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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Канадский военный снегоход 05.09.2013 Канада, одна из самых мирных стран мира, выясняющая все споры на хоккейном поле, тоже не прочь повоевать по-настоящему. На днях выяснилось, что уже в течение двух лет она ведет разработку самого необычного транспортного средства для нужд своей армии - абсолютно бесшумного снегохода. Довольно сложно заставить воображение нарисовать солдата верхом на снегоходе, который работает совершенно бесшумно, но именно этого хочет добиться Канада. Снегоход уже даже имеет собственное название - его зовут Loki в честь одноименного бога обмана и коварства из скандинавской мифологии. Почему именно снегоход? Все просто - в Канаде много снега. Бесшумным его сделать просто необходимо, чтобы тайно пробираться в тыл врага. Loki, кстати, уже существует в полноразмерном и полностью рабочем варианте - как раз на днях прошлое его первое полевое испытание недалеко от Онтарио, на территории военной базы Петавава. Loki и правда может передвигаться, не издавая ни единого звука, а все за счет интегрированного в него электрического мотора. Если быть точным, то снегоход гибридный - в нем также имеется дизельный двигатель внутреннего сгорания, который работает очень шумно, но может выключаться тогда, когда это нужно. Испытания Loki включали в себя проверку на управляемость, маневренность, скорость и, самое главное, дальность хода при заглушенном основном двигателе. Проверка проводилась в режиме строжайшей секретности, поэтому никакие подробности о результатах пока не разглашаются. Не исключено, что снегоход Loki через какое-то время станет доступен не только военным, но и обычным людям, причем не только в Канаде. Гибридная силовая установка позволит проезжать большее расстояние на одном баке топлива, что порой бывает критически важно.

Другие интересные новости:

▪ Лжеца можно определить по его тексту

▪ Новая итерация сверхточных атомных часов

▪ Навигатор Garmin Speak

▪ Автоматика против пиратов

▪ Емкость оптических дисков кардинально возрастет

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Соответствие моделей и шасси телевизоров PHILIPS. Справочник

▪ статья Какие волосы держатся дольше других? Подробный ответ

▪ статья Изготовление глиняной посуды. Советы туристу

▪ статья Лак для жести. Простые рецепты и советы

▪ статья Пять стаканов меняются местами. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026