Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов на микросхеме TEA1101. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

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

 Комментарии к статье

В статье описано "интеллектуальное" зарядное устройство зарубежного производства для ускоренной зарядки никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов, выполненное на микросхеме ТЕА1101 (Phillips), и его доработка с целью расширения возможностей.

Уже много лет в магазинах и на рынках можно встретить Ni-Cd (никель-кадмиевые) аккумуляторы и батареи, которые при соответствующих условиях эксплуатации выдерживают до 1000 циклов зарядки - разрядки. К недостаткам этих аккумуляторов относится так называемый "эффект памяти". Состоит он в том, что используемый аккумулятор необходимо доводить до состояния полной разрядки (около 1 В на аккумулятор) и только тогда начинать новый цикл зарядки.

Наряду с широко распространенными никель-кадмиевыми аккумуляторами появились и также широко стали применяться относительно новые - Ni-MH (никель-металлогидридные). При тех же габаритах, что и Ni-Cd, эти аккумуляторы имеют почти вдвое большую емкость. Естественно, они также дороги и не лишены недостатков. У Ni-MH аккумуляторов большое внутреннее сопротивление и малые значения пикового тока разрядки, поэтому они не предназначены для питания энергопотребляющих устройств, таких как электродрели, электроотвертки, компрессоры, пылесосы и т. д.

Вследствие неправильных методов зарядки "жизнеспособность" аккумуляторов сокращается до 30 %. Поврежденные аккумуляторы, в свою очередь, при утилизации наносят непоправимый ущерб окружающей среде. Следовательно, правильная и грамотная зарядка аккумуляторов принесет не только принципиальную финансовую экономию, но и окажет положительный экологический эффект.

Самые дешевые и самые простые устройства для зарядки аккумуляторов состоят из трансформатора, выпрямительного диода, токоограничивающего резистора и светодиода. Трансформатор понижает сетевое напряжение 220 В до 4...12 В, которое затем выпрямляет однополупериодный выпрямитель. Резистор ограничивает зарядный ток, а светодиод сигнализирует, что аккумулятор подключен к зарядному устройству. Устройства в основном производства азиатских стран с подобными или идентичными схемами нередко можно встретить в магазинах. Изготовление таких устройств не влечет накладных расходов, однако следует помнить, что они не защищают аккумуляторы от перезарядки. Уже через несколько циклов в аккумуляторах могут появиться необратимые изменения, сокращающие срок их службы.

Во время зарядки необходимо постоянно следить за током, поддерживая его на определенном уровне. Для сокращения времени зарядный ток увеличивают, он может достигать значения, численно равного 100 % емкости аккумулятора. Если при таких условиях не отследить момент полной зарядки, возможно накапливание газов внутри аккумулятора и увеличение давления вплоть до его механического повреждения и выхода из строя.

Степень заряженности можно контролировать, постоянно измеряя температуру корпуса аккумулятора. Этот метод основан на так называемом отрицательном температурном коэффициенте (около -1 мВ/°С) Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Зарядку прекращают при соответствующем значении температуры, которое рассчитывают для каждого конкретного случая. Однако этот метод не имеет широкого распространения, принимая во внимание трудности, которые возникают при попытках точного измерения температуры и необходимости ведения точных расчетов.

Есть еще один способ контроля полной зарядки аккумулятора, основанный на обнаружении уменьшения напряжения, в литературе его часто называют метод ΔV [1-6]. Он заключается в отслеживании изменения напряжения на выводах аккумулятора во времени и прекращении зарядки в момент достижения максимума характеристики. Именно этот метод - измерения знака ΔУ - и лежит в основе принципа работы устройства, о котором пойдет речь дальше.

Метод обнаружения максимума является сегодня самым точным способом определения момента окончания зарядки Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Напряжение на выводах аккумулятора при постоянном зарядном токе представляет собой монотонно возрастающую функцию. Когда аккумулятор полностью зарядится, он перестает запасать энергию, а возле плюсового электрода начинает накапливаться газ. Это приводит к быстрому повышению температуры и уменьшению напряжения на выводах аккумулятора. Специализированная микросхема (в описываемом зарядном устройстве ТЕА1101) через определенные интервалы измеряет текущее напряжение на заряжаемом аккумуляторе и сравнивает его с предыдущим измерением. Если результат сравнения принимает отрицательное значение, т. е. текущее напряжение меньше предыдущего, и подобное явление повторяется при нескольких десятках измерений - зарядное устройство переходит в режим консервативной зарядки током в пределах 1/20...1/80 от номинальной емкости аккумулятора. Консервативная зарядка не вызывает дальнейшего выделения газа в аккумуляторе и не причиняет ему вреда.

Значение ΔV, которое в состоянии измерить зарядное устройство, зависит от применяемой микросхемы, а точнее, от разрядности встроенного в нее аналого-цифрового преобразователя, преобразующего напряжение в цифровой код. В микросхеме ТЕА1101 число разрядов равно 12, что обеспечивает дискретность в 0,025 % от абсолютного значения напряжения. Этого достаточно для аккумуляторов обоих типов, в то время как, например, микросхема ТЕА1100 имеет всего лишь 10-разрядный АЦП, точности которого хватит только для работы с Ni-Cd аккумуляторами.

Схема "интеллектуального" зарядного устройства показана на рис. 1. Позиционные обозначения всех элементов соответствуют схеме фирмы-изготовителя.

Основа устройства - специализированная микросхема ТЕА1101 (DA1). Напряжение питания микросхемы стабилизирует стабилизатор VT3VD4R6R7 на уровне 8 В, однако она сохраняет работоспособность до напряжения 11,5 В. На вход IB (вывод 5) микросхемы поступает напряжение, пропорциональное зарядному току аккумулятора, с датчика тока - резистора R4, которое сравнивается с заданными значениями тока ускоренной и консервативной зарядки, определяемыми соответственно резисторами R13 и R12. В случае отклонения зарядного тока от заданного значения на выходе аналогового управления АО (вывод 2) возникает управляющее напряжение Если в зарядном устройстве применен линейный регулятор, то это напряжение поступает на регулирующий транзистор, который и осуществляет коррекцию. Однако в микросхеме ТЕА1101 есть встроенный широтно-импульсный модулятор и соответственно выход широтно-импульсного управления PWM (вывод 1).

Импульсное регулирование зарядного тока имеет все преимущества ШИ-регуляторов перед линейными - более высокий КПД, малое рассеивание мощности на регулирующем элементе и т. п. Описываемое зарядное устройство построено именно по принципу ШИ-регулирования, а аналоговый сигнал подан на узел управления VT4R16 - R18 двухцветным светодиодом HL2, по цвету и яркости свечения которого можно приблизительно судить о зарядном токе. Максимально яркое свечение красного светодиода означает, что аккумулятор заряжается ускоренно (транзистор VT4 максимально открыт). Плавный переход от красного через оранжевый цвет к зеленому говорит об уменьшении регулирующего напряжения и прикрывании регулирующего элемента. Яркое зеленое свечение наступает с момента перехода в режим консервативной зарядки.

К сожалению, подобная индикация не позволяет точно определить момент достижения полного заряда. Однако у микросхемы ТЕА1101 предусмотрен специальный выход LED (вывод 15) для управления светодиодом. Этот светодиод (HL1) в разные фазы зарядки ведет себя по-разному, тем самым предоставляя полную информацию о происходящих в зарядном устройстве процессах.Если светодиод не светится или светится очень слабо, возможно пульсирует с малым уровнем яркости, аккумулятор не подключен к зарядному устройству. Постоянно и ярко светит - идет ускоренная зарядка аккумулятора. Ярко мигает - аккумулятор полностью заряжен. Если при первом включении сигнализация такая же, как и при окончании зарядки, аккумулятор, скорее всего, вышел из строя и восстановлению не подлежит. Естественно, во всех этих ситуациях надо обращать внимание еще и на двухцветный светодиод, его свечение говорит о том, идет реально зарядка или нет.

Изначально промышленное устройство было предназначено для зарядки аккумуляторов или батарей, состоящих из двух или трех аккумуляторов емкостью 600...700 мА-ч. Однако это устройство можно подвергнуть несложной доработке, в результате которой его возможности существенно расширяются. Дело в том, что все параметры зарядного устройства можно задать путем подбора соответствующих элементов и питающего напряжения.

Ток режима быстрой зарядки рассчитаем по формуле

lfаst = R8 · Uref/(R4 · R13) = 3,9 · 10³ · 1,25/ /(0,27 · 27 · 10³) = 0,669А,

где Uref = 1,25 В - образцовое напряжение на выходе Rref (вывод 10).

Ток режима консервативной зарядки

lnorm = 0,1R8 · Uref/(R4 · R12 · P) = 0,1х х З,9 · 10³ · 1,25/(0,27 · 6,2 · 10³ · 4) = 0,073 А,

где Р - множитель, значение которого определяется подключением вывода 8 (PR) микросхемы ТЕА1101. Когда этот вывод соединен с выводом 6 (Us) микросхемы, Р = 1, если с выводом 16 (GND), - Р = 4, а при неподключенном выводе - Р = 2.

Таким образом, из приведенных соотношений видно, что, если на место R8 подключать резисторы разного сопротивления, можно заряжать аккумуляторы и батареи различной емкости С. В табл. 1 приведены расчетные значения сопротивления R8 и тока режимов быстрой и консервативной зарядки.

Кроме того, чтобы заряжать батареи с большим числом аккумуляторов, следует изменить коэффициент передачи резистивного делителя R14R15 на входе UАС микросхемы (вывод 7). В табл. 2 приведены шесть вариантов батарей, содержащих от одного до шести аккумуляторов. Учитывая, что максимальный ток быстрой зарядки для аккумуляторов емкостью 1000...1200 мА-ч должен быть примерно 1 А, а падение напряжения на регулирующем элементе и двух диодах составит около 2,5 В, необходимое напряжение источника питания при зарядке батарей, состоящих из четырех и более аккумуляторов, выбираем равным 18 В.

Схема доработанного варианта устройства показана на рис. 2.

Оценка минимально необходимого питающего напряжения для обеспечения того или иного зарядного тока проводилась весьма приблизительно, однако последующие эксперименты показали правильность расчетов.

Литература

1. Nachrustung von Ladenstationen fue NC-Akkuwerzeuge mit dem Ladecontroller TEA1101. - Funk Amateur, 2000, № 2, p. 164-167.
2. "Интеллектуальное" зарядное устройство для Ni-Cd аккумуляторов. - Радио, 2001 .№ 1.С.72.
3. Григорьев Б. Алгоритм быстрой зарядки аккумуляторов. - Радио, 2001, № 8, с. 38.
4. Boshboom W. Batteries recharge characteristics under TEA1101 charge management. Report No: NPO/AN9301.
5. Battery monitor for Ni-Cd and Ni-MH chargers. Philips Semiconductors - preliminary specification. Dec. 1992.
6. Inteligentna ladowarka akkumulatorow Ni-MH i Ni-Cd. - Radioelectronic Audio Hi-Fi-Video, 1998, № 7-8. s. 21-26.

Автор: В.Голутвин, г.Львов, Украина

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:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Новый метод диагностики тревожных расстройств 07.03.2023 Исследователи Медицинской школы Университета Индианы, США обнаружили биомаркеры крови, по которым можно определить риск развития тревоги. Таким образом, по анализу крови можно будет предусмотреть расстройства настроения, повышение тревожности и волнения. В ходе исследования ученые использовали методы выявления депрессии, посттравматического расстройства, биполярного расстройства и боли. По тому же принципу они анализировали и биомаркеры тревожности. Первая группа состояла из 41 мужчины и 17 женщин. Их уровень тревоги изменялся, по крайней мере, один раз от одного визита к другому. Эта группа позволила команде искать возможные биомаркеры, которые могут быть связаны с изменениями тревоги. Во второй группе находились 32 мужчины и 8 женщин, на их анализах крови проверяли биомаркеры, по которым могут прогнозировать тревогу. В третьей группе были 161 человек и 36 женщин, страдавших приступами сильной тревоги. Там исследователи убедились в методе прогнозирования состояний высокой и клинически серьезной тревоги. Ученые подтвердили 19 биомаркеров крови, которые можно использовать для прогнозирования изменений тревоги. Этот анализ поможет людям с тревожными расстройствами лучше подобрать курс лечения и корректировать его, чтобы не вызывать привыкание. Также биомаркеры подразумевают риск тревожных расстройств в будущем. Таким образом пациенты смогут предотвратить тревожные расстройства до того, как они начнутся или вернутся. "Многие люди страдают от тревоги, которая может быть очень изнурительной и мешать повседневной жизни. Наличие объективного исследования, через которое можно установить текущее состояние человека, а также будущий риск и варианты лечения, очень вспомогательным. Есть люди, которые испытывают тревогу, и ее не диагностируют должным образом, потом у них возникают приступы паники, но они думают, что у них сердечный приступ, и попадают в отделение неотложной помощи со всеми видами физических симптомов. Если мы сможем знать это раньше, то, надеюсь, мы сможем избежать этой боли и страданий и лечить их раньше чем-то, что соответствует их профилю", - отметил психиатр-нейроболог Александр Никулеску.

Другие интересные новости:

▪ 5-нм чип IBM

▪ Минисканер определит состав любого объекта

▪ Самый маленький лазер

▪ Электронные гаджеты для похудения Nokia

▪ Древний Египет погубили вулканы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрик в доме. Подборка статей

▪ статья Наркомания и токсикомания, общие понятия. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Как измеряется скорость ветра? Подробный ответ

▪ статья Электромеханик по обслуживанию и ремонту лифтов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Походная трехдиапазонная дельта. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Фокус со сложением. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025