Зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов и батарей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

В специализированной литературе обоснована целесообразность зарядки аккумуляторов от источника фиксированного напряжения с ограничением тока. Такой режим удобен тем, что подзарядка в течение, например, ночи гарантирует к утру их полную зарядку независимо от их исходного состояния без опасности перезарядки.

Схема зарядного устройства приведена на рис.1.

(нажмите для увеличения)

Стабилитрон VD6, операционный усилитель DA1.1, транзистор VT1 и связанные непосредственно с ними элементы образуют высокостабильный источник напряжения. Его особенность - питание параметрического стабилизатора R2VD6 выходным напряжением источника, что и обеспечивает ему высокие параметры. Делитель R17R28 формирует 12 ступеней напряжения, соответствующих предельным при зарядке одиночных аккумуляторов и батарей, составленных из 2-12 никель-кадмиевых аккумуляторов. Необходимое зарядное напряжение выбирают переключателем SA2.

Операционный усилитель (ОУ) DA1.2 совместно с транзистором VT2 образует точный повторитель этого напряжения с большой нагрузочной способностью. Его выходное сопротивление весьма мало изменение напряжения при увеличении выходного тока от 0 до 350 мА нельзя обнаружить по четырехзначному цифровому вольтметру, т.е. оно меньше 1 мВ, а выходное сопротивление соответственно менее 0,003 Ом. Для ограничения тока в начале зарядки используется сравнение падения напряжения на резисторе R32 (и подключаемых к нему параллельно резисторах R6-R16) и образцового напряжения, снимаемого с делителя R35-R39. Ток коллектора транзистора VT2 с достаточной точностью равен току зарядки. Образцовое напряжение, снимаемое с резисторов R35 и R36, равно 1,2 В.

Сравнение напряжений осуществляет компаратор, его функцию выполняет ОУ DA2.2. Когда ток зарядки создает на резисторе R32 падение напряжения более 1,2 В, ОУ DA2.2 открывает транзистор VT3, который своим коллекторным током увеличивает напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1.2, что приводит к уменьшению выходного напряжения ОУ и переходу всего источника в режим стабилизации тока.

Ток ограничения в пределах от 2,5 до 350 мА устанавливают переключателем SA3. Выходное сопротивление устройства в режиме стабилизации тока равно сопротивлению резистора R30. Микроамперметр РА1 с добавочным резистором R31 образует вольтметр на напряжение 1,2 В, поэтому при работе источника в режиме стабилизации тока его стрелка указывает на последнее деление шкалы. Для вольтметра использован микроамперметр на ток 100 мкА, поэтому такое его показание соответствует зарядному току, равному 100% от установленного переключателем SA3.

Если к гнездам X1 и Х2 зарядного устройства подключить разряженную батарею аккумуляторов, установив переключатель SA2 в положение, соответствующее их числу, вначале ток зарядки будет определяться положением переключателя SA3. Через несколько часов напряжение на батарее достигнет значения, установленного переключателем SA2, и устройство перейдет в режим стабилизации напряжения. Ток зарядки начнет уменьшаться, что можно отслеживать по показанию прибора РА1. Когда ток уменьшится до значения, составляющего примерно 5% от установленного переключателем SA3, компаратор на ОУ DA2.1 переключится, и загорится светодиод HL2, сигнализируя об окончании зарядки. Если батарею (или одиночный аккумулятор) продолжать заряжать даже в течение суток, с ней ничего не произойдет, поскольку ток в конце зарядки весьма мал.

Светодиод HL1 - индикатор подключения устройства к сети. Подбором конденсатора С7 устраняют высокочастотную генерацию ОУ DA1.2. Какова роль диодов VD2 VD5? При зарядке одиночного аккумулятора напряжение на неинвертирующем входе ОУ DA1.2 составляет 1,4 В, а в режиме замыкания выхода зарядного устройства его выходное напряжение, обеспечивающее перевод устройства в режим стабилизации тока, должно быть около 0,6 В относительно общего провода. Чтобы ОУ DA1.2 нормально работал в таких режимах, напряжение его минусового источника питания должно быть по абсолютному значению не менее 2 В, что и обеспечивается падением напряжения на диодах VD3VD5. Аналогично для нормальной работы ОУ DA2.1 при напряжении на входах, близком к напряжению плюсового источника питания, разность между ними должна быть не менее 0,6 В - обеспечивается падением напряжения на диоде VD2.

Чертеж печатной платы из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, на которой размещена большая часть деталей устройства, приведен на рис.2.

Транзистор VT2 снабжен игольчатым теплоотводом размерами 60х45 мм, высота игл 20 мм. Переключатели SA2 и SA3 вместе с распаянными на них резисторами, микроамперметр РА1, светодиоды HL1 и HL2, выходные гнезда X1 и Х2 установлены на передней панели прибора, изготовленной из стеклотекстолита толщиной 1,5 мм, а трансформатор Т1, выключатель SA1, предохранитель FU1, диодный мост VD1 и конденсаторы С1 - на задней дюралюминиевой панели такой же толщины. Панели скреплены между собой дюралюминиевыми стяжками длиной 135 мм, к этим же стяжкам привинчена печатная плата.

Законченная конструкция установлена в алюминиевый корпус в виде отрезка прямоугольной трубы. Сетевой трансформатор Т1 - унифицированный типа ТН-30. Но можно применить любой другой аналогичный трансформатор, вторичная обмотка которого обеспечивает напряжение 19...20 В при токе не менее 400 мА. Выпрямительный мост VD1, рассчитанный на такой же выходной ток, можно собрать из четырех диодов с рабочим током 300 мА, например, типа Д226. Такими могут быть и диоды VD2-VD5.

Конденсатор С1 составлен из трех соединенных параллельно оксидных конденсаторов типа К50-29 емкостью по 1000 мкФ на номинальное напряжение 25 В. Конденсатор С2 - К53-1, остальные - КМ5 и КМ-6. Термокомпенсированный стабилитрон КС191Ф (VD6) можно заменить на Д818 с буквенными индексами В-Е или на КС191 с любым буквенным индексом. Резисторы R3, R5 и R17-R28 желательно использовать стабильные, например, С2-29. Сопротивления резисторов R17 - R28 в пределах 160 Ом... 10 кОм, но обязательно одинаковые с точностью не хуже 0,3%.

Сопротивления резисторов R6R16 не обязательно должны быть точными. Их желательно подобрать в соответствии с указанными на схеме из резисторов близких номиналов, что упростит настройку прибора. Каждый из резисторов R15, R16 состоит из нескольких резисторов большего номинала и меньшей мощности рассеяния, которые соединены параллельно. Подстроечные резисторы R4 и R38 типа СП3-19а.

Светодиоды HL1 и HL2 любые, но желательно разного цвета свечения. Стабилитроны VD7 и VD8 на напряжение стабилизации 5,6-7,5 В. Переключатели SA2 и SA3 ПГ2-5-12П1Н или аналогичные малогабаритные. Микроамперметр РА1 типа М4247 на ток 100 мкА. Используя прибор на иной ток полного отклонения стрелки, придется подбирать не только ограничительный резистор R31, но и R32 для обеспечения зарядного тока 2,5 мА при крайнем левом (по схеме) положении переключателя SA3.

Транзисторы VT1, VT2 любые кремниевые структуры n-р-n средней мощности, a VT3 - любой кремниевый маломощный структуры рn-р на допустимое напряжение не менее 30 В. Операционные усилители К140УД20 (DA1, DA2) заменимы двойным числом ОУ К140УД7. Применение ОУ других типов определяется возможностью их работы в упомянутых выше режимах, но это не проверялось.

Коротко о настройке зарядного устройства. Вначале подстроечным резистором R4 установите на эмиттере транзистора VT1 напряжение, равное 16,8 В. Нагрузив устройство резистором сопротивлением 51...68 Ом (на мощность рассеяния 7,5 Вт) и временно отпаяв резистор R43, убедитесь в том, что при переводе переключателя SA2 в каждое следующее положение (вверх по схеме) выходное напряжение увеличивается на 1,4 В. Проверьте отсутствие высокочастотной генерации на выходе и при необходимости подберите конденсатор С7. Далее восстановите соединение резистора R43, а переключатель SA2 установите в положение "12".

Изменяя положение переключателя SA3, убедитесь, что при этом выходной ток, измеряемый миллиамперметром, включенным последовательно с нагрузочным резистором, ограничивается значением, соответствующим положению этого переключателя (кроме 350 мА).

Замените нагрузочный резистор цепочкой из двух- трех диодов (однотипных с VD2-VD5) и, установив переключатель SA3 в положение "100 мА", установите подстроечным резистором R38 такой же выходной ток. Стрелка микроамперметра должна указывать на последнее деление шкалы, если это не так - подберите резистор R31.

Теперь переключатель SA2 установите в положение "1", а переключатель SA3 в положение "10 мА".

К выходу устройства подключите переменный резистор 3,3 кОм и миллиамперметр, после чего увеличивайте от нуля сопротивление этого резистора. При выходном токе, равном примерно 0,5 мА, должен включиться светодиод HL2. Настраивая устройство, помните, что его выходное сопротивление несимметрично: оно мало для вытекающего тока и велико для втекающего. Поэтому устройство без нагрузки чувствительно к сетевым наводкам, и измерение выходного напряжения высокоомным вольтметром может дать неожиданно завышенный результат.

Зарядка батареи аккумуляторов несложна. Надо лишь установить переключатели в положения, соответствующие числу аккумуляторов в ней и максимальному току зарядки, подключить к выходу батарею с соблюдением полярности и включить питание устройства. Признаком окончания зарядки служит свечение светодиода HL2. Максимальный ток зарядки должен быть в 3...4 раза меньше емкости заряжаемой батареи аккумуляторов.

Какие дополнения или изменения можно внести в этот вариант зарядного устройства? Прежде всего надо дополнить его электромагнитным реле К1, как показано на рис.3, которое бы отключало аккумулятор или батарею после окончания зарядки. При включении светодиода HL2 реле срабатывает и своими нормально замкнутыми контактами разрывает цепь зарядки.

Резистор R44 необходим для четкого срабатывания реле и обеспечения небольшого гистерезиса компаратора на ОУ DA2.1. Реле К1 должно быть на напряжение 20...27 В, транзистор VT4 любой средней или большой мощности структуры р-n-р, например, КТ502, КТ814, КТ816. Но введя в устройство такое дополнение, следует учитывать, что после начала зарядки любые переключения его цепей приводят к срабатыванию реле, поэтому необходимые установки надо делать заранее.

Устройство можно применять для разрядки батарей из семи аккумуляторов, не опасаясь их переразрядки. Для этого переключатель SA2 надо установить в положение "5", переключатель SA3 - в ближайшее по току разрядки, но большее его, включить между выходными гнездами XI и Х2 резистор, обеспечивающий необходимый ток разрядки, и подключить разряжаемую батарею. Поскольку напряжение батареи больше, чем подаваемое на неинвертирующий вход ОУ DA1.2, транзистор VT2 закрыт, а батарея разряжается через резистор. Когда напряжение батареи снизится до 7 В, ОУ DA1.2 и транзистор VT1 перейдут в режим стабилизации напряжения, разрядка прекратится.

Индикатором завершения разрядки батареи служит светодиод HL2 - в процессе разрядки он светится, а по окончании гаснет.

Если устройство часто предполагается использовать для разрядки батарей, к тому же с разным числом аккумуляторов, в него целесообразно ввести дополнительный резистор, сопротивление которого составляет 40% от суммарного сопротивления резисторов R17-R28, и, конечно, выключатель. Резистор включают между выходом источника образцового напряжения (на схеме рис.1 точка соединения эмиттера транзистора VT1, резисторов R2, R3, конденсатора С3) и неподвижным контактом "12" переключателя SA2, соединенным с резистором R17, а параллельно этому резистору - дополнительный выключатель. Батарею заряжают при замкнутых контактах выключателя, а при размыкании их, когда выходное напряжение уменьшается в 1,4 раза (до 1 В на аккумулятор), батарею можно разряжать.

Разрядка батареи через резистор происходит изменяющимся во времени током, который можно стабилизировать микросхемой К142ЕН12А, включив ее по схеме, приведенной на рис.4.

Сопротивление резистора R46 (Ом) определяют по формуле: R46=1250/Ipaз, где Iраз - ток разряда (мА). Номиналы резисторов, от которых зависит ток разряда, соответствуют сопротивлениям резисторов R6-R16 при тех же токах, что и ток заряда.

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Микропластик в атмосфере - скрытый ускоритель глобального потепления 31.05.2026

Микропластик уже давно признан одним из самых масштабных загрязнителей планеты. Он проникает в океаны, почву, организмы животных и даже в тело человека. Однако до недавнего времени мало кто задумывался о его влиянии на климатические процессы. Новое исследование показало, что микро- и нанопластик в атмосфере способен поглощать тепло, тем самым внося дополнительный вклад в глобальное потепление. Ученые обнаружили, что воздействие пластиковых частиц на климат зависит от их цвета. Светлые частицы отражают солнечный свет и способствуют некоторому охлаждению, в то время как более темные - активно поглощают тепло и излучение. Со временем пластик в атмосфере темнеет под воздействием ультрафиолета, что усиливает его согревающий эффект. Этот процесс напоминает пожелтение пластиковых парковочных талонов, оставленных на солнце. Соавтор исследования, заслуженный профессор наук о Земле в Университете Дьюка Дрю Шинделл отметил, что влияние микропластика на изменение климата пока относительно не ...>>

Универсальный бытовой робот-гуманоид GigaAI SeeLight S1 31.05.2026

Развитие робототехники постепенно переносит сложные машины из промышленных цехов прямо в повседневную жизнь людей. Китайская компания GigaAI сделала важный шаг в этом направлении, представив SeeLight S1 - первую в стране модель универсального бытового робота-гуманоида. Эта разработка призвана взять на себя рутинные домашние дела и стать настоящим помощником в повседневной жизни. Уже в конце текущего месяца сотня роботов SeeLight S1 начнет проходить испытания в специализированном жилом комплексе, предназначенном для работников высокотехнологичных отраслей. По словам генерального директора GigaAI Чжу Чжэна, в первой половине 2027 года роботы будут переданы для бесплатного тестирования обычным семьям в Ухане - столице провинции Хубэй. Такой подход позволит собрать реальные данные о работе устройства в домашних условиях. В демонстрационном видео робот, передвигающийся на колесах, уверенно справляется с множеством бытовых задач. Он нарезает овощи, жарит яйца, загружает стиральную маши ...>>

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Случайная новость из Архива Синтез алмазов при нормальном давлении 29.05.2024 Учеными из Южной Кореи разработан новый метод синтеза алмазов. Созданы самые прочные камни всего за 15 минут при нормальном давлении, что коренным образом отличается от традиционных способов получения синтетических алмазов. Группа ученых под руководством физико-химика Родни Руоффа из Института фундаментальных наук в Южной Корее разработала инновационный метод синтеза алмазов. В отличие от существующих технологий, их подход не требует использования затравочного кристалла и высокого давления, что значительно упрощает процесс выращивания алмазов. Природные алмазы образуются на глубине десятков километров под землей при огромном давлении в несколько гигапаскалей и температуре более 1500°C. Этот процесс воспроизводится в методе HPHT (High Pressure High Temperature), который используется для синтеза 99% всех искусственных алмазов. HPHT предполагает использование экстремальных условий для превращения углерода в алмаз на основе небольшого затравочного кристалла. Однако поддержание столь высокого давления и температуры является технически сложной задачей. Кроме того, размеры получаемых алмазов ограничены одним кубическим сантиметром, а процесс занимает около двух недель. Существует и другой метод - химическое осаждение из газовой фазы, который устраняет необходимость в высоком давлении, но сохраняет необходимость использования затравочных кристаллов. Новая технология, предложенная командой Руоффа, избавляет от недостатков обоих методов. Она основана на использовании нагретого галлия с небольшим количеством кремния в графитовом тигле. Галлий был выбран из-за способности катализировать образование графена из метана. Тигель помещали в специально разработанную камеру, в которой поддерживалось нормальное атмосферное давление, и через нее пропускался нагретый метан, обогащенный углеродом. В результате экспериментов исследователи выяснили, что смесь галлия, никеля и железа с добавлением кремния оптимально подходит в качестве катализатора роста алмазов. Уже через 15 минут на дне тигля начала образовываться алмазная пленка. Спектроскопический анализ показал, что пленка прозрачная с небольшой примесью кремния. Механизм образования алмазов в этом методе пока не полностью ясен. Предполагается, что температура влияет на движение углерода к центру тигля, где он кристаллизуется, образуя алмазную структуру. Новый метод синтеза алмазов при нормальном давлении представляет собой значительный шаг вперед в области материаловедения. Он не только упрощает процесс выращивания алмазов, но и открывает новые перспективы для их использования в различных отраслях промышленности.

Другие интересные новости:

▪ 12 Тб SSD-хранилище AKiTiO Thunder2 Quad Mini

▪ Линза, имитирующая радужную оболочку человека

▪ Энергоэффективный LTE-модем со скоростью до 450 Мбит/с

▪ Лень полных

▪ Космические полеты вредны для печени

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телевидение. Подборка статей

▪ статья Томас Грей. Знаменитые афоризмы

▪ статья Какие птицы проводят большую часть жизни в полете? Подробный ответ

▪ статья Понос (диарея). Медицинская помощь

▪ статья Солнечная энергия. Потенциал, оценка ресурса, барьеры. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Таинственный перелет двух карт. Секрет фокуса

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026