Цифровое зарядное устройство.

Предлагаю свою схему многоканального ЗУ для нйкель-кадмиевых аккумуляторов разработанную мной и проверенную при эксплуатации. Все аккумуляторы, составляющие батарею, лучше заряжать индивидуально - это правило справедливо для всех типов аккумуляторов. Так как в основном при приобретении в магазине они могут быть, как различного срока изготовления, таки условий хранения.

В [1] дано описание многоканального зарядного устройства (ЗУ) с контролем напряжения каждого из заряжаемых аккумуляторов и ограничением зарядного тока по достижении порогового напряжения заряда. Однако эта схема очень сложна. Принципиальная схема цифрового зарядного устройства приведена на рисунке 1.

Основные характеристики зарядного устройства:

Режим работы ................................................................круглосуточный
Температура окружающей среды, °С...........................20...30
Количество заряжаемых аккумуляторов......................1...4
Зарядный ток, мА.............................................................50
Типоразмер аккумулятора.............................................."Size АА"
Напряжение заряженного аккумулятора, В.....................1,43
Длительность короткого замыкания выхода..................не ограничена
Работа ЗУ сводится к следующему: на вход С счетчика DD1.1 поступают тактовые импульсы. На выходе DD1.2 присутствует некоторый двоичный код. являющийся номером канала (выводы 12,13). Этот код поступает на адресный вход мультиплексора DD2. Допустим, что в настоящий момент в счетчик записано число N (N = 0,1,2, 3). Через мультиплексор напряжение с N-гo канала ЗУ поступает на неинвертирующий вход компаратора DA1 (вывод 3), который сравнивает его с образцовым Uo6p (вывод 2), равным выбранному напряжению окончания заряда.


Рис.1.

На выходе DAI ко времени окончания N-го тактового импульса формируется напряжение высокого (аккумулятор, подключенный к N-му каналу, заряжен) или низкого (аккумулятор разряжен) логического уровня, которое поступает на D-входы триггеров DD3, DD4 в блоках А 1...А4 и заряжает их входную емкость. В этот момент через дешифратор на тактовый вход С N-ro триггера поступает положительный импульс, производящий запись в триггер информации с его входа D.

Состояние этого триггера остается неизменным до поступления следующего тактового импульса, т.е. до повторения адреса. Напряжение с выхода каждого триггера поступает на силовые ключи (1VT1 и 1VT2 для блока А1), которые включают зарядный ток, если аккумулятор, подключенный к этому каналу, разряжен. В противном случае включается индикатор HL1 "Нет заряда" (аккумулятор заряжен).

Импульсы с удвоенной частотой сети (~100 Гц) поступают с выхода выпрямителя VD1, VD2 через формирователь R14, C1, VT1, R1 на счетный вход DD1, с выходов которого тактовая последовательность производит переключение каналов с частотой:

fт = 2fc/16 = 2*50/16 = 6 (Гц);

При таком выборе тактовой частоты переключение каждого канала происходит с частотой:

fn = fт /4 = 2*50/16*4 4 (Гц);

При этом мигание индикаторов зарядки 1HL1...4HL1, при линейном их расположении и отсутствии подключенных аккумуляторов, напоминает всем известную елочную гирлянду. Если выбрать частоту мигания большей (например 10 кГц), то мигание индикаторов перестает быть заметным, если же меньшей — это делает неудобным устранение часто возникающего неконтакта при подключении к ЗУ аккумулятора с окисленной контактной поверхностью. Конденсатор С1 необходим для предотвращения сбоев счетчика из-за помех по сети 220 В.

Для предотвращения выхода микросхем из строя при смене полярности напряжения заряжаемого аккумулятора (из-за его переполюсовки или ошибочного подключения), вот поэтому питание выбрано биполярным [2].

Компаратор DA1 выполнен на доступном ОУ КР140УД1208, имеющем гарантированные параметры при низком напряжении питания. Кроме того, этот ОУ является относительно "медленным" и обеспечивает задержку изменения напряжения на информационном входе D-триггеров при поступлении тактового импульса на С-вход, т.е. имеет "встроенный ФНЧ" на выходе.

Светодиод HL5 зеленого цвета является индикатором включения устройства в сеть и совместно с резисторами R7, R9, R10 образует источник образцового напряжения (ИОН). Напряжение на инвертирующем входе 2 компаратора DA1 устанавливается с помощью резистора R9 равным пороговому напряжению заряженного аккумулятора, т.е. 1,43...1,50В (напряжением сдвига ОУ, из-за его малой величины и малых входных токов, можно пренебречь).

Для повышения КПД устройства сглаживание выпрямленного напряжения фильтрами С8, С9 производится только в цепях питания малой мощности. Напряжение питания маломощной части устройства стабилизировано простейшими параметрическими стабилизаторами R12, VD3 и R13, VD4.

Детали и конструкция

В ЗУ применены детали следующих типов: постоянные резисторы — С2-23, подстроечный R9 — СП3-19 (однако лучше применить многооборотный резистор, например СП5-2, СП5-14), конденсаторы — К10-17 и К50-35.

Вместо КР140УД1208 можно применить его аналоги в других корпусах, или другие ОУ, гарантированно работоспособные при низком напряжении питания. Не следует стремиться к применению сверхбыстродействующих компараторов с повышенной нагрузочной способностью — триггер может просто-напросто "не успеть" переключиться.

Вместо указанных на схеме типов диодов можно применять их аналоги из других серий. В качестве мощных выпрямительных диодов VD1, VD2 желательно применить диоды с барьером Шоттки с меньшим прямым падением напряжения.

В качестве ключей VT1, VT2 необходимы транзисторы с высоким значением h21э. При применений транзисторов с меньшим h21э нагрузочной способности триггеров становится недостаточно для введения ключей в насыщение (особенно — зарядного ключа VT1). В этом случае следует попробовать применить стабилитрон VD3 с большим напряжением стабилизации (например КС 139).

Источник питания выполнен на трансформаторе мощностью 3Вт с действующим значением напряжения вторичной обмотки под нагрузкой 5В. В качестве трансформатора питания можно использовать унифицированные накальные трансформаторы, например ТН1.

Конструктивно ЗУ выполнено в спаянном из фольгированного стеклотекстолита корпусе. В верхней части корпуса находится встроенная кассета для подключения аккумуляторов. Напротив каждого аккумулятора находится индикатор его зарядки. В верхней и нижней крышках корпуса в районе размещения трансформатора выполнены вентиляционные отверстия.

Конструкция печатной платы не приводится, так как у каждого радиолюбителя есть детали отличные от предлагаемых, как правило это требует корректировки печатной платы.

Настройка

После включения питания должны засветиться зеленый светодиод HL5 и замигать красные (1HL1...4HL1). Поочередно закорачивая контакты для подключения аккумулятора в каком-либо канале, проверьте погасание соответствующего индикатора.

После этого подключите к любому из каналов заряженный аккумулятор и подстроечным резистором R9 настройте компаратор DA1 на Uo6p = l ,43В — "поймайте" момент загорания индикатора состояния этого канала. Последнюю операцию можно заменить установкой указанного напряжения на выводе 2 микросхемы DA1.

Работа

Работать же с ЗУ еще проще. Протрите контактные поверхности аккумуляторов спиртом и подключите их к ЗУ, соблюдая полярность (ЗУ от сети можно не отключать). Если аккумулятор разряжен, соответствующий светодиод напротив него перестает мигать. Учащающееся мигание светодиода свидетельствует о скором окончании зарядки — если аккумулятор полностью заряжен, то светодиод горит непрерывно.

Модернизация

Теперь о возможности совершенствования ЗУ. ИОН на светодиоде имеет ощутимый отрицательный ТКН (примерно 2 мВ/°С при рабочей температуре), т.е. повышение температуры на 15°С приводит к недозарядке аккумулятора на 0,03В. Вообще, это не является крупным недостатком ЗУ — никель-кадмиевые аккумуляторы "не добирают" по этой^ причине всего несколько процентов от общей запасаемой энергии. Для снижения влияния температуры на такой простой ИОН он конструктивно размещен вдали от тепловых потоков. При желании добиться еще большей точности работы ЗУ следует установить более совершенный ИОН, например из [3].

Если используемый трансформатор обладает достаточным запасом мощности, можно увеличить зарядный ток или число каналов. Для увеличения зарядного тока достаточно заменить зарядные ключи 1VT1...4VT1 на составные транзисторы (например КТ973), стабилитрон VD3 — на КС139 (или КС147) и изменить сопротивление и мощность токозадающих резисторов 1R1...4R1. Число же каналов наиболее просто увеличить до 8, применив 8-канальный мультиплексор К561КП2 и соответственно изменив схему.

Установив на корпусе ЗУ разъем с выведенными параллельно X1...Х4 контактами и изготовив дополнительные выносные кассеты, можно заряжать никель-кадмиевые аккумуляторы и других типов. Каналы при этом можно объединять.

ВНИМАНИЕ: готовую печатную плату данного устройства можно взять в журнале РАДИО 1998 год №11 стр.56

Примеры выполнения в корпусе:














В. Журавлев

Литература:

1. Баляса П., Троян А. Зарядное устройство для четырех аккумуляторов. — Радиолюбитель, 1996, №9, с.24.

2. Бирюков С. Цифровые устройства на КМОП-микросхемах.

3.Федичкин С. Микромощные стабилизаторы напряжения. — Радио. 1988, №2, с.56.