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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Локальная сеть для квантового компьютера 05.03.2020 Громоздкие криогенные системы современных квантовых компьютеров по определению не могут вместить сотни и больше кубитов. Слишком уж большой получится система - размерами с комнату или даже дом. Выходом может стать создание кластеров. Осталось решить задачу сетевого соединения систем в кластере с сохранением квантовой запутанности. Для этого физики из Цюриха смогли создать опытную квантовую локальную вычислительную сеть. Группа физиков из Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) продемонстрировала микроволновую квантовую линию длиной пять метров. Это самая длинная в своем роде линия на сегодняшний день. Она может быть использована как для будущих квантовых компьютерных сетей, так и для экспериментов в области фундаментальных исследований квантовой физики. Микроволновая линия представляет собой металлический волновод между двумя квантовыми процессорами. Как и квантовые процессоры, волновод охлажден жидким гелием до температуры -273,15 °C. От внешней среды волновод отделен многослойным медным кожухом, вес которого составляет четверть тонны. Это позволяет держать температуру на необходимом нижнем уровне. Столь низкие температуры нужны для того, чтобы устранить тепловые возмущения, которые нарушают состояние суперпозиции квантов и ведут к ошибкам в расчетах. Линия связи между квантовыми процессорами необходима для обмена состояниями суперпозиции между ними или для создания запутанности, чтобы квантовый кластер работал как единый квантовый вычислитель. Запутанность осуществляется с помощью фотонов микроволнового излучения. Генератор в одной системе испускает фотон, тот преодолевает дистанцию через волновод и принимается второй системой. Опыты с 5-метровой микроволновой линией показали, что в процессе передачи фотонов кубиты в связанных системах подвергались минимальной декогеренции (рассогласованию). Параллельно физики создали 10-метровую и планируют создать 30-метровую линию квантовой связи. Линия длиной 10 метров уже создана и проверена охлаждением, но опыты на ней пока не ставились. Линия длиной 30 метров будут создана позже. Если будет реализована та же конструкция теплоизолирующего кожуха, то для нее понадобится полторы тонны меди. Очевидно, что над схемой теплоизоляции еще предстоит поработать.

Другие интересные новости:

▪ Торговые автоматы предоставят бесплатный Wi-Fi

▪ Дисплей для слепых

▪ Искусственные водоросли защитят океан

▪ У пчел обнаружили способности к математике

▪ Когда зацветет сакура

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Биографии великих ученых. Подборка статей

▪ статья Фрэнсис Скотт Фицджеральд. Знаменитые афоризмы

▪ статья Что такое музыкальный звук? Подробный ответ

▪ статья Стило. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Бытовые электроприборы. Справочник

▪ статья Стабилизированный источник питания с выходным напряжением 5 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026