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:

Не вся растительная пища полезна для психики 10.09.2026

Растительная пища традиционно считается одной из основ здорового рациона, поэтому специалисты по питанию обычно рекомендуют чаще включать в меню овощи, фрукты, цельнозерновые продукты и другие продукты растительного происхождения. Однако важна не только принадлежность пищи к растительной категории, но и способ ее обработки, количество сахара и другие характеристики рациона. Исследование иранских ученых показывает, что разные варианты растительного питания могут по-разному отражаться на психологическом состоянии человека. К такому выводу пришли исследователи из Исфаханского университета медицинских наук. Они изучали взаимосвязь между характером питания и эмоциональным состоянием взрослых людей, уделяя особое внимание симптомам депрессии и тревожности. Результаты работы были опубликованы в научном журнале PLOS One. При этом специалисты не утверждали, что отдельные продукты непосредственно вызывают депрессию: речь шла о статистической связи между определенными пищевыми привычками и сос ...>>

Подвесной робот Stringman для уборки комнаты 10.09.2026

Домашняя робототехника в основном развивается вокруг двух привычных направлений: роботов-пылесосов и многофункциональных гуманоидных машин. Но далеко не все задачи требуют колесной платформы или сложного человекоподобного механизма. Инженер Натаниэль Нифонг (Nathaniel Nifong), основатель стартапа Newfangled, предложил необычную альтернативу - подвесного робота Stringman, способного перемещаться над полом и самостоятельно собирать разбросанные предметы. Вместо того чтобы передвигаться по поверхности помещения, Stringman использует принцип, знакомый по тросовым системам камер Spidercam, применяемым на стадионах. В четырех верхних углах комнаты устанавливаются натяжные блоки, от которых к центральному рабочему модулю идут тонкие, но прочные тросы. Изменяя их натяжение, система может перемещать манипулятор практически в любую точку обслуживаемого пространства. Такое решение позволяет обойти некоторые ограничения традиционных роботов на колесах. Подвесной механизм не сталкивается с пр ...>>

Микрогравитация не ослабляет сердечные клетки 09.09.2026

Продолжительное пребывание в космосе подвергает человеческий организм воздействию условий, с которыми он никогда не сталкивается на Земле. Микрогравитация изменяет распределение жидкостей, способствует потере костной и мышечной массы, а космическое излучение способно повреждать ДНК. Особое значение для будущих длительных экспедиций имеет состояние сердечно-сосудистой системы. Новый эксперимент с мышами на борту Международной космической станции показал, что клетки сердечной мышцы могут сохранять силу сокращения даже после нескольких недель пребывания в микрогравитации. Исследователи давно наблюдают за тем, каким образом отсутствие привычной земной гравитационной нагрузки отражается на организме. В космосе жидкости перераспределяются в сторону верхней части тела, позвоночник немного растягивается, из-за чего рост временно увеличивается, а скелетные мышцы постепенно теряют массу и силу. Однако сердечная мышца работает в несколько иных условиях, поэтому специалисты Чикагского университ ...>>

Случайная новость из Архива Создана сверхбыстрая и сверхэффективная память 28.05.2012 Университетский колледж Лондона (UCL) стал местом, где впервые удалось создать чипы "резистивной памяти с произвольным доступом" (Resistive RAM, ReRAM) на базе оксида кремния, работающие при обычных условиях. Это достижение открывает путь к новой сверхвысокоскоростной памяти, уверены исследователи. Принцип работы ReRAM заключается в изменении сопротивления материала под действием напряжения. Память является энергонезависимой, то есть сохраняет свое состояние в отсутствие питания. К преимуществам ReRAM над широко используемой сейчас флэш-памятью относятся, помимо высокого быстродействия, более высокая плотность, большая долговечность и меньшее энергопотребление. Работы по созданию ReRAM идут давно. Из недавних сообщений на эту тему можно вспомнить новость о прототипе ReRAM, созданном в компании Elpida Memory в начале этого года. Отличие разработки UCL от всех предыдущих заключается в новой структуре ячейки памяти, состоящей из оксида кремния. Она характеризуется более высокой эффективностью переключения ячейки из одного состояния в другое. Под действием переключающего напряжения в оксиде формируются или разрушаются кремниевые "нити", соответственно уменьшающие или увеличивающие сопротивление ячейки. Важно, что чип работает при обычных условиях, а не в вакууме, как другие разрабатываемые образцы, в которых тоже используется оксид кремния. Любопытной особенностью новой памяти является возможность формирования ее в виде тонких прозрачных пленок, например, интегрируемых в сенсорные экраны мобильных устройств. По сравнению с флэш-памятью энергопотребление памяти ReRAM, созданной в Лондоне, примерно в тысячу раз меньше, а ее быстродействие примерно в сто раз выше. Интересно, что, как это случается в науке, новая память была создана не специально: исследователи изучали возможность использования оксида кремния в светодиодах и обратили внимание на нестабильность параметров пленки оксида и ее способность принимать два состояния.

Другие интересные новости:

▪ Использование систем hands-free не влияет на безопасность вождения

▪ Ультракомпактный электромобиль iEV Z

▪ Экологически чистое удобрение на основе фиолетовых морских бактерий

▪ ЖК-дисплеи серии HS

▪ Насколько эффективен спам

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья Спектральный анализ. История и суть научного открытия

▪ статья Какая змея самая смертоносная? Подробный ответ

▪ статья Бузина травяная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Изготовление шкалы самодельных стрелочных приборов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Изоляция электроустановок. Изоляция ВЛ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026