Odkryto proste obwody ładowarki akumulatorów Ni-Cd

W poście omówiono prosty obwód ładowarki NiCd z automatycznym zabezpieczeniem przed przeładowaniem i ładowaniem stałym prądem.

Jeśli chodzi o prawidłowe ładowanie ogniwa niklowo-kadmowego, stanowczo zaleca się zatrzymanie lub przerwanie procesu ładowania, gdy tylko osiągnie pełny poziom naładowania. Nieprzestrzeganie tego może negatywnie wpłynąć na żywotność ogniwa, znacznie zmniejszając jego wydajność rezerwową.

Przedstawiony poniżej prosty obwód ładowarki Ni-Cad skutecznie radzi sobie z kryterium przeładowania, włączając funkcje takie jak ładowanie stałym prądem, a także odcięcie zasilania, gdy terminal ogniwa osiągnie pełną wartość naładowania.

Główne cechy i zalety

• Automatyczne odcięcie przy pełnym naładowaniu
• Stały prąd podczas ładowania.
• Wskaźnik LED dla pełnego odcięcia ładowania.
• Umożliwia użytkownikowi dodanie większej liczby etapów ładowania do 10 ogniw NiCd jednocześnie.

Schemat obwodu

Jak to działa

Przedstawiona tutaj prosta konfiguracja ma na celu ładowanie pojedynczego ogniwa „AA” 500 mAh z zalecaną szybkością ładowania bliską 50 mA, niemniej jednak można ją wygodnie tanio dostosować, aby ładować kilka ogniw razem, powtarzając obszar pokazany liniami przerywanymi.

Napięcie zasilania obwodu pobierane jest z transformatora, prostownika mostkowego i regulatora 5 V IC.

Ogniwo jest ładowane tranzystorem T1, który jest skonfigurowany jak źródło prądu stałego.

Z drugiej strony T1 jest kontrolowany przez komparator napięcia z wykorzystaniem wyzwalacza TTL Schmitta N1. W czasie ładowania ogniwa napięcie końcowe ogniwa utrzymuje się na poziomie około 1,25 V.

Ten poziom wydaje się być niższy niż dodatni próg wyzwalania N1, który utrzymuje wyjście N1 na wysokim poziomie, a wyjście N2 staje się niskie, umożliwiając T1 uzyskanie podstawowego napięcia polaryzacji przez dzielnik potencjału R4 / R5.

Dopóki ogniwo Ni-Cd jest ładowane, dioda LED D1 świeci. Gdy tylko ogniwo zbliża się do stanu pełnego naładowania, jego napięcie na zaciskach wzrasta do około 1,45 V. Z tego powodu dodatni próg wyzwalania N1 wzrasta, powodując wzrost na wyjściu N2.

Ta sytuacja natychmiast wyłącza T1. Ogniwo przestaje się teraz ładować, a dioda LED D1 gaśnie.

Ponieważ dodatnia granica aktywacji N1 wynosi około 1,7 V i jest kontrolowana przez określoną tolerancję, włączono R3 i P1, aby zmienić ją na 1,45 V. Ujemna granica wyzwalania wyzwalacza Schmitta wynosi około 0,9 V, co jest mniejszą wartością niż napięcie na zaciskach nawet całkowicie rozładowanego ogniwa.

Oznacza to, że podłączenie rozładowanego ogniwa do obwodu nigdy nie spowoduje automatycznego zainicjowania ładowania. Z tego powodu dołączony jest przycisk startu S1, który po naciśnięciu przyjmuje stan niski NI.

Aby naładować większą liczbę ogniw, część obwodu widoczna w przerywanym polu może zostać powtórzona oddzielnie, po jednym dla każdej baterii.

Gwarantuje to, że niezależnie od poziomów rozładowania ogniw, każde z nich jest indywidualnie ładowane do prawidłowego poziomu.

Projekt PCB i nakładka komponentów

W projekcie PCB poniżej zduplikowane są dwa etapy, aby umożliwić jednoczesne ładowanie dwóch ogniw Nicad z jednej konfiguracji płytki.

Ładowarka Ni-Cad wykorzystująca rezystor

Ta prosta ładowarka może być zbudowana z części, które można zobaczyć w pojemniku na śmieci prawie każdego konstruktora. Aby uzyskać optymalną żywotność (liczbę cykli ładowania), akumulatory Ni-Cad muszą być ładowane stosunkowo stałym prądem.

Często można to łatwo osiągnąć przez ładowanie przez rezystor z napięcia zasilania wielokrotnie wyższego niż napięcie akumulatora. Zmiana napięcia akumulatora podczas ładowania prawdopodobnie będzie miała wtedy minimalny wpływ na prąd ładowania. Proponowany obwód składa się tylko z transformatora, prostownika diodowego i rezystora szeregowego, jak pokazano na rysunku 1.

Powiązany obraz graficzny ułatwia określenie niezbędnej wartości rezystora szeregowego.

Pozioma linia jest poprowadzona przez napięcie transformatora na osi pionowej, aż przecina określoną linię napięcia akumulatora. Następnie linia przeciągnięta pionowo w dół z tego punktu, aby zetknąć się z osią poziomą, dostarcza nam następnie niezbędną wartość rezystora w omach.

Na przykład linia przerywana pokazuje, że jeśli napięcie transformatora wynosi 18 V, a ładowany akumulator Ni-Cd wynosi 6 V, wówczas wartość rezystancji będzie wynosić około 36 omów dla zamierzonego sterowania prądem.

Ta wskazywana rezystancja jest obliczana na dostarczanie 120 mA, podczas gdy dla niektórych innych prędkości ładowania wartość rezystora będzie musiała zostać odpowiednio zmniejszona, np. 18 omów dla 240 mA, 72 omów dla 60 mA itd. D1.

Obwód ładowarki NiCad wykorzystujący automatyczne sterowanie prądem

Akumulatory niklowo-kadmowe na ogół wymagają ładowania prądem stałym. Pokazany poniżej obwód ładowarki NiCad został opracowany w celu dostarczania 50 mA do czterech ogniw 1,25 V (typ AA) lub 250 mA do czterech ogniw 1,25 V (typ C) połączonych szeregowo, chociaż można go po prostu zmodyfikować dla różnych innych wartości ładowania.

W omawianym obwodzie ładowarki NiCad R1 i R2 ustalają napięcie wyjściowe bez obciążenia na około 8V.

Prąd wyjściowy płynie przez R6 lub R7, a gdy rośnie, tranzystor Tr1 jest stopniowo włączany.

To powoduje punkt Y zwiększyć, włączając tranzystor Tr2 i umożliwiając, aby punkt Z stał się mniej dodatni.

W konsekwencji proces obniża napięcie wyjściowe i ma tendencję do obniżania prądu. Ostatecznie osiągany jest poziom równowagi, który jest określony przez wartość R6 i R7.

Dioda D5 blokuje ładowany akumulator, zapewniając zasilanie na wyjściu IC1 w przypadku odłączenia napięcia 12V, co mogłoby spowodować poważne uszkodzenie układu scalonego.

FS2 jest wbudowany w celu ochrony przed uszkodzeniem ładowanych akumulatorów.

Wybór R6 i R7 odbywa się metodą prób i błędów, co oznacza, że ​​będziesz potrzebować amperomierza o odpowiednim zakresie lub, jeśli wartości R6 i R7 są naprawdę znane, spadek napięcia na nich można obliczyć na podstawie prawa Ohma.

Ładowarka Ni-Cd z pojedynczym wzmacniaczem operacyjnym

Ten obwód ładowarki Ni-Cd jest przeznaczony do ładowania standardowych baterii NiCad rozmiaru AA. Do ogniw NiCad zalecana jest przede wszystkim specjalna ładowarka, ponieważ mają one wyjątkowo niską rezystancję wewnętrzną, co skutkuje zwiększonym prądem ładowania, nawet jeśli wykorzystywane napięcie jest tylko nieznacznie wyższe.

Dlatego ładowarka powinna zawierać obwód ograniczający prąd ładowania do prawidłowego limitu. W tym obwodzie T1, D1, D2 i C1 działają jak tradycyjny obwód obniżający, izolujący, prostownik pełnookresowy i obwód filtrujący DC. Dodatkowe części oferują aktualne przepisy.

IC1 jest używany jako komparator z oddzielnym stopniem buforowym Q1 zapewniającym odpowiednio wysoką funkcjonalność prądu wyjściowego w tej konstrukcji. Nieodwracające wejście IC1 jest zasilane napięciem 0,65 V: napięcie odniesienia podawane przez R1 i D3. Wejście odwracające jest połączone z masą przez R2 w ramach poziomów prądu spoczynkowego, dzięki czemu wyjście staje się całkowicie dodatnie. Mając ogniwo NiCad podłączone do wyjścia, wysoki prąd może próbować przejść przez R2, powodując równoważną ilość napięcia na R2.

Może tylko wzrosnąć do 0,6 V, niemniej jednak rosnące napięcie w tym punkcie odwraca potencjały wejściowe wejść IC1, powodując zmniejszenie napięcia wyjściowego i obniżenie napięcia wokół R2 z powrotem 0,65 V. Najwyższy prąd wyjściowy (a także odbierany prąd ładowania) jest w rezultacie prądem generowanym przy 0,65 V przy 10 omach, czyli po prostu 65 mA.

Większość ogniw AA NiCad ma optymalny preferowany prąd ładowania nie większy niż 45 lub 50 mA, a dla tej kategorii R2 należy zwiększyć do 13 omów, aby uzyskać odpowiedni prąd ładowania.

Kilka odmian szybkich ładowarek może pracować przy 150 mA, a to wymaga obniżenia wartości R2 do 4,3 oma (3,3 oma plus 1 om szeregowo na wypadek, gdyby nie można było uzyskać idealnej części).

Ponadto T1 należy ulepszyć do wariantu o prądzie znamionowym 250 mA., A Q1 należy zainstalować za pomocą malutkiego przykręcanego żebrowanego radiatora. Urządzenie może z łatwością ładować do czterech ogniw (6 ogniw, gdy T1 jest aktualizowane do typu 12 V), a wszystkie powinny być połączone szeregowo na wyjściu, a nie równolegle.

Uniwersalny obwód ładowarki NiCad

Rysunek 1 przedstawia pełny schemat połączeń uniwersalnej ładowarki NiCad. Źródło prądu opracowano przy użyciu tranzystorów T1, T2 i T3, które zapewniają stały prąd ładowania.

Bieżące źródło staje się aktywne tylko wtedy, gdy ogniwa NiCad są zamocowane w prawidłowy sposób. ICI jest ustawiony do sprawdzania sieci poprzez weryfikację polaryzacji napięcia na zaciskach wyjściowych. Jeśli ogniwa są prawidłowo ustawione, pin 2 na IC1 nie może obracać się tak pozytywnie, jak na pin 3.

W rezultacie wyjście IC1 staje się dodatnie i zasila prąd bazowy do T2, który włącza źródło prądu. Bieżący limit źródła można ustalić za pomocą S1. Prąd 50 mA, 180 mA i 400 mA można ustawić po określeniu wartości R6, R7 i RB. Umieszczenie S1 w punkcie 1 pokazuje, że ogniwa NiCad mogą być ładowane, pozycja 2 jest przeznaczona dla ogniw C, a pozycja 3 jest zarezerwowana dla ogniw D.

Różne części

TR1 = transformator 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = przełącznik 3-pozycyjny
S2 = przełącznik 2-pozycyjny

Obecne źródło działa na bardzo podstawowej zasadzie. Obwód jest okablowany jak sieć sprzężenia zwrotnego prądu. Wyobraź sobie, że S1 znajduje się w pozycji 1, a wyjście IC1 jest dodatnie. T2 i 13 teraz zaczynają pobierać prąd podstawowy i inicjują przewodzenie. Prąd płynący przez te tranzystory tworzy napięcie wokół R6, które uruchamia T1.

Narastający prąd wokół R6 oznacza, że ​​T1 może przewodzić z większą siłą, minimalizując w ten sposób podstawowy prąd sterujący dla tranzystorów T2 i T3.

Drugi tranzystor może w tym miejscu przewodzić mniej, a początkowy wzrost prądu jest ograniczony. W ten sposób realizowany jest w miarę stały prąd za pośrednictwem R3 i dołączonych ogniw NiCad.

Kilka diod LED dołączonych do źródła prądu wskazuje w dowolnym momencie stan operacyjny ładowarki NiCad. IC1 dostarcza napięcie dodatnie po podłączeniu ogniw NiCad we właściwy sposób, oświetlając diodę LED D8.

Jeśli ogniwa nie są połączone z właściwą polaryzacją, dodatni potencjał na pinie 2 układu IC1 będzie wyższy niż styk 3, powodując, że na wyjściu komparatora wzmacniacza operacyjnego zmieni się wartość 0 V.

W tej sytuacji źródło prądu pozostanie wyłączone, a dioda D8 nie zapali się. Identyczny stan może wystąpić, gdy żadne ogniwa nie są podłączone do ładowania. Może się tak zdarzyć, ponieważ pin 2 będzie miał zwiększone napięcie w porównaniu do pin 3 z powodu spadku napięcia na D10.

Ładowarka uaktywni się tylko wtedy, gdy połączone zostanie ogniwo zawierające co najmniej 1 V. Dioda D9 wskazuje, że źródło prądu działa jak źródło prądowe.

Może się to wydawać dość dziwne, jednak prąd wejściowy generowany przez IC1 po prostu nie jest odpowiedni, poziom napięcia również musi być wystarczająco duży, aby wzmocnić prąd.

Oznacza to, że zasilanie powinno zawsze być większe niż napięcie na ogniwach NiCad. Tylko w tej sytuacji różnica potencjałów będzie wystarczająca, aby zadziałało sprzężenie zwrotne prądowe T1, zapalając diodę LED D9.

Projektowanie PCB

Korzystanie z IC 7805

Poniższy schemat obwodu przedstawia idealny obwód ładowarki dla ogniwa ni-kad.

To zatrudnia 7805 regulator IC dostarczać stałe napięcie 5 V na rezystor, co powoduje, że prąd jest zależny od wartości rezystora, a nie od potencjału ogniwa.

Wartość rezystora powinna być dostosowana do typu używanego do ładowania. Można zastosować dowolną wartość od 10 Ohm do 470 Ohm w zależności od wartości mAh ogniwa. Ze względu na pływającą naturę IC 7805 w odniesieniu do potencjału ziemi, ten projekt może być stosowany do ładowania pojedynczych ogniw Nicad lub serii kilku ogniw.

Ładowanie ogniwa Ni-Cd ze źródła 12 V.

Najbardziej podstawową zasadą ładowarki akumulatorów jest to, że jej napięcie ładowania musi być większe niż nominalne napięcie akumulatora. Na przykład akumulator 12 V powinien być ładowany ze źródła 14 V.

W tym obwodzie ładowarki 12V Ni-Cd zastosowano podwajacz napięcia oparty na popularnym układzie scalonym 555. Ponieważ wyjście 3 chipa jest połączone naprzemiennie między napięciem zasilania +12 V a ziemią, układ scalony oscyluje.

do₃zostaje naładowany przez D._dwai D.₃do prawie 12 V, gdy pin 3 jest logicznie niski. Moment, pin 3 jest logicznie wysoki, napięcie złącza C₃i D.₃zwiększa do 24 V z powodu ujemnego zacisku C.₃który jest podłączony pod napięciem +12 V, a sam kondensator ma ładunek o tej samej wartości. Następnie dioda D₃staje się odwrotny, ale D₄przewodzi tylko tyle dla C.₄naładować powyżej 20 V. To więcej niż wystarczające napięcie dla naszego obwodu.

78L05 w IC_dwapozycje działa jako dostawca prądu, który zdarza się, że utrzymuje swoje napięcie wyjściowe U_n, od pojawienia się po drugiej stronie R.₃przy 5 V.Prąd wyjściowy, I._n, można w prosty sposób obliczyć z równania:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Właściwości 78L05 obejmują sam prąd ciągnący, ponieważ zacisk centralny (zwykle uziemiony) daje około 3 mA.

Całkowity prąd obciążenia wynosi około 10 mA i jest to dobra wartość dla ciągłego ładowania akumulatorów NiCd. Aby wyświetlić przepływ prądu ładowania, w obwodzie znajduje się dioda LED.

Wykres prądu ładowania

Rysunek 2 przedstawia właściwości prądu ładowania w funkcji napięcia akumulatora. Jest całkiem oczywiste, że obwód nie jest do końca doskonały, ponieważ akumulator 12 V będzie ładowany prądem mierzącym tylko około 5 mA. Kilka powodów:

• Wydaje się, że napięcie wyjściowe obwodu spada wraz ze wzrostem prądu.
• Spadek napięcia na 78L05 wynosi około 5 V.Ale konieczne jest dodatkowe 2,5 V, aby zapewnić precyzyjne działanie układu scalonego.
• W przypadku diody LED najprawdopodobniej występuje spadek napięcia o 1,5 V.

Biorąc to wszystko pod uwagę, akumulator 12 V NiCd o pojemności znamionowej 500 mAh można było ładować nieprzerwanie prądem 5 mA. W sumie to tylko 1% jego pojemności.