Интеллектуальное зарядное устройство

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

 Комментарии к статье

Для питания современной носимой аппаратуры широко используют Ni-Cd аккумуляторы. Для их зарядки выпускается множество устройств, собирают подобные приборы и радиолюбители. Однако большинство промышленных и любительских конструкций рассчитаны на простую подзарядку аккумуляторов. Нередко они не способны зарядить их полностью из-за присущего Ni-Cd элементам недостатка - так называемого "эффекта памяти". Заключается он в том, что если зарядить неполностью разряженный аккумулятор, то он отдаст энергию только до того уровня, с которого началась зарядка. Для того чтобы этот эффект не проявлялся, аккумулятор необходимо полностью разрядить (примерно до 1 В), а потом зарядить до напряжения около 1,4 В. Описываемое ниже микроконтроллерное устройство автоматически решает эту задачу. Не полностью отдавший свою емкость аккумулятор оно вначале полностью разряжает, затем заряжает до заданного уровня, проверяет его способность нормально работать, после чего отключает от устройства.

Предлагаемое устройство предназначено для одновременной независимой зарядки четырех Ni-Cd аккумуляторов емкостью 600, 800 и 1200 мАч, но может быть использовано и для зарядки аккумуляторов других типов. Возможность изменения алгоритма работы устройства программным путем обеспечивает необходимую гибкость и легкость работы с ним.

Принципиальная схема зарядного устройства изображена на рис.1. Функционально оно состоит из блока управления и четырех одинаковых по схеме зарядно-разрядных ячеек.

(нажмите для увеличения)

Блок управления содержит МК DD1, коммутатор DD2, компаратор DA1, формирователь образцовых напряжений (VT13, VT14), узел звуковой сигнализации неисправности аккумулятора (VT15) и буфер DD3. МК управляет работой устройства в целом, обеспечивая независимую работу всех четырех зарядных узлов. Переключение напряжений, поступающих с аккумуляторов на неинвертирующий вход компаратора DA1, осуществляется коммутатором DD2. Образцовые напряжения формируются в зависимости от кода, определяемого сигналами Е0 и Е1, задаваемыми микроконтроллером. Буфер DD3 обеспечивает развязку порта Р1 микроконтроллера от зарядно-разрядных ячеек.

Каждая такая ячейка состоит из стабилизатора тока DA2 (здесь и далее указаны позиционные обозначения элементов ячейки А1), токозадающих резисторов R3 - R5, транзисторных ключей (VT1 - VT3), коммутирующих состояния узла (зарядка-разрядка-контроль) и светодиодов HL1 (красного цвета свечения) и HL2 (зеленого), индицирующих состояние узла (красный - зарядка, зеленый - разрядка). Выключатели SA1 и SA2 позволяют задать необходимый зарядный ток (в данном случае 60, 80 или 120 мА).

Рассмотрим работу устройства более подробно. При включении питания программа анализирует состояние аккумулятора G1, поочередно сравнивая напряжение на нем (сигнал К1) с образцовыми напряжениями, выдаваемыми формирователем на транзисторах VT13, VT14. Если напряжение на аккумуляторе менее 0,7 В, она "делает вывод", что ячейка пуста, и переходит к анализу состояния следующей. Если же напряжение на аккумуляторе более 1 В (обычный случай), МК DD1 выдает (через буфер DD3) сигналы R1=1, Z1=1. При этом зажигается светодиод HL2 и открываются транзисторы VT1, VT3. Первый из них блокирует канал зарядки (DA2, R3-R5, VT2), а второй подключает параллельно аккумулятору резистор R9. Начинается процесс разрядки.

В режимах разрядки и зарядки напряжение на аккумуляторах измеряется один раз в 4 с. Цикл измерения (сигнал Z1=1, R1=0) равен примерно 1 с, т. е. время на обслуживание одного аккумулятора вместе с задержкой составляет 1 с. В это время происходит измерение напряжения на аккумуляторе, и в зависимости от его значения микроконтроллер принимает решение, продолжать разрядку (зарядку) аккумулятора или отключить его (если зарядка завершена). Это наглядно видно по свечению светодиодов. Периодическое зажигание зеленого светодиода (HL2) свидетельствует о том, что аккумулятор данной ячейки находится в режиме разрядки, а красного (HL1) - в режиме зарядки.

Но вернемся к режиму разрядки. Сигнал К1 (напряжение на разряжаемом аккумуляторе) через коммутатор DD2 поступает на неинвертирующий вход компаратора DA1, где сравнивается с образцовым напряжением (около 1 В), поступающим на инвертирующий вход с формирователя на транзисторах VT13 и VT14 (первый из них открыт, а второй закрыт). В момент достижения заданного значения напряжения компаратор выдает сигнал о завершении процесса разрядки и МК переводит устройство в режим зарядки (сигналы R1 и Z1 принимают значения лог. 0). При этом загорается светодиод HL1, закрываются транзисторы VT1, VT3, a VT2 открывается.

В процессе макетирования устройства и проверки его в работе с аккумуляторами разной емкости и разных фирм было установлено, что максимальному заряду аккумулятора соответствует образцовое напряжение, равное примерно 1,45 В (с учетом потерь в измерительных цепях). При необходимости его можно изменить в ту или другую сторону подстроечным резистором R44.

При достижении напряжения на аккумуляторе G1 примерно 1,45 В зарядка прекращается. Затем на некоторое время (примерно 8... 10 с) ячейка переключается в режим разрядки (загорается светодиод HL2) с контролем напряжения на аккумуляторе. Если оно за это время существенно не изменилось, зарядка заканчивается (не светятся оба светодиода). Если же напряжение резко упало (до 1... 1,1 В), что свидетельствует о неисправности аккумулятора, то выдается звуковой сигнал, а светодиод HL2 начинает мигать.

В устройстве предусмотрен режим принудительной зарядки. Его используют в том случае, когда аккумулятор разряжен до напряжения менее 1 В или его необходимо срочно подзарядить (минуя процесс разрядки до 1 В). Включение на принудительную зарядку осуществляется кнопкой SB1 (ее удерживают в нажатом положении до зажигания светодиода HL1).

Выбор зарядных токов, равных 0,1 емкости аккумулятора, осуществляется выключателями SA1 и SA2 путем шунтирования резистора R4 резисторами R3 и R5. В положениях выключателей, показанных на схеме, зарядный ток определяется сопротивлением резистора R4 и равен 60 мА. Замыкание контактов выключателя SA1 приводит к увеличению зарядного тока до 80 мА, а обоих (SA1 и SA2) - до 110... 120 мА. Максимальный выходной ток стабилизаторов напряжения 78L05 равен 100 мА, однако в режиме стабилизатора тока он пропускает и 120 мА при относительно небольшом нагреве (в крайнем случае на него можно надеть небольшой теплоотвод).

Детали зарядного устройства монтируют на печатной плате из двусторонне фольгированного стеклотекстолита (рис. 2).

Плата рассчитана на применение постоянных резисторов МЛТ, подстроечных СПЗ-19а, конденсаторов К50-35 (С1, С4), КД-1 (С2, C3) и КМ (остальные), двухштырьковой секции от вилки PLS-40 (ХР1), кнопки В38 или В32 (SB1), миниатюрных движковых выключателей ВДМЗ-2В (SA1-SA8). В частотозадающей цепи встроенного генератора МК применен кварцевый резонатор на частоту 3,58 МГц, но допустимо использование и любого другого с частотой от 3 до 8 МГц (в этом случае в программе придется изменить некоторые константы). В качестве звукоизлучателя BF1 можно использовать телефоны типа ТМ-2В или пьезоизлучатель ЗП-31. Для подключения МК DD1 используют 20-контактную панель.

Коды "прошивки" ПЗУ МК приведены в таблице.

(нажмите для увеличения)

Исходный текст программы

Большинство резисторов устанавливают перпендикулярно плате. В отверстия, помеченные на нижнем (по рис. 2) чертеже четырьмя точками, вставляют проволочные перемычки, соединяющие печатные проводники на разных сторонах платы.

Налаживание устройства сводится к установке образцовых напряжений и требуемых значений зарядного и разрядного токов. Образцовые напряжения (см. таблицу в левой нижней части рис. 1) устанавливают подстроечными резисторами R42, R43, R44 и подбором резистора R41. Делают это без МК, временно удалив его из панели. В ее гнезда 2 и 3 вставляют (или припаивают к соответствующим контактным площадкам платы) два проводника и подсоединяют их через резисторы сопротивлением 10 кОм к источнику напряжения +5 В. Затем подают питание на плату и, соединяя названные контакты панели в разных комбинациях с общим проводом (коды 00, 01, 10, 11), с помощью подстроенных резисторов устанавливают указанные на схеме напряжения в точке К (вывод 4 микросхемы DA1; Е0 - старший бит, Е1 - младший).

Требуемые зарядные токи устанавливают подбором резисторов R3 - R5. Для этого в любую ячейку устанавливают разряженный до 1 В аккумулятор, вставляют между его положительным выводом и соответствующим контактом полоску двусторонне фольгированного стеклотекстолита (или гетинакса) с припаянными к фольге отрезками монтажного провода и подключают к свободным концам последних миллиамперметр с пределом измерения 150...300 мА. Резистор R4 временно заменяют подстроенным резистором сопротивлением 270...330 Ом (лучше многооборотным проволочным) и, включив кнопкой SB1 режим принудительной зарядки, подбирают такое сопротивление введенной в цепь части резистора, при котором зарядный ток равен 6О мА (для аккумулятора емкостью 600 мА·ч). Затем впаивают вместо него постоянный резистор близкого сопротивления, заменяют подстроечным резистор R3 и, замкнув контакты выключателя SA1, добиваются увеличения тока до 80 мА (для аккумуляторов емкостью 800 мА-ч). Наконец, при замкнутых контактах обоих выключателей SA1 и SA2 подбирают сопротивление резистора R5, соответствующее зарядному току 120 мА (для аккумуляторов емкостью 1200 мАч). Аналогично подбирают резисторы зарядных цепей и остальных трех ячеек.

Разрядный ток (около 60 мА при напряжении аккумулятора 1,2 В) устанавливают подбором резистора R9. Для ускорения разрядки аккумуляторов емкостью 800 и 1200 мАч (в первом случае током 80, а во втором - 120 мА) в коллекторную цепь транзистора VT3 можно ввести еще два резистора, подсоединяемых параллельно R9 с помощью выключателей, аналогичных SA1, SA2 (естественно, такие же изменения в этом случае необходимо внести и в разрядные цепи остальных ячеек).

В заключение следует отметить, что описанное устройство способно заряжать аккумуляторы и большей емкости. Для этого необходимо заменить DA2- DA5 стабилизаторами на больший ток (300...400 мА), а ключевые транзисторы - более мощными.

Авторы: М.Деменев, И.Королева

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:

Гигантская свалка в глубинах Средиземного моря 24.03.2025

Средиземное море, знаменитое своими кристально чистыми водами и живописными пляжами, скрывает под собой совсем другую картину. Исследования, проведенные учеными из Университета Барселоны, обнаружили одну из самых высоких концентраций морского мусора в глубоководной впадине Калипсо, на глубине 5112 метров. Эта точка, являющаяся глубочайшей в Средиземном море, раньше считалась местом, где человеческая деятельность не могла нанести вреда. Исследования проводились с использованием высокотехнологичной пилотируемой подлодки "Limiting Factor", которая позволила ученым достичь дна траншеи Калипсо. Здесь они обнаружили шокирующую картину загрязнения - на морском дне было найдено 167 объектов искусственного происхождения, среди которых пластиковые пакеты, контейнеры для еды, стаканчики, веревки, металлические банки, стеклянные бутылки и бумажные коробки. Эти находки доказывают, что даже самые отдаленные уголки моря не застрахованы от воздействия человеческой деятельности. Загрязнение в так ...>>

Лазерный 4K-проектор Hisense Vidda M2 Pro 24.03.2025

Компания Hisense выпустила новый портативный лазерный 4K-проектор Vidda M2 Pro. Это устройство сочетает в себе высокое качество изображения и удобство в использовании, что делает его отличным выбором для любителей кино и презентаций в любых условиях. Vidda M2 Pro предлагает потрясающее качество изображения в формате 4K. Благодаря 1.3-кратному оптическому зуму и объективу Hubble с коэффициентом проекции 1.0-1.3:1, проектор способен создать экран диагональю до 100 дюймов на расстоянии всего 2.2 метра. Это позволяет получать четкое и яркое изображение без потерь, даже при использовании проектора в ограниченном пространстве. Одной из выдающихся характеристик новинки является контрастность 10 000:1, что обеспечивает глубокие черные оттенки и яркие цвета на экране. Vidda M2 Pro поддерживает 110% цветовой гаммы стандарта BT.2020, что делает картину более насыщенной и реалистичной. Для обработки видеоконтента используется мощный процессор MediaTek MT9679, который в сочетании с 4 ГБ опера ...>>

Перфекционизм родителей и его влияние на воспитание детей 23.03.2025

Современные родители, стремясь обеспечить своим детям наилучшие условия для жизни, порой переходят черту, влияя на их развитие и самостоятельность. Исследования показывают, что перфекционистский подход к воспитанию может стать причиной чрезмерной опеки, которая, в свою очередь, приводит к отрицательным последствиям для психического и эмоционального состояния детей. Одним из таких явлений является "вертолетное" воспитание, когда родители чрезмерно контролируют каждый шаг своего ребенка, не давая ему возможности самостоятельно решать повседневные задачи. Процесс воспитания детей в духе перфекционизма зачастую приводит к тому, что родители предъявляют не только завышенные требования к себе, но и к детям. Они становятся чрезмерно требовательными и начинают контролировать даже самые простые действия своего ребенка - от уборки в комнате до выполнения домашних заданий. В английском языке существует термин "helicopter parent", что в переводе означает "отцы-вертолеты". Эти родители буквально ...>>

Случайная новость из Архива Стиральная машина Siemens iQ700 04.05.2016 В дополнение к стандартным режимам стирки компания Siemens представила технологию sensoFresh, которая дебютировала в новых стиральных машинах серии iQ700 и отвечает за удаление запахов и освежение одежды без порошка и традиционной стирки. Для мужских и женских костюмов из деликатных тканей, платьев или блузок, как правило, требуется химчистка. Однако при регулярном использовании эта услуга отнимает много времени, и к тому же получается затратной по деньгам. Однако новое решение компании Siemens избавит вас от этой проблемы. Новые стиральные машины серии iQ700 с технологией sensoFresh устраняют запахи еды, сигаретного дыма, пота, и разглаживают складки без традиционной стирки. Но каким же образом обеспечивается удаление запахов с одежды? Молекулы запаха в волокнах вещей расщепляются под действием озона, в результате чего одежда пахнет свежестью и не пропитывается искусственными ароматами, как это бывает, например, после химчистки или обработки спреями-освежителями. Кроме того, после обработки озоном одежда не требует сушки, и надеть ее можно сразу после окончания цикла. Siemens iQ700А кроме того, стирка с использованием озона гарантирует экономию воды, порошка и электроэнергии, а также бережную защиту ткани и экологически чистый уход за одеждой, обеспечивая высокий уровень гигиены. Программа "Гигиена+" эффективно устраняет бактерии, вирусы и грибки на волокнах ткани и внутри стиральной машины, позволяя сохранять чистоту в барабане и кювете для моющего средства. Помимо технологии sensoFresh, стиральные машины Siemens iQ700 оснащены не только набором стандартных программ для разных типов ткани, но и специальными опциями: например, функцией предварительной стирки, время- и энергосберегающими опциями varioPerfect, а также опцией easyIron, облегчающей последующую глажку вещей. Также стиральные машины оснащены новым инверторным мотором iQdrive, который обеспечивает тихую и энергоэффективную работу, и защитой от протечек aquaStop с гарантией на весь срок службы прибора.

Другие интересные новости:

▪ Автомобиль поймет, что водитель разговаривает по мобильному телефону

▪ Caustic 2500 - серийный ускоритель трассировки лучей

▪ Океан разрушает озоновый слой

▪ Жесткие диски корпоративного класса от Seagate

▪ В картине Рембрандта обнаружен яд

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Бытовые электроприборы. Подборка статей

▪ статья Печаль моя светла. Крылатое выражение

▪ статья Как растут грибы? Подробный ответ

▪ статья Юкка. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Классификация люминесцентных ламп ведущих производителей. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Страшилка из зеркала. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025