чем предыдущее значение, для четырех последовательных чтений, а общее падение напряжения батареи превышает 8 мВ / элемент для NiMH или 16 мВ / элемент для NiCd, ток заряда прекращается, окончание цикл зарядки.Открытый сток выходной штифт «CHRG», который был вытащен низкий во время цикла зарядки, теперь становится высоким импедансом.

Подзарядка, программируемая пользователем функция запускает новый цикл зарядки, если напряжение аккумулятора падает ниже установленного уровень напряжения из-за саморазряда или нагрузка на аккумулятор. Кроме того, если полностью заряженный аккумулятор более 1,3 В подключенный к зарядному устройству, клемма –ΔV схема обнаружения включена немедленно, без задержки, таким образом сокращая цикл зарядки для аккумулятор, который уже почти полностью заряжать.

Если батарея достигает примерно 55 ° C во время цикла зарядки зарядное устройство останавливается, пока температура падает до 45 ° C, затем возобновляет зарядку пока окончание –ΔV не закончит цикл зарядки. Если нет прекращения –ΔV происходит, таймер безопасности останавливается цикл зарядки. Если таймер остановит цикл зарядки, считается неисправностью состояние и зарядное устройство должно быть сбросить, удалив и заменив аккумулятор, переключение контакта SHDN или переключение входная мощность зарядного устройства.

Правильный ток заряда всегда зависит от емкости аккумулятора или просто «C».Буква «C» - это термин, используемый для обозначения заявленной производителем разрядной емкости аккумулятора, которая измеряется в мА • час. Например, батарея с номиналом 2000 мАч может обеспечивать нагрузку 2000 мА в течение одного часа, прежде чем напряжение элемента упадет до 0,9 В или нулевой емкости. В том же примере зарядка той же батареи со скоростью C / 2 будет означать зарядку с током 1000 мА (1 А).

Правильный ток заряда для быстрой зарядки никель-кадмиевых или никель-металлгидридных аккумуляторов составляет примерно от C / 2 до 2C . Этот уровень тока необходим для того, чтобы элемент демонстрировал требуемый изгиб –ΔV, который возникает, когда элемент достигает полного заряда, хотя зарядка при 2 ° C может вызвать чрезмерное повышение температуры аккумулятора, особенно с небольшими NiMH элементами большой емкости.Из-за химических различий между двумя химическими составами аккумуляторов NiMH-элементы выделяют больше тепла при быстрой зарядке.

Не подключайте нагрузку напрямую к аккумулятор при зарядке. Заряд ток должен оставаться относительно постоянным для прекращения заряда –ΔV чтобы быть эффективными. Нагрузки с изменением текущие уровни приводят к небольшим изменениям в напряжении батареи, которое может сработать ложное прекращение заряда –ΔV. Для приложения, требующие нагрузки, см. к показанным компонентам силового тракта на рисунке 2.Когда входное напряжение в настоящее время нагрузка питается от входное питание через диод Шоттки D1 и аккумулятор изолирован от Загрузка. Снятие входного напряжения тянет ворота Q2 на низкий уровень, включая его обеспечение пути тока с низким сопротивлением между аккумулятором и нагрузкой.

Рис. 2. Зарядное устройство для 4-элементных никель-металлгидридных аккумуляторов 2 А с термистором NTC и управлением цепью питания

Минимизируйте сопротивление постоянному току между зарядное устройство и аккумулятор. Некоторые держатели батарей имеют пружины и контакты с чрезмерным сопротивлением.Повышенное сопротивление в серия с аккумулятором может предотвратить цикл зарядки с момента запуска из-за состояние перенапряжения аккумулятора один раз начинается полный зарядный ток. Плохо сконструированные держатели аккумуляторов также могут произвести ложное прекращение обвинения, если движение батареи вызывает преждевременное –ΔV чтение.

В отличие от литий-ионных элементов, которые могут быть параллельно для увеличения емкости, NiCd или никель-металлгидридные элементы не должны подключаться параллельно, особенно при быстрой зарядке. Взаимодействие между ячейками мешает правильному прекращение начисления.Если больше емкости требуется, выберите ячейки большего размера.

Не все батареи NiCd или NiMH ведут себя так же при зарядке. Производители различаются материалами и строительство, приводящее к некоторому различные профили напряжения заряда или количество выделяемого тепла. Аккумулятор может быть разработан для общего назначения использовать или оптимизировать для большой емкости, быстрая зарядка или высокая температура операция. Некоторые батареи могут не разработан для сильноточного (2C) заряда скорости, приводящие к высокой температуре ячейки при зарядке.Кроме того, самые новые клетки сформированы не полностью и требуют некоторой подготовки, прежде чем они достигают своей номинальной мощности. Кондиционирование состоит из многократного заряда и циклы разряда.

Термистор, установленный рядом с аккумулятором упаковка, желательно контактирующая с одной или несколькими ячейками, очень рекомендуется, как в качестве меры безопасности и для увеличения срока службы батареи. В отличие от литий-ионных батарей, которые очень небольшое повышение температуры при зарядке, Никелевые батареи нагреваются во время цикл зарядки, особенно NiMH батареи.Минимизация продолжительности времени аккумулятор подвергается воздействию повышенной температуры продлевает срок службы батареи.

NiCd и NiMH батареи идеально подходят источники аккумуляторной энергии для многие портативные продукты и резервное копирование Приложения. Эта статья помогает ознакомить пользователя с некоторыми из зарядные характеристики никеля на основе аккумуляторов и как они применяются к зарядному устройству LTC4060. Зарядка Аккумуляторы NiCd и NiMH правильно и безопасность упрощается с помощью LTC4060 линейный контроллер зарядного устройства.

Зарядное устройство для простых никель-кадмиевых аккумуляторов

с индикатором заряда

>> Электронные ресурсы для дизайна
.. >> Библиотека: Серия статей
.. .. >> Серия: Идеи для дизайна
.. .. .. >> Идеи для дизайна Том 2

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e5f6d5f267ee20be1a" data-embed-element = "aside" data-embed-alt = "Insidepenton Com Электронный дизайн Adobe Pdf Logo Tiny" data-embed- src = "https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2013/01/insidepenton_com_electronic_design_adobe_pdf_logo_tiny.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "]}% Загрузите эту статью в формате .PDF
Этот тип файлов включает графику и схемы с высоким разрешением.

Перезаряжаемые никель-кадмиевые (NiCd) батареи широко используются в бытовой электронике из-за их высокой плотности энергии, длительного срока службы и низкой скорости саморазряда.Стандартные никель-кадмиевые элементы можно заряжать с разными скоростями: быстрая зарядка большим током или ночь с низким током.

Независимо от скорости зарядки, во время зарядки на аккумулятор должен подаваться постоянный ток. Кроме того, в аккумуляторную батарею необходимо подавать больше энергии, чем ее фактическая емкость, чтобы компенсировать потери энергии во время зарядки.

Однако при разработке зарядного устройства для них необходимо решить две проблемы: как установить правильное значение зарядного тока и как остановить процесс зарядки, когда аккумулятор полностью заряжен, чтобы избежать перезарядки.Это простое и недорогое зарядное устройство решает обе проблемы.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e8f6d5f267ee20d394" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left» data-embed-alt = "Электронный дизайн Сайты Электронный дизайн com Загрузка файлов 2013 04 Ifd2544 Fig1a "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2013/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2013_04_IFD2544_Files_uploads_2013_04_IFD2544_Fig = 1440 "data-embed-caption =" "]}% 1.Постоянный ток заряда создается LDO и резистором и стробируется Q1, который, в свою очередь, управляется выходом микроконтроллера. Квартет светодиодов, также управляемых микроконтроллером, показывает пользователю состояние заряда.

Самый дешевый и безопасный способ зарядить никель-кадмиевый аккумулятор - заряжать 10% от номинальной емкости в час в течение 16 часов. Используемый аккумуляторный блок содержал два никель-кадмиевых элемента AA емкостью 1200 мАч, поэтому аккумулятор должен заряжаться током 120 мА.

В схеме зарядки на Рисунке 1 постоянный ток заряда генерируется регулятором тока, состоящим из IC3 (LM317 LDO) и резистора R3, где R3 равно 1.25 В / 120 мА, около 10 Ом. Коммутирующий полевой МОП-транзистор Q1 (IRF520) был выбран из-за его очень низкого импеданса в открытом состоянии (проводящего) 0,3 Ом.

Лучшая практика зарядки - использовать таймер, чтобы предотвратить перезарядку в течение более 16 часов. Такой подход не требует датчика окончания заряда и обеспечивает полную зарядку. Функция синхронизации выполняется микроконтроллером IC1, который также сообщает о состоянии заряда через светодиоды.

В этом проекте можно использовать любой микроконтроллер.Здесь использовался недорогой восьмиконтактный микроконтроллер Motorola (Freescale) MC68HC908QT1.

Каждый этап зарядки обозначается включением соответствующего светодиода. Количество шагов определяется количеством доступных выходов микроконтроллера без добавления каких-либо дополнительных компонентов. Поскольку микроконтроллер имеет пять выходов, один из них используется для запуска заряда, поэтому четыре могут использоваться для индикации заряда. Для минимизации количества компонентов используются светодиоды со встроенными резисторами (WP710A10YD5V, www.kingbrightusa.com).

Чтобы сделать процесс более наглядным, эти светодиоды должны быть расположены на одной линии с очертаниями батареи, нарисованными вокруг них, поэтому включение светодиодов по одному будет четко указывать на процесс зарядки. Разумно выбрать одинаковые временные интервалы, при этом светодиоды будут показывать 25%, 50%, 75% и 100% времени заряда аккумулятора.

Программа начинает мигать соответствующим светодиодом в начале каждого временного интервала и до конца каждого интервала.После этого загорятся светодиоды. Когда зарядка завершена, все четыре светодиода горят, поэтому пользователь знает статус заряда в любое время. (В качестве дополнительной функции можно добавить зуммер для подачи звукового сигнала по окончании зарядки.)

Программа микроконтроллера на рисунке 2 проста. Листинг кода ассемблера можно найти здесь.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e8f6d5f267ee20d396" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Electronicdesign Com Sites Electronicdesign com Загрузка файлов 2013 04 Ifd2544 Fig2a "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2013/04/electronicdesign_com_sites_electronicdesign.com_files_uploads_2013_04_IFD2544_Fig2a.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed]-caption%. последовательность проверки уровня / пошаговой итерации кода для управления светодиодами индикации заряда.

Период мигания светодиода установлен на одну секунду. Встроенный генератор микроконтроллера генерирует частоту 12,8 МГц и обеспечивает длительность одного цикла 312.5 нс. При установке предварительного делителя таймера на 64 и регистра по модулю таймера на 50 000 (C350H) период переполнения таймера (TOF) равен одной секунде (0,3125 мкс × 64 × 50 000). Программа переключает светодиод в каждом периоде TOF.

Ночная «продолжительная» зарядка длится 16 часов, при этом константа счетчика MAX_CNT рассчитана как 16 × 60 × 60 = 57 600 (E100H). Таким же образом можно установить любое максимальное время зарядки. Очевидно, что ждать 16 часов для тестирования программы неудобно, и более практичным было бы, например, 20 минут.

Для этого более короткого периода постоянная MAX_CNT должна быть установлена ​​на 20 × 60 = 1200 (04B0H). Продолжительность каждого из четырех временных интервалов будет автоматически установлена ​​прошивкой после ввода максимального времени зарядки.

Этот подход очень гибкий и может быть применен для зарядки любой никель-кадмиевой батареи, выбрав соответствующий резистор R3. Кроме того, можно использовать практически любой тип микроконтроллера, поскольку программа проста и использует только стандартные инструкции.

Абель Рейнус - инженер в Armatron International Inc., Малден, Массачусетс. С ним можно связаться по адресу [email protected]

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275e5f6d5f267ee20be1a" data-embed-element = "aside" data-embed-alt = "Insidepenton Com Электронный дизайн Adobe Pdf Logo Tiny" data-embed- src = "https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/2013/01/insidepenton_com_electronic_design_adobe_pdf_logo_tiny.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *