Изучены простые схемы зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов

В сообщении обсуждается простая схема зарядного устройства NiCd с автоматической защитой от перезаряда 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 средства, как зарядка постоянным током, а также отключение питания, когда клемма элемента достигает значения полной зарядки.

Основные характеристики и преимущества

• Автоматическое отключение при полном заряде
• Постоянный ток на протяжении всей зарядки.
• Светодиодная индикация отключения полного заряда.
• Позволяет пользователю добавлять дополнительные ступени для одновременной зарядки до 10 никель-кадмиевых ячеек.

Принципиальная электрическая схема

Как это устроено

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

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

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 его выводах поддерживается на уровне 1,25 В.

Этот уровень кажется ниже, чем положительный порог срабатывания N1, который поддерживает выход N1 на высоком уровне, а выход N2 становится низким, что позволяет T1 получить базовое напряжение смещения 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, и светодиод D1 не горит.

Поскольку положительный предел активации N1 составляет приблизительно 1,7 В и регулируется определенным допуском, R3 и P1 включены, чтобы изменить его на 1,45 В. Отрицательный предел срабатывания триггера Шмитта составляет около 0,9 В, что оказывается ниже. чем напряжение на клеммах даже полностью разряженного элемента.

Это означает, что подключение разряженного элемента к цепи никогда не вызовет автоматического начала 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.

Дизайн печатной платы и наложение компонентов

В приведенной ниже схеме платы продублированы два этапа, позволяющие одновременно заряжать два элемента Nicad 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. Для обеспечения оптимального срока службы (количества циклов зарядки) никель-кадмиевые батареи необходимо заряжать относительно постоянным током.

Часто это делается 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 упрощает определение необходимого номинала 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.

Схема зарядного устройства NiCad с использованием автоматического управления током

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 1,25 В (тип C), соединенных последовательно, хотя ее можно просто модифицировать для различных других значений заряда.

В обсуждаемой схеме зарядного устройства NiCad R1 и R2 фиксируют выходное напряжение без нагрузки примерно на 8 В.

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

Это вызывает точку Y Чтобы увеличить, включив транзистор Tr2 и разрешив точке Z стать менее положительной.

Следовательно, процесс снижает выходное напряжение и имеет тенденцию к понижению 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 с помощью закона Ома.

Ni-Cd зарядное устройство с одним операционным усилителем

Эта схема зарядного устройства Ni-Cd предназначена для зарядки стандартных никель-кадмиевых аккумуляторов 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.

Поэтому зарядное устройство должно включать схему для ограничения тока заряда до правильного предела. В этой схеме T1, D1, D2 и C1 работают как традиционный понижающий, изолирующий, двухполупериодный выпрямитель и схема 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. неинвертирующий вход IC1 в поставляется с 0,65 В: опорного напряжения, представленного через R1 и D3. Инвертирующий вход подключается к земле через R2 в пределах уровней тока покоя, что позволяет выходу стать полностью положительным. Если к выходу подключен 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. Максимальный выходной ток (а также полученный зарядный ток) - это в результате ток, генерируемый с 0,65 В на 10 Ом, или просто 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 вы могли иметь соответствующий ток заряда.

Несколько разновидностей быстрого зарядного устройства могут работать с током 150 мА, и для этого необходимо понизить R2 до 4,3 Ом (3,3 Ом плюс 1 Ом последовательно на случай, если невозможно приобрести 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, если T1 модернизирован до типа 12 В), и все они должны быть подключены последовательно к выходу, а не параллельно.

Схема универсального зарядного устройства NiCad

На рисунке 1 представлена ​​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 в том случае, если 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. Предел источника тока можно зафиксировать с помощью S1. Ток 50 мА, 180 мА и 400 мА может быть предварительно установлен после определения значений R6, R7 и RB. Ввод S1 в точку 1 показывает, что никель-кадмиевые элементы можно заряжать, позиция 2 предназначена для ячеек C, а позиция 3 зарезервирована для ячеек D.

Разное

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

Текущий источник работает по очень простому принципу. Схема устроена как сеть обратной связи 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 T1 в работу.

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

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

Пара светодиодов, прикрепленных к источнику тока, в любой момент показывает рабочее состояние никель-кадмиевого зарядного устройства. IC1 подает положительное напряжение, когда никель-кадмиевые элементы подключены правильно, 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 равным 0 В.

В этой ситуации источник тока останется выключенным, а 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 этой ситуации разности потенциалов будет достаточно для срабатывания токовой обратной связи T1, при этом загорится светодиод D9.

Дизайн печатной платы

Использование IC 7805

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

Здесь работает 7805 регулятор IC для подачи на резистор постоянного напряжения 5 В, что приводит к тому, что ток зависит от номинала резистора, а не от потенциала ячейки.

Значение резистора следует отрегулировать в зависимости от типа, который используется для зарядки, любое значение от 10 Ом до 470 Ом может быть использовано в зависимости от номинальной емкости ячейки. Из-за плавающей природы IC 7805 по отношению к потенциалу земли, эту конструкцию можно использовать для зарядки отдельных ячеек Nicad или серии из нескольких ячеек.

Зарядка Ni-Cd элемента от источника питания 12 В

Основным принципом зарядного устройства 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 зарядного устройства 12 В Ni-Cd используется удвоитель напряжения на базе популярной микросхемы 555 IC. Поскольку выход 3 микросхемы поочередно подключен между напряжением питания +12 В и землей, ИС колеблется.

C₃взимается через D_дваи D₃почти до 12 В, когда на контакте 3 низкий логический уровень. Момент на выводе 3 высокий логический уровень, напряжение перехода C₃и D₃повышается до 24 В из-за отрицательной клеммы C₃который подключен к напряжению +12 В, а сам конденсатор держит заряд такой же величины. Тогда диод D₃становится обратным, но D₄проводит достаточно для C₄для зарядки более 20 В. Этого напряжения более чем достаточно для нашей схемы.

78L05 в IC_двапозиции действует как поставщик тока, который удерживает свое выходное напряжение, U_п, от появления на R₃при 5 В. Выходной ток, I_п, можно просто рассчитать из уравнения:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 мА

Свойства 78L05 включают в себя 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 тока зарядки

На рис. 2 показаны характеристики зарядного тока в зависимости от напряжения батареи. Совершенно очевидно, что схема не совсем идеальна, так как аккумулятор на 12 В будет заряжаться током всего около 5 мА. Несколько причин для этого:

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

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