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:

Власть является ключевым фактором счастья в отношениях 11.03.2026

Исследования семейных и романтических отношений показывают, что длительное счастье пары зависит не только от привычных факторов, таких как доверие, уважение и преданность, но и от более тонких психологических аспектов. Современные ученые ищут закономерности, которые отличают действительно счастливые пары от остальных, чтобы понять, какие механизмы поддерживают гармонию в отношениях. Группа исследователей из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге и Бамбергского университета провела опрос среди 181 пары, которые состояли в совместных отношениях более восьми лет и прожили вместе хотя бы месяц. Участники заполняли анкету, описывая различные аспекты своих отношений, включая распределение обязанностей, эмоциональную поддержку и степень вовлеченности в совместные решения. Анализ данных показал интересный паттерн: пары, где оба партнера ощущали высокий уровень личной власти, оказывались наиболее счастливыми и удовлетворенными. В данном контексте под властью понимается способност ...>>

Защищенная колонка-повербанк Anker Soundcore Boom Go 3i 11.03.2026

Компания Anker представила новую модель линейки Soundcore - колонку Soundcore Boom Go 3i, ориентированную на активное использование на улице. Новинка отличается высокой степенью защиты: корпус соответствует стандарту IP68, что обеспечивает водо- и пыленепроницаемость, а ударопрочный дизайн выдерживает падение с высоты до одного метра. За качество звука отвечает 15-ваттный драйвер, обеспечивающий пик громкости до 92 дБ, а технология BassUp 2.0 усиливает низкие частоты, делая звучание более насыщенным. Колонка обладает автономностью до 24 часов, а LED-индикатор позволяет контролировать уровень заряда батареи. Кроме того, Soundcore Boom Go 3i может выполнять функцию павербанка: согласно внутренним тестам, устройство способно зарядить iPhone 17 с нуля до 40% за один час, что делает его полезным аксессуаром в походах и поездках. Среди функциональных особенностей модели стоит выделить технологию Auracast, которая улучшает подключение и позволяет создавать стереопару из двух колонок ...>>

Раннее воздержание от алкоголя перестраивает мозг и иммунитет 10.03.2026

Алкогольная зависимость - хроническое расстройство с компульсивным употреблением спиртного, которое влияет не только на поведение, но и на функционирование мозга и иммунной системы. Недавние исследования показали, что даже на ранних этапах воздержания организм начинает перестраиваться, открывая новые возможности для терапии зависимости. Ученые сосредоточились на пациентах, находящихся в первые недели абстиненции, и зафиксировали значительные изменения в мозговой активности. С помощью функциональной магнитно-резонансной томографии они выявили перестройку сетей нейронных связей, отвечающих за контроль импульсов и принятие решений. Эти изменения могут быть ключевыми для восстановления самоконтроля и снижения риска рецидива. Одновременно с нейронной перестройкой исследователи наблюдали колебания иммунной системы. В крови повышался уровень цитокинов - сигнальных белков, регулирующих воспалительные процессы. Эти данные свидетельствуют о существовании нейроиммунного взаимодействия, при ...>>

Случайная новость из Архива Монитор Samsung S27B971DS с панелью PLS 2560 x 1440 точек 13.03.2013 Ассортимент мониторов компании Samsung пополнился моделью S27B971DS. В основе этого устройства используется панель PLS - модифицированный вариант IPS - диагональю 27 дюймов и разрешением 2560 x 1440 пикселей. Внешне новинка характеризуется весьма элегантным исполнением, которое практически не сказалось на функциональности: подставка хоть и не поддерживают функцию pivot, зато позволяет наклонять панель и регулировать высоту в диапазоне 10 см. Монитор также наделен двухпортовым концентратором USB 2.0 и поддерживает вывод изображения с экранов мобильных устройств посредством MHL (соответствующий кабель включен в комплект поставки). По данным производителя, углы обзора устройства по вертикали и горизонтали составляют 178 градусов, время отклика в режиме Grey-to-Grey равно 5 мс. ЖК-панель также характеризуется яркостью 300 кд/кв.м, контрастностью 1000:1 и заводской калибровкой. Для представления цвета используются программируемые 16-разрядные таблицы соответствия (LUT). Samsung S27B971DS наделен тремя видеовходами: DisplayPort, DVI и HDMI. Его габаритные размеры выражаются формулой 645 x 567 x 247 мм, масса равна 7,5 кг. Заявленное энергопотребление устройства в рабочем режиме - 53 Вт. Новинка уже появилась в предложении некоторых интернет-магазинов Европы, где предлагается по цене от 980 евро.

Другие интересные новости:

▪ Устройства PQI Air Drive обеспечивают совместный доступ к данным на карте памяти

▪ Переход на летнее время опасен для здоровья

▪ Полезная и эффективная замена утреннему кофе

▪ Наушники Sennheiser Momentum True Wireless 4

▪ Игровой IPS-монитор ViewSonic VX2781-4K-Pro-6 4K IGZO 165 Гц

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Хороший ты мужик... Но не орел! Крылатое выражение

▪ Каковы особенности развития Великобритании после Второй мировой войны? Подробный ответ

▪ статья Лук песчаный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Средства для педикюра. Простые рецепты и советы

▪ статья Волшебный огонь. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026