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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Смарт-браслет Sony SmartBand 10.06.2014 Компания Sony представила SmartBand - браслет, выполненный в водостойком корпусе, отслеживает и регистрирует ежедневные активности владельца. "Умный" гаджет фиксирует количество пройденных шагов, пройденное расстояние, затраченные калории, длительность сна. Функция "умный будильник" подсказывает, в какое время вставать, чтобы попасть в легкую фазу сна. Собранная информация загружается в приложение Sony Lifelog в режиме реального времени. Активности демонстрируются в виде диаграмм, карт или time-line журнала. Владелец всегда может посмотреть, насколько активно он провел тот или иной день. Браслет синхронизируется со смартфонами на платформе не ниже Android 4.4 (не работает с iOS), соединение происходит по Bluetooth и с помощью технологии NFC. SmartBand позволит сохранить данные по социальной активности владельца: фото, прослушанные песни, пройденные маршруты и активности в соц. сетях. Lifelog сохранит всю информацию и позволит вернуться к наиболее запомнившимся моментам жизни. Браслет также контролирует мультимедийные функции смартфона: можно включить музыку или видео на телефоне. Компания Sony уже присутствует на рынке "умных" гаджетов: годом ранее выпущены смарт-часы - Sony SmartWatch 2 SW2. Появление смарт-браслета под брендом Sony поддержало мировую моду на ведение здорового образа жизни. Стоимость браслета - $120. Он будет доступен в чёрном цвете, также к нему доступны можно будет приобрести сменные цветные ремешки: они продаются в комплектах по разным направлениям - "спорт", "мода" и т.п.

Другие интересные новости:

▪ Шум портит вкус еды

▪ Нейрокомпьютерный интерфейс имплантирован человеку

▪ Употребление яиц и мяса улучшают умственную деятельность у мужчин

▪ Самый дешевый цветной лазерный принтер в мире

▪ Автоматическое ограничение скорости электросамокатов на тротуарах

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Веселые задачки. Подборка статей

▪ статья С иголочки одет. Крылатое выражение

▪ статья Какое растение-паразит ищет растение-жертву по запаху? Подробный ответ

▪ статья Падения. Медицинская помощь

▪ статья Сварочный инвертор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Импульсный источник питания с полумостовым преобразователем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026