Цифровое зарядное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

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

 Комментарии к статье

Преимущества индивидуальной зарядки аккумуляторов, составляющих батареи питания аппаратуры, измерительных приборов, общеизвестны: продлевается срок их службы, появляется возможность одновременной зарядки аккумуляторов из различных батарей и т. п. Однако радиолюбители редко строят зарядные устройства многоканальными - отпугивают кажущаяся сложность и дороговизна. Автор же публикуемой статьи утверждает, что в данном случае не стоит жалеть о затратах - они окупятся. Вспомним, о чем говорит народная мудрость: "Скупой платит дважды "...

В печати, например в [1], появилось описание многоканального зарядного устройства (ЗУ) с контролем напряжения каждого из заряжаемых аккумуляторов и ограничением зарядного тока по достижении порогового напряжения зарядки. Как и все такие автоматические устройства с контролем степени зарядки аккумулятора, они, конечно, удобны в обращении. Но как показывает опыт, подобное построение ЗУ приводит к ухудшению его КПД по сравнению с последовательным включением аккумуляторов, неоправданному усложнению. С ухудшением КПД при питании от сети еще можно смириться: в процессе эксплуатации батареи стоимость электроэнергии, потраченной на ее зарядку, ничтожна в сравнении со стоимостью самих аккумуляторов и ЗУ Усложнение же ЗУ авторы статьи, о которой упоминалось выше, на мой взгляд, преодолели "в лоб" - при наращивании числа каналов до четырех они применили и счетверенный ОУ

Думаю, это не лучшее решение проблемы. Дело в том, что общая тенденция развития схемотехники серийных устройств последних двух десятилетий свидетельствует об уменьшении в их составе удельной доли аналоговых устройств, заменой их цифровыми, которые в условиях массового производства имеют лучшую повторяемость выходных параметров.

Несмотря на то, что радиолюбители, как правило, создают единичные конструкции, повторяемость для них имеет не меньшее значение: проще, конечно, собрать устройство по принципу "сделал и забыл, как оно работает", чем потратить на его налаживание драгоценный творческий пыл. Немаловажно и то, что сегодня элементы цифровой техники дешевле и более доступны.

Предлагаемое "цифровое" ЗУ на четыре канала для никель-кадмиевых аккумуляторов (см. схему) разрабатывалось именно исходя из таких предпосылок.

(нажмите для увеличения)

Основные технические характеристики:

• Режим работы......круглосуточный
• Температура окружающей среды, °С......+20...35
• Число одновременно заряжаемых аккумуляторов.....от 1 до 4
• Зарядный ток, мА......50
• Типоразмер заряжаемых аккумуляторов......"Size АА"
• Напряжение заряженного аккумулятора, В......1,43
• Длительность короткого замыкания выхода ....не ограничена

Работа ЗУ заключается в следующем. На вход CN (вывод 1) счетчика DD1 поступают тактовые импульсы с частотой 100 Гц. На его выходах 2 и 4 (выводы 12 и 13) присутствует в двоичном коде некоторая цифровая комбинация, являющаяся адресом, т. е. номером канала зарядного устройства. Сигнал этого кода поступает на адресный вход мультиплексора (выводы 10. 9 микросхемы DD2). Допустим, что в настоящий момент в счетчик DD1 записано число I (1=0, 1, 2, 3). Через мультиплексор (входы X DD2) напряжение с 1-го канала ЗУ поступает на неинвертирующий вход (вывод 3) компаратора DA1, который сравнивает его с образцовым, соответствующим установленному напряжению окончания зарядки аккумулятора. На выходе компаратора (вывод 6) ко времени окончания 1-го тактового импульса сформируется напряжение высокого уровня (аккумулятор, подключенный к 1-му каналу, заряжен), или низкого уровня (аккумулятор разряжен), которое поступает на входы D триггеров микросхем DD3, DD4 всех четырех каналов. В этот момент через дешифратор (входы Y микросхемы DD2) на тактовый вход С 1-го триггера поступает импульс низкого уровня, своим спадом (изменением напряжения с -3 В до +3 В), производящий запись информации с информационного входа D. Состояние этого триггера останется неизменным до следующего тактового импульса, т. е. до повторения адреса. Напряжения же с выходов триггера, например, триггера DD3.1 зарядного узла А1, поступают на ключевые транзисторы VT2, VT3, которые включают соответственно зарядный ток (аккумулятор G1, подключенный к каналу с адресом "0", разряжен) и индикатор HL2 "Нет зарядки" красного цвета свечения (аккумулятор заряжен).

Таким образом, в описываемом устройстве используется единственный аналоговый "скользкий" элемент - компаратор DA1, поочередно (как гроссмейстер во время сеанса одновременной игры) принимающий решение по каждому из четырех аккумуляторов: быть ему в течение четырех последующих тактов под зарядкой или же нет.

Тактовые импульсы, следующие с удвоенной частотой сети (98... 100 Гц), поступают на вход счетчика DD1 с выхода выпрямителя VD1VD2 через формирователь, образованный элементами R3, С5, VT1, R4. С выходов счетчика тактовая последовательность переключает каналы ЗУ с частотой, близкой к 6 Гц (fтакт=2·fсети/16=2-50/16 - 6 Гц), а переключение каждого канала ЗУ происходит с частотой около 1,5 Гц: (fперекл =fтакт/4·250/16/4 - 1,5 Гц). При этом частота "моргания" индикаторов зарядки HL2 - HL5, при линейном их расположении и отсутствии аккумуляторов в ЗУ (первым импульсом канал включается, а последующим - выключается, т. е. частота "моргания" индикаторов еще в 2 раза ниже), не раздражает пользователя - работа устройства в этом случае напоминает всем известную елочную гирлянду. Если частоту "моргания" выбрать большей, например 10 кГц, то световые сигналы индикаторов перестанут быть заметными - устройство не станет привлекать к себе повышенное внимание, а если меньшей - делает неудобным устранение часто возникающего неконтакта при подключении к ЗУ аккумулятора с окисленной контактной поверхностью.

Конденсатор С5 предотвращает возможные сбои счетчика DD1 из-за помех в питающей сети. Чтобы избежать выхода из строя микросхем при смене полярности напряжения заряжаемого аккумулятора (из-за его переполюсовки или ошибочного подключения), питание их выбрано двуполярным.

Функцию компаратора (DA1) выполняет ОУ КР140УД1208, обеспечивающий гарантированные параметры при низком напряжении питания. Он, кроме того, 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 HL1 (зеленого цвета свечения), являющийся индикатором включения устройства в сеть, совместно с резисторами R11 - R13 образует источник образцового напряжения Соответствующее ему напряжение на инвертирующем входе компаратора DA1 устанавливают резистором R12 равным напряжению заряженного аккумулятора.

Для повышения КПД сглаживание выпрямленного напряжения фильтрующими конденсаторами С1 и С2 происходит только в цепях питания малой мощности. Напряжение питания маломощной части устройства стабилизировано параметрическими стабилизаторами R1VD4 и R2VD5.

Все постоянные резисторы - С2-23, подстроечный R12 - СПЗ-19 или, что лучше, многооборотный СП5-2, СП5-14. Конденсаторы - К10-17и К50-35.

Вместо КР140УД1208 применим его аналог из других серий ОУ, работоспособный при низком напряжении питания. Желательно, чтобы мощные выпрямительные диоды VD1 и VD2 были с барьером Шоттки и возможно меньшим прямым падением напряжения.

Транзисторы серии КТЗ102 (VT2-VT9), работающие в ключевом режиме, должны быть с высоким значением коэффициента передачи тока базы. При применении транзисторов с меньшим численным значением этого параметра нагрузочной способности триггеров микросхем окажется недостаточно для введения транзисторов в насыщение (особенно VT2, VT4, VT6, VT8, включающих ток зарядки аккумуляторов). В таком случае придется применить стабилитрон VD4 с большим напряжением стабилизации, например КС139А.

Сетевой блок питания выполнен на имевшемся в наличии трансформаторе мощностью 3 Вт. Действующее значение напряжения на каждой из его обмоток II и III под нагрузкой - 5 В. Можно использовать унифицированные накальные трансформаторы серии ТН.

Конструктивно ЗУ выполнено в корпусе, спаянном из пластин фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. В верхней части корпуса имеется кассета для подключения заряжаемых аккумуляторов, а напротив каждого аккумулятора - соответствующий ему индикатор зарядки. В верхней и нижней стенках корпуса в районе размещения сетевого трансформатора просверлены вентиляционные отверстия.

Конденсаторы С6, С7 и С8-С10, шунтирующие цепи питания микросхем, следует расставить на разных участках монтажной платы.

Налаживание правильно собранного устройства несложно. После включения питания должен засветиться индикатор HL1 (зеленого цвета свечения) и "замигать" индикаторы HL2-HL5 (красного свечения). Затем, поочередно замыкая контакты каждого из каналов устройства, проверьте, гаснет ли при этом соответствующий ему индикатор.

После такой предварительной проверки подключите к любому из каналов устройства заряженный аккумулятор и подстроечным резистором R12 установите на инвертирующем входе компаратора DA1 образцовое напряжение, равное 1,43 В. При этом индикатор зарядного блока этого канала должен светиться.

Работать же с предлагаемым ЗУ еще проще. Протрите контактные поверхности заряжаемых аккумуляторов спиртом и, соблюдая полярность, подключите их к пружинящим контактам кассеты. Если аккумулятор разряжен, то соответствующий ему светодиод не должен светиться вообще. Все учащающееся "мигание" светодиодов свидетельствует о скором окончании зарядки аккумуляторов, а если какой-то из из аккумуляторов полностью заряжен, то его светодиод горит непрерывно.

Коротко о возможном совершенствовании описанного ЗУ Источник образцового напряжения (ИОН), построенный на светодиодах, имеет ощутимый отрицательный ТКН - примерно 2 мВ/°С при рабочей температуре. Следовательно, повышение температуры на 15°С приводит к недозарядке аккумулятора примерно на 0,03 В. Это, конечно, не является серьезным недостатком ЗУ - из-за особенностей вольт-амперной характеристики никель-кадмиевые аккумуляторы "недобирают" по этой причине всего несколько процентов от общей запасаемой энергии. Для снижения влияния температуры на такой вариант ИОН он размещен вдали от тепловых потоков. При желании добиться еще большей точности работы ЗУ можно установить более совершенный ИОН, например, описанный в [3]. Но тогда затраты на детали конструируемого ЗУ возрастут.

Если сетевой трансформатор блока питания обладает достаточным запасом мощности, можно увеличить ток зарядки аккумуляторов или число каналов устройства. Для увеличения тока зарядки достаточно заменить транзисторы VT2, VT4, VT6 и VT8 на составные, например КТ973А, стабилитрон VD4 - на КС139А (или КС147А) и соответственно изменить сопротивление и мощность рассеяния токозадающих резисторов R15, R17, R19, R21. Число же каналов наиболее просто увеличить до восьми, применив в устройстве восьмиканальный мультиплексор К561КП2.

И последнее. Круглосуточная работа устройства (при этом аккумуляторы могут попросту храниться в нем) предполагает очень тщательное конструктивное исполнение с выполнением требований техники безопасности.

Литература

1. Баляса П., Троян А. Зарядное устройство для четырех аккумуляторов. - Радиолюбитель, 1996, № 9, с. 24.
2. Бирюков С. Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990.
3. Федичкин С. Микромощные стабилизаторы напряжения. - Радио, 1988, № 2, с. 56, 57.

Автор: В.Журавлев, г.Энергодар Запорожской обл.

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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Сверхлегкие самоходные поезда на солнечной энергии 11.01.2021 Испытания самоходного сверхлегкого рельсового транспортного средства, предназначенного для сельских железных дорог или мало используемых железнодорожных линий, должны начаться к концу 2021 года во Франции. Предполагается, что первый маршрут Taxirail будет запущен в 2023 году, когда региональные маршруты будут открыты для эксплуатации в соответствии с конкурсным тендером. Обсуждения были проведены почти со всеми регионами Франции, включая Бретань, где базируется компания. Компания также рассматривает экспорт Taxirail в другие страны, уже определены потенциальные покупатели - Швейцария и Канада. Taxirail будет весить менее восьми тонн и вмещать до сорока пассажиров. В вагонах предусмотрено питание от батареи или гибридная тяга, а также использование искусственного интеллекта. Транспортное средство будут работать автономно, но в постоянном контакте с центром управления. Солнечная энергия будет использоваться для работы систем освещения, отопления, кондиционирования воздуха и развлечений, а информация для пассажиров будет предоставляться в режиме реального времени.

Другие интересные новости:

▪ Робот-сборщик Sparrow

▪ Суперхолодный чип

▪ Мультимедийный холодильник

▪ Автомобиль с защитой от пьяного водителя

▪ Солнечная система оказалась в центре урагана темной материи

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы. Подборка статей

▪ статья Бесплатный сыр. Крылатое выражение

▪ статья Почему Гиппократа считают отцом медицины? Подробный ответ

▪ статья Желтокорень. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Вторичные часы с матричным индикатором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Активный ВЧ переключатель. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025