Kомпоненты, приборы, оборудование      
 |  Главная |  Каталог предприятий Украины |  Схемотехника |
 

Раздел на реконструкции, некоторые ссылки могут не работать!
  • Аудио
  • Безопасность
  • Бытовая электроника
  • Видео
  • Видеокамеры
  • Высоковольтные
  • Генераторы
  • Измерения
  • Интерфейсы
  • Коммутация
  • Компьютер
  • Медицина
  • Моделирование
  • Передатчики
  • Питание
  • Обработка данных
  • Предусилители
  • Радио

  • Веб-мастерам
    и писателям:
    Биржа статей. Продать - купить статью. Уникальные статьи: готовые и на заказ.


    Назад
       Автоматизированное зарядное устройство
       Г.К. Крупецких, г. Киев
    Проблема зарядки никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металлгидридных (NiMH) аккумуляторов интересует многих радиолюбителей. Тем более что зарядка этих аккумуляторов представляет для радиолюбителей огромное поле деятельности. Традиционно считается, что величина тока зарядки численно равен 0,1 емкости аккумулятора, хотя существуют и методы быстрой (до 1 часа), ускоренной (до 3…4 часов) и медленной (более 20 часов) зарядки. Таким образом, время зарядки идеального аккумулятора при традиционном методе зарядки равно 10 часам. Для реального аккумулятора (с учетом КПД процесса зарядки) время зарядки практически увеличивается до 16 часов. Это вызвано тем, что часть энергии расходуется на образование активных продуктов, в то время как другая часть (наиболее опасная для аккумулятора) уходит на его нагрев и газообразование. В состоянии полного заряда аккумулятора эта часть резко возрастает, что может привести к разгерметизации и даже взрыву аккумулятора. Поэтому желательно наличие устройства, автоматически контролирующего процесс зарядки. Это ставит перед разработчиком зарядного устройства (далее ЗУ) задачу свести к минимуму риск перезаряда, а значит, необходимо автоматизировать процесс зарядки аккумулятора и его прекращения при достижении номинальной емкости. Изучение литературы, а также проведенные экспериментальные работы позволяют сделать вывод, что практически каждое из ЗУ наряду с определенными преимуществами имеют и недостатки. Главное достоинство ЗУ для зарядки NiCd и NiMH аккумуляторов током, значение которого номинально равно 0,1 от его емкости, - это взрывобезопасность. Определенный интерес представляет "интеллектуальное" ЗУ, выполненное на микросхеме MAX713CPE, разработанное фирмой Maxim и описанное в [3]. Одной из особенностей этой микросхемы является то, что в процессе зарядки аккумулятора она через определенные промежутки времени производит измерение напряжения на заряжаемом аккумуляторе и при достижении заданного напряжения снижает зарядный ток до безопасной величины. При этом в моменты измерения напряжения на аккумуляторе микросхема автоматически отключает его от ЗУ. Но приобрести на рынке вышеуказанную микросхему не удалось. Да и обеспечить одна микросхема может только один канал зарядки. Поэтому было принято решение воспроизвести упрощенный вариант вышеупомянутого алгоритма этого ЗУ на дискретных элементах. Схема такого ЗУ показана на рис.1, а его внешний вид - на фото. Данное ЗУ позволяет одновременно заряжать до 6 различных типов NiCd и NiMH аккумуляторов (одинарных аккумуляторных элементов). Зарядка батареи из последовательно соединенных аккумуляторных элементов в большинстве случаев малоэффективна из-за разной степени их разряженности, а потому не желательна, т.к. элементы при этом заряжаются не одинаково, что может привести к перезаряду одного, в то время как другой окажется недозаряженным. Такой метод оправдан только в том случае, если аккумуляторная батарея представляет собой единое целое. Ток зарядки предлагаемого ЗУ устанавливается вручную в пределах 0…200 мА (в зависимости от емкости заряжаемого аккумулятора) и должен составлять 0,1 (в мА) от его емкости в (мА·ч) для каждого канала в отдельности. Работает ЗУ следующим образом. Блок питания ЗУ построен на элементах TV1, VD1, VD3, VD4, VD6, DA1, DA2, C1…C4 по классической схеме и особенностей не имеет. Напряжение с обмотки III трансформатора TV1 выпрямляется однополупериодными выпрямителями, собранными на диодах VD7…VD12 и через резисторы R49…R54, являющимися датчиками тока измерительного прибора РА1, и R57…R62 - задатчики тока зарядки - поступает на ключи, собранные на полевых транзисторах VT14…VT19. С выходов ключей это напряжение поступает на заряжаемые элементы. С помощью переключателя SА2 можно подключиться к любому из 6 каналов зарядки и проконтролировать по прибору РА1 зарядный ток, а резисторами R57…R62 его задать. Для контроля степени заряженности каждого из аккумуляторов напряжение с них подается на мультиплексор DD4, управляемый электронной схемой, о которой речь пойдет далее. С выхода мультиплексора DD4 напряжение поступает на неинвертирующий вход компаратора, собранного на операционном усилителе DА3. На инвертирующий вход этого компаратора подается опорное напряжение с делителя R6…R8, запитанного с параметрического стабилизатора, выполненного на светодиоде VD13. Пока напряжение на заряжаемом аккумуляторе ниже опорного - на выходе компаратора логический "0". Соответственно и на входе "D" триггера-защелки DD10 (DD11, DD12) одного из каналов (выбранного в данный момент демультиплексором DD8) также логический "0". В момент выбора демультиплексором данного триггера на его выходе "Q" защелкивается "0". При этом транзистор VT8 (VT9…VT13) закрыт, и зеленый светодиод соответствующего канала, индицирующий окончание заряда, не светится. На выходе элементов DD13 (DD14) логическая "1", которая через резисторы R25 (R26…R30) открывает соответствующий ключ VТ14 (VТ15..VТ19), подключая заряжаемый аккумулятор к источнику. Одновременно открытый транзистор VТ2 (VТ3…VТ7) запитывает соответствующий светодиод красного цвета, индицирующий о том, что идет процесс зарядки. Управление всей этой схемой осуществляется следующим образом. С двухполупериодного выпрямителя VD2, VD5 обмотки II трансформатора TV1 напряжение поступает на формирователь прямоугольных импульсов, собранный на элементах R1, С5, VТ1, R3. На коллекторе VТ1 формируются прямоугольные импульсы с частотой 100 Гц, которые через резистор R3 и триггер Шмидта DD1.1 поступают на счетный вход счетчика DD2.1 с коэффициентом пересчета 16. На элементах R4, С7, DD1.2 собрана схема установки счетчиков DD2, DD7, DD9 и триггера DD6 в исходное состояние по включению питания. С выхода счетчика DD2.1 импульсы с периодом Т=0,16 с поступают на вход счетчика DD2.2, синхронно управляющего работой мультиплексора DD4 и демультиплексора DD8 с периодом Т=0,64 с. Поскольку после включения питания триггер DD6 устанавливается в единичное состояние, то с его инверсного выхода (вывод 2) логический "0" разрешает работу счетчика DD2.2, а работа счетчиков DD7 и DD9 запрещена с его прямого выхода "Q". Этим же сигналом через элементы DD13 (DD14) закрыты ключи зарядки VТ14 (VТ15…VТ19) и транзисторы индикации VТ2 (VТ3…VТ7). По мере заполнения счетчика DD2.2 происходит поочередное сравнение напряжения на каждом из заряжаемых аккумуляторов с опорным. По результатам сравнения информация фиксируется защелками на триггерах DD10 (DD11, DD12). По заполнении счетчика DD2.2 на его выводах 12…14 появляется логическая "1", устанавливающая счетчик DD6 через элементы DD3 в нулевое состояние. Работа счетчика DD2.2 прекращается и разрешается работа счетчиков DD7 и DD9. Одновременно логический "0" с прямого выхода триггера DD6 разрешает работу ключей зарядки VТ14 (VТ15…VТ19) и транзисторов индикации VТ2 (VТ3…VТ13) в соответствии с информацией о степени зарядки, хранящейся защелками на триггерах DD10 (DD11, DD12). Импульсы с Т=0,16 с поступают на вход счетчика DD7.1, а с его выхода - на вход счетчика DD7.2, на выводах 11 и 14 которого формируются импульсы с периодами Т = 5,12 с и Т = 40,96 с соответственно. С выхода 14 этого счетчика импульсы поступают на вход счетчика DD9.2, формируя на его выходе (вывод 11) отрицательный импульс длительностью 40,96 с. Это время зарядки. По заднему фронту этого импульса на выходе DD13 (DD14) появляется логический "0", закрывающий ключи зарядки VТ14 (VТ15…VТ19), а также транзисторы индикации VТ2 (VТ3…VТ7). Красные светодиоды, индицирующие процесс зарядки, гаснут. Одновременно лог.”1", появившаяся на выводе 2 счетчика DD9.1, разрешает его работу. На выходе этого счетчика формируется отрицательный импульс длительностью 5,12 с, задним фронтом которого через элемент DD5.1 триггер DD6 устанавливается в единичное состояние, производит сброс счетчиков DD7 и DD9 в "0" и разрешает работу счетчика DD2.2. Цикл повторяется. Таким образом, электронная схема производит замер напряжения на заряжаемых аккумуляторах, по результатам замера принимает решение продолжить или прекратить заряд по каждому из аккумуляторов. Далее, в соответствии с принятым решением, включает элементы индикации (красный - зарядка продолжается, зеленый - зарядка окончена) и, соответственно, управляет ключами зарядки VТ14 (VТ15…VТ19). По истечении времени t=40,96 с зарядка прекращается, индикация выключается и производится выдержка в течение 5,12 с. Это обусловлено тем, что после прекращения подачи зарядного тока напряжение на заряжаемом аккумуляторе несколько снижается и необходима выдержка времени, чтобы напряжение на нем установилось. Затем поочередно в течение 0,256 с происходит измерение напряжения на всех шести аккумуляторных элементах, и далее процесс повторяется. При установке в ЗУ разряженных аккумуляторов изначально светятся красные светодиоды. В процессе зарядки они периодически гаснут на время замера напряжения, а затем снова включаются. При приближении напряжения на заряжаемом аккумуляторе к номинальному красные и зеленые светодиоды начинают включаться попеременно. И когда стабильно (кроме моментов замера напряжения) включены зеленые светодиоды, процесс зарядки считается законченным. Примечание. Поскольку выходное напряжение элементов DD13, DD14 оказалось недостаточным для надежного управления ключами VT14…VT19, для его "усиления" применены инверторы DD15, DD16, запитанные от источника (нестабилизированного) с более высоким напряжением. Конструкция Корпус прибора состоит из двух П-образных крышек, скрепленных между собой винтами. Внутрь вставлена также П-образная конструкция, являющаяся одновременно шасси прибора, передней и задней панелями. Схема ЗУ выполнена на 5 печатных платах, изготовленных из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Ключи VT14…VT19 закреплены на задней стенке корпуса прибора и изолированы от нее прокладкой из слюды. Кассеты для установки заряжаемых аккумуляторов различных типоразмеров изготовлены из подходящих кассет батарейных отсеков приемников и показаны на фото 2. Для обеспечения оперативной замены при зарядке различных типоразмеров аккумуляторов кассеты выполнены в виде отдельных устройств и подстыковываются к блоку ЗУ с помощью разъемов. Детали Все примененные электро-радиоэлементы не являются дефицитными, их можно приобрести на киевском радиорынке "Караваевы Дачи". Допускается замена аналогичными по электрическим параметрам. Цифровая часть схемы выполнена на микросхемах микромощной серии К561. Трансформатор выполнен на Ш-образном сердечнике типоразмера Ш18х20. Его сетевая обмотка содержит 3200 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,15 мм. Обмотка II содержит 110+110 витков ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм и обмотка III - 100+100 витков ПЭВ-2 диаметром 0,62 мм. Разъемы Х1…Х8 выполнены из разъемов, применяемых в бытовой электронике и допускающих создание различных наборов. Переключатель SA2 типа ПМ. В качестве прибора РА1 применен микроамперметр М4370 на 250 мкА от бытовой аудиоаппаратуры. Его пришлось разобрать для замены шкалы на 300 мА, распечатав ее на принтере. Резисторы R57...R62 типа ППБ-1. Наладка Наладка собранной без ошибок схемы сводится к установке порога срабатывания компаратора с помощью потенциометра R7. Литература рекомендует считать заряженными NiCd и NiMH аккумуляторы, если напряжение на них достигло 1,4…1,42 В. Для наладки необходимо проделать следующее: 1. Подпаять к выводам 1, 2 микросхемы DD1 и общей шине кнопку с нормально замкнутыми контактами. 2. Расстыковать разъем Х2. 3. Включить питание и подать от внешнего источника напряжение 1,42 В на любой из контактов розетки расстыкованного разъема Х2 по отношению к общей шине. 4. Контролируя напряжение на выводе 3 микросхемы DD4 нажать подпаянную кнопку и, при появлении напряжения, близкого к 1,42 В, кнопку отпустить. 5. Плавно повышая напряжение на инверсном входе микросхемы DD3, резистором R7 добиться срабатывания компаратора, контролируя напряжение на выводе 6 микросхемы DA3. 6. Восстановить схему, проделав в п.п. 3…1 обратные процедуры. Прибор готов к работе. Литература 1. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. Изд. "Металлургия", г. Челябинск, 1988 г. 2. Богданов М. И., Грель И. Н., Прохоренко В. А., Шалимо В.В. Цифровые интегральные микросхемы. Справочник. Изд. "Беларусь", г. Минск, 1991 г. 3. Кияница В. В. Батарейки, аккумуляторы, зарядные устройства (Справочное пособие). Изд. "Ладога", г. С-Петербург, 2002 г. 4. Яковлев Е. Л. Использование микросхем стабилизаторов напряжения в зарядных устройствах // Радиосхема. -2006. -№5. -С.13,14. 5. Косолапов В. Простое зарядное устройство // Радио. -1999. -№2. -С.36. 6. Севастьянов В. Стабилизатор тока зарядки Ni-Cd аккумуляторов // Радио. -1999. -№6. -С.43. 7. Зарядное устройство для четырех никель-кадмиевых аккумуляторов // Радио. -2000. -№10. -С.45. 8. Бирюков С. Зарядное устройство с "регулируемым стабилитроном" // Радио. -2001. -№3. -С.57. 9. Соколов А. Доработка…зарядного устройства. // Радио. -2001. -№6. -С.48.


     SVITEL © 2014  Мир электроники.  Admin  При перепечатке и цитировании активная гиперссылка на сайт обязательна. Rambler's Top100