Устройство для зарядки малогабаритных аккумуляторов

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

 Комментарии к статье

На питании малогабаритной аппаратуры от гальванических элементов и батарей при сегодняшних ценах можно буквально разориться. Выгоднее, потратясь один раз, перейти на использование аккумуляторов. Для того чтобы они служили долго, их необходимо правильно эксплуатировать: не разряжать ниже допустимого напряжения, заряжать стабильным током, вовремя прекращать зарядку. Но если за выполнением первого из этих условий приходится следить самому пользователю, то выполнение двух остальных желательно возложить на зарядное устройство. Именно такое устройство и описывается в статье.

При разработке ставилась задача сконструировать устройство, обладающее следующими характеристиками:

• широкими интервалами изменения зарядного тока и напряжения автоматического прекращения зарядки (АПЗ). обеспечивающими зарядку как отдельных аккумуляторов, применяемых для питания малогабаритной аппаратуры, так и составленных из них батарей при минимальном числе механических переключателей;
• близкими к равномерным шкалами регуляторов, позволяющими с приемлемой точностью устанавливать зарядный ток и напряжение АПЗ без каких-либо измерительных приборов;
• высокой стабильностью зарядного тока при изменении сопротивления нагрузки;
• относительной простотой и хорошей повторяемостью.

Описываемое устройство полностью отвечает этим требованиям. Оно предназначено для зарядки аккумуляторов Д-0,03, Д-0,06. Д-0,125, Д-0,26, Д-0,55. ЦНК-0,45, НКГЦ-1,8, их импортных аналогов и батарей, составленных из них. До выставленного порога включения системы АПЗ аккумулятор заряжается стабилизированным током, не зависящим от типа и числа элементов, при этом напряжение на нем по мере зарядки постепенно растет. После срабатывания системы на аккумуляторе стабильно поддерживается выставленное ранее постоянное напряжение, а зарядный ток уменьшается. Иными словами, перезарядки и разрядки аккумулятора не происходит, и он может оставаться подключенным к устройству длительное время.

Устройство можно использовать в качестве блока питания малогабаритной аппаратуры с регулируемым напряжением от 1,5 до 13 В и защитой от перегрузки и короткого замыкания в нагрузке.

Основные технические характеристики устройства следующие:

• зарядный ток на пределе "40 мА" - 0...40, на пределе "200 мА" - 40...200 мА;
• нестабильность зарядного тока при изменении сопротивления нагрузки от 0 до 40 Ом - 2.5 %;
• пределы регулирования напряжения срабатывания АПЗ - 1,45... 13 В.

Принципиальная схема устройства изображена на рис. 1.

В качестве стабилизатора зарядного тока применен источник тока на транзисторе \Л"4. В зависимости от положения переключателя SA2 ток в нагрузке Iн определяется соотношениями: IН = (UБ - UБЭ)/R10 и IН = (UБ - UБЭ)/(R9 + R10), где UБ - напряжение на базе транзистора VT4 относительно плюсовой шины, В; UБЭ - падение напряжения на его эмиттерном переходе, В; R9, R10 - сопротивления соответствующих резисторов, Ом.

Из этих выражений следует, что. изменяя напряжение на базе транзистора VT4 переменным резистором R8. можно регулировать ток нагрузки в широких пределах. Напряжение на этом резисторе поддерживается неизменным стабилитроном VD6, ток через который, в свою очередь, стабилизирован полевым транзистором VT2. Все это и обеспечивает нестабильность зарядного тока, указанную в технических характеристиках. Применение источника стабильного тока, управляемого напряжением, позволило изменять зарядный ток вплоть до весьма малых значений, иметь близкую к равномерной шкалу регулятора тока (R8) и достаточно просто переключать пределы его регулирования.

Система АПЗ. срабатывающая после достижения предельно допустимого напряжения на аккумуляторе или батарее, включает в себя компаратор на ОУ DA1, электронный ключ на транзисторе VT3, стабилитрон VD5. стабилизатор тока на транзисторе VT1 и резисторах R1 - R4. Индикатором зарядки и ее окончания служит светодиод HL1.

При подключении к устройству разряженного аккумулятора напряжение на нем и неинвертирующем входе ОУ DA1 меньше образцового на инвертирующем, которое установлено переменным резистором R3. По этой причине напряжение на выходе ОУ близко к напряжению общего провода, транзистор VT3 открыт, через аккумулятор течет стабильный ток, значение которого определяется положениями движка переменного резистора R8 и переключателя SA2.

По мере зарядки аккумулятора напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 возрастает. Повышается напряжение и на его выходе, поэтому транзистор VT2 выходит из режима стабилизации тока, VT3 постепенно закрывается и его коллекторный ток уменьшается. Процесс продолжается до тех пор. пока стабилитрон VD6 не перестает стабилизировать напряжение на резисторах R7, R8. С понижением этого напряжения транзистор VT4 начинает закрываться и зарядный ток быстро уменьшается. Его конечное значение определяется суммой тока саморазрядки аккумулятора и тока, текущего через резистор R11. Иными словами, с этого момента на заряженном аккумуляторе поддерживается напряжение, установленное резистором R3, а через аккумулятор течет ток, необходимый для поддержания этого напряжения.

Светодиод HL1 индицирует включение устройства в сеть и две фазы процесса зарядки. При отсутствии аккумулятора на резисторе R11 устанавливается напряжение, определяемое положением движка переменного резистора R3. Для поддержания этого напряжения требуется весьма незначительный ток, поэтому HL1 светится очень слабо. В момент подключения аккумулятора яркость его свечения возрастает до максимальной, а после срабатывания системы АПЗ по окончании зарядки - скачкообразно уменьшается до средней между названными выше. При желании можно ограничиться двумя уровнями свечения (слабое, сильное), для чего достаточно подобрать резистор R6.

Детали устройства смонтированы на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 2. Она выполнена методом прорезания фольги и рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ, подстроечного (проволочного) ППЗ-43. конденсаторов К52-1Б (С1) и KM (С2). Транзистор VT4 установлен на теплоотводе с эффективной площадью теплового рассеяния 100 см2. Переменные резисторы R3 и R8 (ППЗ-11 группы А) закреплены на передней панели устройства и снабжены шкалами с соответствующими отметками.

(нажмите для увеличения)

Переключатели SA1 и SA2 - любого типа, желательно, однако, чтобы контакты используемого в качестве SA2 были рассчитаны на коммутацию тока не менее 200 мА.

Сетевой трансформатор Т1 должен обеспечивать на вторичной обмотке переменное напряжение 20 В при токе нагрузки 250 мА.

Полевые транзисторы КП303В можно заменить на КП303Г - КП303И, биполярные КТ361В - на транзисторы серий КТ361. КТ3107, КТ502 с любым буквенным индексом (кроме А), а КТ814Б - на КТ814В, КТ814Г, КТ816В, КТ816Г. Стабилитрон Д813 (VD5) необходимо подобрать с напряжением стабилизации не менее 12,5 В. Вместо него допустимо использовать Д814Д или любые два соединенных последовательно маломощных стабилитрона с суммарным напряжением стабилизации 12,5... 13,5 В. Возможна замена ППЗ-11 (R3, R8) переменными резисторами любого типа группы А, а ППЗ-43 (R10) - подстроенным резистором любого типа с мощностью рассеяния не менее 3 Вт.

Налаживание устройства начинают с подбора яркости свечения светодиода HL1. Для этого переводят переключатели SA1 и SA2 соответственно в положения "13 В" и "40 мА". а движок переменного резистора R8 - в среднее, подключают к гнездам XS1 и XS2 резистор сопротивлением 50... 100 Ом и находят такое положение движка резистора R3. в котором изменяется яркость свечения HL1. Увеличения различия в яркости свечения добиваются подбором резистора R6.

Затем устанавливают границы интервалов регулирования зарядного тока и напряжения АПЗ. Подключив к выходу устройства миллиамперметр с пределом измерения 200...300 мА. переводят движок резистора R8 в нижнее (по схеме) положение, а переключатель SA2 - в положение "200 мА". Изменением сопротивления подстроечного резистора R10 добиваются отклонения стрелки прибора до отметки 200 мА. Затем перемещают движок R8 в верхнее положение и подбором резистора R7 добиваются показаний 36...38 мА. Наконец, переключают SA2 о положение "40 мА". возвращают движок переменного резистора R8 в нижнее положение и подбором R9 устанавливают выходной ток в пределах 43...45 мА.

Для подгонки границ интервала регулирования напряжения АПЗ переключатель SA1 устанавливают в положение "13 В", а к выходу устройства подключают вольтметр постоянного тока с пределом измерения 15...20 В. Подбором резисторов R1 и R4 добиваются показаний 4,5 и 13 В в крайних положениях движка резистора R3. После этого, переведя SA1 в положение "4,5 В", в тех же положениях движка R3 устанавливают стрелку прибора на отметки 1.45 и 4,5 В подбором резистора R2.

Далее, вновь подключив к выходу миллиамперметр, градуируют шкалу регулятора зарядного тока (R8). а с помощью вольтметра - шкалу регулятора напряжения АПЗ (R3).

В процессе эксплуатации напряжение АПЗ устанавливают из расчета 1,4... 1,45 В на один заряжаемый аккумулятор.

Если устройство не предполагается использовать для питания радиоаппаратуры, индикацию окончания зарядки погасанием светодиода можно заменить его миганием, для чего достаточно ввести в компаратор гистерезис - дополнить устройство резисторами R12, R13 (рис. 3), а резистор R6 удалить.

После такой доработки при достижении установленного значения напряжения АПЗ светодиод HL1 погаснет, а зарядный ток через аккумулятор полностью прекратится. В результате напряжение на нем начнет падать, поэтому вновь включится стабилизатор тока и загорится светодиод HL1. Иными словами, при достижении установленного напряжения HL1 начнет мигать, что иногда более наглядно, чем некая средняя яркость свечения. Характер процесса зарядки аккумулятора в обоих случаях остается неизменным.

Автор: Н.Герцен, г.Березники Пермской 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:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Энергосбережение по способу фламинго 03.06.2017 Ян-Хуи Чан (Young-Hui Chang) и Лена Тин (Lena H. Ting), биологи из Технологического университета Джорджии и Университета Эмори (США), показывает, что на поддержание своего тела на одной ноге фламинго (Phoenicopteridae) требуется минимальное физическое усилие. Только это и позволяет розовым птицам проводить на одной ноге не только длинный день, но и не менее длинную ночь. "Для начала мы показали, что умершие фламинго могут продолжать стоять, пассивно поддерживая вес своего тела вообще без усилия мышц", - объяснили авторы работы. Интересно, что на двух ногах мертвые птицы стоять не могут - для такой позиции все-таки требуется мышечное усилие. Затем исследователи взялись за изучение живых птиц. Они поместили фламинго на сверхчувствительную платформу, способную улавливать малейшее нарушение баланса. Им удалось показать таким образом, что мельчайшие мышечные движения птиц позволяли им удерживать баланс, в то время как тело слегка раскачивалось. Пока фламинго бодрствовали, кормились, эти движения тела были довольно сильными, но как только они засыпали, раскачивание уменьшалось в семь раз. Происходило это именно тогда, когда птицы стояли на одной ноге. Таким образом, фламинго занимают во сне предельно устойчивую позицию. Исследователи специально не замеряли количество потраченной птицами энергии на соблюдение баланса при стоянии на одной ноге, но все данные указывают на то, что такая позиция требует значительно меньшего объема энергозатрат.

Другие интересные новости:

▪ Платформа для сетевых автомобилей

▪ 3D-принтер изготовит сиденья для спорткаров

▪ Электрический карьерный самосвал 793 Electric

▪ Автоматическое ограничение скорости электросамокатов на тротуарах

▪ Передача радиосигналов почти без затрат энергии

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Веселые задачки. Подборка статей

▪ статья Робинзон. Крылатое выражение

▪ статья Какое астрономическое открытие ХХ века было засекречено? Подробный ответ

▪ статья Обработчик информационного материала. Должностная инструкция

▪ статья Инфракрасный генератор визитной карточки с шифратором. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Выгодная картофелина. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025