Ištirtos paprastos Ni-Cd akumuliatorių įkroviklio grandinės

Šiame įraše aptariama paprasta NiCd įkroviklio grandinė su automatine apsauga nuo perkrovos ir nuolatiniu įkrovimu.

Teisingai įkraunant nikelio-kadmio elementą, griežtai rekomenduojama sustabdyti arba nutraukti įkrovimą, kai tik jis pasiekia visą įkrovimo lygį. To nesilaikymas gali neigiamai paveikti elemento darbinį gyvenimą, žymiai sumažindamas jo atsarginį efektyvumą.

Žemiau pateikta paprasta Ni-Cad įkroviklio grandinė efektyviai sprendžia perkrovos kriterijų, įtraukdama tokias paslaugas kaip nuolatinis srovės įkrovimas, taip pat nutraukdamas maitinimą, kai elemento terminalas pasiekia visą įkrovimo vertę.

Pagrindinės savybės ir privalumai

• Automatinis išjungimas visu įkrovos lygiu
• Nuolatinė srovė viso įkrovimo metu.
• Šviesos diodų indikatorius, skirtas visiškai įkrauti.
• Leidžia vartotojui pridėti daugiau pakopų vienu metu įkraunant iki 10 NiCd elementų.

Grandinės schema

Kaip tai veikia

Čia aprašyta paprasta konfigūracija skirta įkrauti vieną 500 mAh „AA“ elementą, kurio rekomenduojamas įkrovimo greitis yra artimas 50 mA, nepaisant to, jį būtų galima patogiai pritaikyti pigiai įkraunant kelias ląsteles, pakartojant punktyrinėmis linijomis parodytą plotą.

Maitinimo įtampa grandinei gaunama iš transformatoriaus, tilto lygintuvo ir 5 V IC reguliatoriaus.

Elementas įkrautas T1 tranzistoriumi, kuris yra sukonfigūruotas kaip pastovios srovės šaltinis.

Kita vertus, T1 valdomas įtampos palyginamuoju prietaisu, naudojant TTL Schmitt paleidiklį N1. Kol elementas įkraunamas, elemento galinė įtampa laikoma maždaug 1,25 V.

Atrodo, kad šis lygis yra mažesnis už teigiamą N1 paleidimo slenkstį, dėl kurio N1 išvestis yra aukšta, o N2 išvestis tampa maža, leidžianti T1 gauti bazinę įtampą per potencialų daliklį R4 / R5.

Kol įkraunamas Ni-Cd elementas, LED D1 lieka apšviestas. Kai tik elementas priartėja prie visiško įkrovimo būsenos, jo galinė įtampa pakyla maždaug iki 1,45 V. Dėl to padidėja teigiamas N1 paleidimo slenkstis, dėl kurio N2 išvestis padidėja.

Ši situacija akimirksniu išjungia T1. Dabar elementas nustoja įkrauti, o šviesos diodas D1 yra išjungtas.

Kadangi teigiama N1 aktyvacijos riba yra maždaug 1,7 V ir ją kontroliuoja konkreti tolerancija, įtraukiami R3 ir P1, kad ji būtų pakeista į 1,45 V. Neigiama „Schmitt“ paleidiklio ribinė vertė yra apie 0,9 V, kuri būna žemesnė nei net visiškai iškrauto elemento galinė įtampa.

Tai reiškia, kad prijungus iškrautą elementą grandinėje, įkrovimas niekada nebus pradėtas automatiškai. Dėl šios priežasties yra įjungimo mygtukas S1, kurį paspaudus žemas NI įvestis.

Norėdami įkrauti daugiau ląstelių, punktyrinėje dėžutėje atskleista grandinės dalis gali būti kartojama atskirai, po vieną kiekvienai baterijai.

Tai užtikrina, kad, nepriklausomai nuo elementų išleidimo lygio, kiekvienas iš jų atskirai įkraunamas iki reikiamo lygio.

PCB dizainas ir komponentų perdanga

Vykdant PCB dizainą, du etapai yra dubliuojami, kad būtų galima vienu metu įkrauti dvi „Nicad“ ląsteles iš vienos plokštės.

Ni-Cad įkroviklis, naudojant rezistorių

Šis konkretus paprastas įkroviklis gali būti sukonstruotas iš dalių, kurias galima pamatyti beveik bet kokiame konstruktoriaus šiukšliadėžėje. Optimaliam tarnavimo laikui (įkrovimo ciklų skaičiui) „Ni-Cad“ akumuliatorius reikia įkrauti santykinai pastovia srove.

Tai dažnai pasiekiama gana lengvai įkraunant per rezistorių iš maitinimo įtampos, daug kartų didesnės nei akumuliatoriaus įtampa. Akumuliatoriaus įtampos pokytis, kai jis įkraunamas, greičiausiai turės minimalią įtaką įkrovimo srovei. Siūlomą grandinę sudaro tik transformatorius, diodų lygintuvas ir nuoseklusis rezistorius, kaip parodyta 1 paveiksle.

Susijęs grafinis vaizdas palengvina reikiamos serijos rezistoriaus vertės nustatymą.

Per transformatoriaus įtampą vertikalioje ašyje nubrėžta horizontali linija, kol ji kerta nurodytą akumuliatoriaus įtampos liniją. Tada linija, ištraukta vertikaliai žemyn nuo šio taško, kad atitiktų horizontalią ašį, vėliau suteikia mums reikiamą rezistoriaus vertę omais.

Pavyzdžiui, punktyrinė linija parodo, kad jei transformatoriaus įtampa yra 18 V, o įkraunama Ni-Cd baterija yra 6 V, tada numatytam srovės valdymui varža bus maždaug 36 omai.

Apskaičiuota, kad šis nurodytas atsparumas atiduoda 120 mA, tuo tarpu kai kurioms kitoms įkrovimo srovės normoms rezistoriaus vertę reikės tinkamai sumažinti, pvz. 18 omų už 240 mA, 72 omų už 60 mA ir pan. D1.

„NiCad“ įkroviklio grandinė, naudojant automatinį srovės valdymą

Nikelio-kadmio baterijoms paprastai reikia nuolat įkrauti srovę. Žemiau parodyta NiCad įkroviklio grandinė yra sukurta tiekti 50mA į keturias 1,25V elementus (AA tipas) arba 250mA į keturias 1,25V elementus (C tipas), sujungtus nuosekliai, nors jį būtų galima paprasčiausiai modifikuoti pagal įvairias kitas įkrovimo vertes.

Aptartoje „NiCad“ įkroviklio grandinėje R1 ir R2 nustatykite apkrovos išėjimo įtampą maždaug iki 8 V.

Išėjimo srovė sklinda naudojant R6 arba R7, o kylant tranzistorius Tr1 palaipsniui įjungiamas.

Tai sukelia tašką Y padidinti, įjungiant tranzistorių Tr2 ir leidžiant taškui Z tapti mažiau mažiau teigiamu.

Dėl to procesas sumažina išėjimo įtampą ir turi tendenciją mažinti srovę. Galiausiai pasiekiamas balanso lygis, kuris nustatomas pagal R6 ir R7 vertes.

Diodas D5 slopina įkraunamą bateriją, užtikrindamas maitinimą į IC1 išėjimą, jei 12 V būtų išjungtas, o tai priešingu atveju galėtų rimtai pakenkti IC.

FS2 yra įmontuotas taip, kad apsaugotų nuo įkraunamų baterijų pažeidimų.

R6 ir R7 pasirinkimas atliekamas bandant ir per klaidą, o tai reiškia, kad jums reikės tinkamo diapazono ampermetro, arba, jei R6 ir R7 reikšmės yra tikrai žinomos, įtampos kritimą jose galima apskaičiuoti pagal Ohmo įstatymą.

„Ni-Cd“ įkroviklis, naudojant vieną op

Ši „Ni-Cd“ įkroviklio grandinė skirta standartinėms AA dydžio „NiCad“ baterijoms įkrauti. Specialus įkroviklis dažniausiai rekomenduojamas „NiCad“ elementams dėl to, kad jų vidinė varža yra labai maža, todėl padidėja įkrovimo srovė, net jei naudojama įtampa yra tik šiek tiek didesnė.

Todėl įkroviklyje turėtų būti grandinė, kuri apribotų įkrovimo srovę iki teisingos ribos. Šioje grandinėje T1, D1, D2 ir C1 veikia kaip tradicinė žemyn, izoliacija, visos bangos lygintuvas ir nuolatinės srovės filtravimo grandinė. Papildomos dalys siūlo dabartinį reglamentą.

IC1 naudojamas kaip lygintuvas su atskiru buferiniu etapu Q1, užtikrinantis pakankamai aukštą išėjimo srovės funkcionalumą šiame dizaine. IC1 neinvertuojančiam įėjimui tiekiama 0,65 V įtampa: atskaitos įtampa pateikiama per R1 ir D3. Invertuojantis įėjimas yra prijungtas prie žemės per R2 ramybės srovės lygiu, leidžiantis išvesties gauti visiškai teigiamą. Turint „NiCad“ elementą visoje išvestyje, didelė srovė gali pasistengti per R2, dėl ko R2 susidaro lygiavertis įtampos kiekis.

Jis gali tik padidėti iki 0,6 V, tačiau, didėjant įtampai šiuo metu, pasikeičia IC1 įėjimų įvesties potencialai, dėl to sumažėja išėjimo įtampa ir sumažėja įtampa aplink R2 atgal 0,65 V. Didžiausia išėjimo srovė (ir taip pat gaunama įkrovimo srovė) yra srovė, sukurta esant 0,65 V, esant 10 omų, arba 65 mA paprasčiau tariant.

Daugumos AA NiCad elementų optimali pageidaujama įkrovimo srovė yra ne didesnė kaip 45 arba 50 mA, o šiai kategorijai R2 reikia padidinti iki 13 omų, kad galėtumėte turėti reikiamą įkrovimo srovę.

Kelios greito įkroviklio rūšys gali veikti esant 150 mA, todėl tam reikia sumažinti R2 iki 4,3 omų (3,3 omų plius 1 omai nuosekliai, jei neįmanoma įsigyti idealios dalies).

Be to, T1 reikia patobulinti iki varianto, kurio srovė yra 250 mA., O Q1 turi būti sumontuotas naudojant mažą varžtais pritvirtintą aušintuvą. Įrenginys gali lengvai įkrauti iki keturių elementų (6 elementai, kai T1 atnaujinamas į 12 V tipo), ir visa tai turėtų būti nuosekliai pritvirtinta prie išėjimo, o ne lygiagrečiai.

Universali NiCad įkroviklio grandinė

1 paveiksle parodyta visa universaliojo NiCad įkroviklio grandinės schema. Srovės šaltinis sukurtas naudojant tranzistorius T1, T2 ir T3, kurie siūlo nuolatinę įkrovimo srovę.

Dabartinis šaltinis tampa aktyvus tik tada, kai „NiCad“ elementai yra tinkamai pritvirtinti. ICI yra tinkamas patikrinti tinklą, patikrinant įtampos poliškumą išėjimo gnybtuose. Jei ląstelės tinkamai suklastotos, IC1 2 kaištis negali pasisukti taip teigiamai, kaip ant 3 kaiščio.

Dėl to IC1 išėjimas gaunamas teigiamas ir gaunama bazinė srovė į T2, kuri įjungia srovės šaltinį. Dabartinę šaltinio ribą galima nustatyti naudojant S1. Nustačius R6, R7 ir RB reikšmes, galima iš anksto nustatyti 50 mA, 180 mA ir 400 mA srovę. Įdėjus S1 į 1 tašką, paaiškėja, kad NiCad elementai gali būti įkrauti, 2 padėtis skirta C ląstelėms, o 3 pozicija rezervuota D ląstelėms.

Įvairios dalys

TR1 = transformatorius 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3 padėties jungiklis
S2 = 2 padėties jungiklis

Dabartinis šaltinis veikia pagal labai pagrindinį principą. Grandinė yra prijungta kaip dabartinis grįžtamojo ryšio tinklas. Įsivaizduokite, kad S1 yra 1 pozicijoje, o IC1 išėjimas yra teigiamas. T2 ir 13 dabar pradeda gauti bazinę srovę ir inicijuoja laidumą. Srovė per šiuos tranzistorius sudaro įtampą aplink R6, kuri suveikia T1.

Didėjanti srovė aplink R6 reiškia, kad T1 gali veikti didesniu stiprumu ir taip sumažinti tranzistorių T2 ir T3 bazinę pavaros srovę.

Antrasis tranzistorius šiuo metu gali veikti mažiau, o pradinis srovės kilimas yra ribojamas. Taip įgyvendinama pakankamai pastovi srovė naudojant R3 ir prijungtas NiCad ląsteles.

Kelios šviesos diodai, pritvirtinti prie dabartinio šaltinio, bet kuriuo metu nurodo NiCad įkroviklio veikimo būseną. „IC1“ sukuria teigiamą įtampą, kai „NiCad“ elementai yra tinkamai prijungiami ir apšviečia LED D8.

Jei ląstelės nėra sujungtos tinkamu poliškumu, teigiamas potencialas IC1 2 kaištyje bus didesnis nei 3 kaištis, todėl op amp stiprintuvo išėjimas taps 0 V.

Esant tokiai situacijai, dabartinis šaltinis liks išjungtas ir šviesos diodas D8 neužsidegs. Tokia pati sąlyga gali pasireikšti tuo atveju, jei įkrovimui nėra prijungtos ląstelės. Taip gali atsitikti todėl, kad 2 kaištyje bus įtampa, palyginti su 3 kaiščiu, dėl įtampos kritimo D10.

Įkroviklis suveiks tik tada, kai bus sujungta mažiausiai 1 V turinti elementas. LED D9 rodo, kad dabartinis šaltinis veikia kaip srovės šaltinis.

Tai gali pasirodyti gana savotiška, tačiau IC1 generuojama įėjimo srovė tiesiog nėra tinkama, įtampos lygis taip pat turi būti pakankamai didelis, kad sustiprintų srovę.

Tai reiškia, kad maitinimas visada turėtų būti didesnis nei įtampa per NiCad elementus. Tik šioje situacijoje galimas skirtumas bus pakankamas, kad dabartinis grįžtamasis ryšys T1 įsijungtų, apšviesdamas šviesos diodą D9.

PCB dizainas

Naudojant IC 7805

Žemiau pateikta schema rodo idealią įkroviklio grandinę ni-cad ląstelėms.

Čia dirba a 7805 reguliatoriaus IC per rezistorių tiekti pastovią 5 V įtampą, dėl kurios srovė priklauso nuo rezistoriaus vertės, o ne nuo elemento potencialo.

Rezistoriaus vertė turėtų būti koreguojama atsižvelgiant į tipą, kuris naudojamas bet kokiai vertei nuo 10 iki 470 omų įkrauti, atsižvelgiant į elemento mAh vertę. Dėl plūduriuojančio IC 7805 pobūdžio, atsižvelgiant į žemės potencialą, ši konstrukcija galėtų būti taikoma įkraunant atskiras „Nicad“ ląsteles ar kelių elementų serijas.

Ni-Cd elementų įkrovimas iš 12 V maitinimo šaltinio

Esminis akumuliatoriaus įkroviklio principas yra tas, kad jo įkrovimo įtampa turi būti didesnė nei nominali akumuliatoriaus įtampa. Pavyzdžiui, 12 V baterija turėtų būti įkrauta iš 14 V šaltinio.

Šioje 12 V Ni-Cd įkroviklio grandinėje naudojamas įtampos padvigubinimo įrenginys, pagrįstas populiariu 555 IC. Kadangi lusto 3 išvestis yra pakaitomis sujungta tarp +12 V maitinimo įtampos ir žemės, IC svyruoja.

C₃apkraunamas per D_duir D₃iki beveik 12 V, kai kaištis 3 yra žemas. 3 momento kaištis yra logiškai didelis, C jungties įtampa₃ir D₃padidina iki 24 V dėl neigiamo C terminalo₃kuris yra prijungtas prie +12 V įtampos, o pats kondensatorius laiko tos pačios vertės krūvį. Tada diodas D₃tampa atvirkščiai šališkas, bet D₄diriguoja tik tiek, kiek reikia C₄įkrauti daugiau nei 20 V. Tai yra daugiau nei pakankamai įtampos mūsų grandinei.

IC 78L05_dupadėtis veikia kaip srovės tiekėjas, kuris išlaiko savo išėjimo įtampą U_n, nuo pasirodymo per R₃esant 5 V. Išėjimo srovė, I_n, galima paprasčiausiai apskaičiuoti iš lygties:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

78L05 savybės apima pačios srovės traukimą, nes centrinis gnybtas (paprastai įžemintas) suteikia mums maždaug 3 mA.

Bendra apkrovos srovė yra apie 10 mA, ir tai yra gera vertė nuolat įkraunant NiCd baterijas. Norint parodyti, kad teka įkrovimo srovė, į grandinę įtrauktas šviesos diodas.

Įkrovimo srovės grafikas

2 paveiksle pavaizduotos įkrovimo srovės savybės, palyginti su akumuliatoriaus įtampa. Akivaizdu, kad grandinė nėra visiškai tobula, nes 12 V baterija bus įkrauta esant maždaug 5 mA srovei. Kelios to priežastys:

• Atrodo, kad grandinės išėjimo įtampa mažėja didėjant srovei.
• Įtampos kritimas per 78L05 yra apie 5 V. Tačiau, norint užtikrinti, kad IC veiktų tiksliai, reikia pridėti dar 2,5 V įtampą.
• Visame šviesos diode greičiausiai yra 1,5 V įtampos kritimas.

Atsižvelgiant į visa tai, kas išdėstyta pirmiau, 12 V NiCd akumuliatorius, kurio vardinė talpa yra 500 mAh, galėtų būti nenutrūkstamai įkraunama naudojant 5 mA srovę. Iš viso tai tik 1% jo pajėgumų.