8-900-374-94-44
В настоящее время в большом количестве портативной электронике огромнейшую популярность набирают Ni-Mh и Ni-Cd аккумуляторы, которые буквально заполонили рынок. В связи с этим, возникает необходимость их зарядки. Да, безусловно, на том же рынке имеется множество зарядных устройств, специализирующихся на данном типе аккумуляторов, но иногда хочется собрать своими руками и с самоудовлетворением пользоваться.
В этой статье будут представлены две схемы зарядных устройств для Ni-Mh и Ni-Cd аккумуляторов, которые были предложены И. Нечаевым в журнале Радио 2020 №6.
Автор схемы предлагает для создания данного типа зарядного устройства применить импульсный понижающий DC-DC преобразователь напряжения. Такое решение я считаю рациональным, так как использование линейных стабилизаторов в зарядном устройстве будет сопровождаться потерями в связи с их низким КПД. Это будет иметь большое значение при питании зарядного устройства от портативного аккумулятора (Power Bank).
Схема зарядного устройства для двух Ni—Mh или Ni—Cd аккумуляторов
Схема выполнена на основе интегрального импульсного понижающего DC-DC преобразователя ST1SO3. Его особенностью является частота переключения 1.5МГц, что обеспечивает малые габариты дросселя L1.
Основные технические характеристики ST1S03
Тип ….. Step Down
Входное напряжение ….. +3…16В
Максимальное выходное напряжение …. +5В
Выходной ток ….. до 1.5А
Максимальная температура …. 1500C
Микросхема ST1SO3 является не такой уж и распространенной, но, по словам автора, они в достатке применялись в старых CD приводах и жестких дисках.
На схеме имеется опечатка, вместо TL341 должно быть обозначение TL431.
Выходное напряжение зарядного устройства устанавливается значением потенциала на выводе обратной связи (FB) микросхемы DA1 с помощью потенциометра R2.
Потенциометр R3 устанавливает порог срабатывания светодиода HL1 при окончании процесса зарядки. Он засвечивается, когда аккумуляторы заряжены.
Начальный ток заряда, при полностью разряженных аккумуляторах, устанавливается подбором резистора R1.
Когда аккумуляторы заряжены полностью или не подключены к зарядному устройству, то практически все выходное напряжение падает на резисторах R2 и R3 и через резистор R1 протекает минимальный ток. В этот момент, со среднего вывода R3 снимается напряжение, которое поступает на вход DA2, в данный момент это напряжение будет превышать порог (2.5В) срабатывания TL431 и она откроется, засветив светодиод HL1.
При подключении разряженных аккумуляторов к выводам XT1-XT4, через резистор R1 начнет протекать ток заряда, и на нем будет падать часть выходного напряжения, а на резисторах R2 и R3 падение снизится до напряжения разряженных аккумуляторов. Говоря проще, выходное напряжение зарядного устройства останется постоянным, но распределится между резистором R1 и параллельно соединенными резисторами R2 и R3. Потенциал на входе микросхемы DA2 снизится ниже ее порога срабатывания и светодиод HL1 перестанет светиться.
По мере заряда аккумуляторов, напряжение на R2 и R3 будет расти, а протекающий через резистор R1 ток будет снижаться.
Схема зарядного устройства для одного Ni—Mh или Ni—Cd аккумулятора
Начинка и принцип работы схемы зарядного устройства для одного Ni-Mh или Ni-Cd аккумулятора схожи с устройством на два аккумулятора, представленного ниже.
Резистором R4 устанавливается выходное напряжение зарядного устройства, до которого будет заряжен аккумулятор. Максимальный ток заряда устанавливается подбором сопротивления R3 (при 8.2Ом ток = 100мА).
Схема индикации заряда работает следующим образом. При полностью заряженном или отключенном от зарядного устройства Ni-Mh или Ni-Cd аккумуляторе ток через резистор R2 протекает минимальный, и на нем практически нет падения напряжения. Транзистор VT1 закрыт и светодиод HL1 не засвечен. При подключении к устройству разряженного аккумулятора, через R2 начинает течь ток заряда, при этом на нем образуется падение напряжения, вследствие которого открывается транзистор VT1 и светодиод засвечивается. Подбором сопротивления R2 устанавливается ток, при котором гаснет светодиод HL1 и аккумулятор считается заряженным.
Компоненты
При токе заряда более 150мА автор схемы рекомендует заменить VT1 на КТ814 или КТ816.
Все резисторы, примененные для вышеописанных схем, SMD типа и имеют типоразмеры 1206, 0805. Керамические конденсаторы также SMD типоразмера 1206.
Дроссель применяется готовый, с индуктивностью 3.3мкГн, для поверхностного монтажа.
Эскизы печатных плат и расположения элементов
Для двух аккумуляторов.
Для одного аккумулятора.
Автор предлагает варианты зарядных устройств для одного и для двух Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов на основе преобразователей напряжения от вышедших из строя или устаревших приводов жёстких и компакт-дисков.
Зарядка Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов всегда остаётся актуальной задачей. Несмотря на многочисленные зарядные устройства (ЗУ) промышленного изготовления, радиолюбители часто изготавливают их самостоятельно. Поскольку в настоящее время широко распространены как сетевые (ЗУ сотовых телефонов), так и автономные (например, аккумуляторные Power bank) источники питания напряжением 5 В, снабжённые USB-разъёмами, целесообразно делать ЗУ с питанием именно от них. Причём для зарядки одного или двух аккумуляторов лучше применить импульсный понижающий преобразователь напряжения. Конечно, можно обойтись и без него, сделав ЗУ с линейным стабилизатором, но тогда его КПД будет невысоким. При использовании сетевого блока питания это может быть и несущественно, но при зарядке от автономного аккумулятора (Power bank) КПД имеет большое значение.
Приобретать микросхемы импульсных преобразователей напряжения может и не потребуется. Следует обратить внимание на платы управления от устаревших или неисправных жёстких дисководов или CD-приводов. Там часто можно найти понижающие импульсные преобразователи напряжения, причём в полном комплекте: микросхема, дроссель, выпрямительный диод и конденсаторы фильтра, все они, как правило, для поверхностного монтажа.
На одной из плат оказались два импульсных преобразователя 5/3,3 В на микросхеме ST1S03, поэтому все их элементы и были использованы для изготовления двух ЗУ Особенность преобразователя напряжения на этой микросхеме — работа на частоте около 1,5 МГц, поэтому габаритные размеры накопительного дросселя невелики, а в качестве сглаживающих применены керамические конденсаторы. Максимальное входное напряжение этой микросхемы — 16 В, максимальный ток нагрузки — 1,5 А, чего более чем достаточно для ЗУ, минимальное выходное напряжение — около 0,8 В, поэтому на ней можно сделать ЗУ для одного и более Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов. Ещё одна особенность этой микросхемы — корпус DFN6D размерами 3×3 мм, у которого нет выводов, а есть контактные площадки на торце корпуса. Но это не вызывает существенных неудобств при монтаже микросхемы на плату.
Рис. 1. Схема ЗУ для двух Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов
Схема ЗУ для двух Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов показана на рис. 1. На микросхеме DA1 собран импульсный понижающий преобразователь напряжения, на микросхеме DA2 — индикатор окончания зарядки. Она осуществляется в соответствии с законом Вудбриджа, т. е. вначале ток максимальный, а по мере зарядки аккумуляторов он уменьшается. Происходит это так. На резисторе R1 и параллельно соединённых резисторах R2 и R3 микросхема поддерживает постоянное напряжение 2,8 В. Без аккумуляторов выходной ток мал, поэтому практически всё это напряжение падает на резисторах R2 и R3. При подключении разряженных аккумуляторов к контактам XT1-XT4 (кассета для двух элементов типоразмера АА или ААА) напряжение на резисторах R2 и R3 уменьшается, но появляется ток зарядки, который протекает через аккумуляторы и резистор R1. В результате напряжение на выходе преобразователя не изменяется, а перераспределяется между резисторами R1 и R2 (R3). Ток зарядки при этом равен
Iзар = (2,8 — Uакк)/R1,
где Uакк — напряжение на аккумуляторах. По мере их зарядки напряжение на них и резисторах R2, R3 увеличивается, а на резисторе R1 уменьшается, т. е. уменьшается ток зарядки. Поэтому он будет максимальным в начале зарядки и постепенно уменьшится к её концу, а перезарядки аккумуляторов не произойдёт.
Для индикации окончания зарядки применена микросхема DA2, которая представляет собой параллельный стабилизатор напряжения, обладающий пороговыми свойствами. Эта микросхема контролирует напряжение на движке резистора R3. При отсутствии аккумуляторов или в случае их полной зарядки напряжение на входе микросхемы DA2 (вывод 8) превышает пороговое (2,5 В), через неё протекает ток, и светодиод HL1 красного свечения включён.
Поскольку все элементы преобразователя предназначены для поверхностного монтажа, остальные детали — такие же. Чертёж печатной платы показан на рис. 2. Изготовлена она из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1…1,5 мм. В ЗУ применены постоянные резисторы типоразмеров 1206, 0805, подстроечные — 3314 фирмы Bourns или PVM4A, RVG4M, конденсаторы — керамические типоразмера 1206. Разъём XS1 — USB-розетка с отрезком кабеля от компьютерной мыши или другого ненужного устройства с таким кабелем. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3.
Рис. 2. Чертёж печатной платы и размещение элементов
Рис. 3. Внешний вид смонтированной платы
Налаживание сводится к установке резистором R2 выходного напряжения преобразователя, до которого требуется зарядить аккумуляторы. Резистором R3 устанавливают напряжения срабатывания индикатора окончания зарядки. Начальный (максимальный) ток зарядки устанавливают подборкой резистора R1.
Рис. 4. Схема ЗУ для одного аккумулятора
Схема ЗУ для одного аккумулятора показана на рис. 4. Принцип его работы в основном аналогичен предыдущему, за исключением индикатора зарядки, который собран на транзисторе VT1, светодиоде HL1 и резисторах R1 и R2. Работает индикатор зарядки так. В начале зарядки большой ток протекает через резистор R2 и эмиттерный переход транзистора. В результате транзистор открыт и светодиод зелёного свечения включён, сигнализируя о том, что идёт зарядка. По мере зарядки ток, потребляемый преобразователем, уменьшается, и в её конце напряжения на резисторе R2 станет недостаточно для поддержания транзистора в открытом состоянии. Поэтому светодиод плавно погаснет.
Резистором R3 ток зарядки аккумулятора в этом зарядном устройстве ограничен на уровне приблизительно 100 мА. Резистором R2 устанавливают минимальный зарядный ток, при котором прекращается индикация — светодиод гаснет. Если максимальный ток зарядки установлен больше 150 мА, вместо указанного на схеме лучше применить транзистор с большим допустимым током базы, например, серии КТ814 или КТ816.
Чертёж печатной платы для второго варианта ЗУ показан на рис. 5. Применены аналогичные элементы. Налаживание сводится к установке резистором R4 выходного напряжения преобразователя, до которого требуется зарядить аккумуляторы. Подборкой резистора R3 устанавливают начальный (максимальный) ток зарядки, а подборкой резистора R2 — минимальный ток зарядки, при котором выключается индикаторный светодиод. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 6.
Рис. 5. Чертёж печатной платы для второго варианта ЗУ
Рис. 6. Внешний вид смонтированной платы
Конструкция ЗУ может быть различной в зависимости от имеющегося корпуса. В авторском варианте для этого был использован корпус от точилки для карандаша (рис. 7). Из неё удаляют лезвие с держателем. Корпус вместе с кассетой для двух (или одного) элементов типоразмера АА (или ААА) приклеен к пластмассовому основанию. На кассете, в свою очередь, с помощью термоклея закреплён USB-кабель (рис. 8).
Рис. 7. Авторская конструкция ЗУ
Рис.8. Устройство в сборе
В зарядном устройстве можно применить и другие микросхемы импульсных понижающих преобразователей напряжения, но это потребует изменений схемы и платы.
Автор: И. Нечаев, г. Москва
Никель-кадмиевые и Никель-металлогидридные аккумуляторы требуют зарядного устройства, которое автоматически отключается после завершения заряда. Порог устанавливается по возросшему напряжению аккумулятора. Такая схема электричества может быть реализована по-разному.
Работу такой схемы можно представить так:
Лучше всего подобная схема реализована на специализированных микросхемах. Их выпускается большое число вариантов. Сборка ведется по спецификациям из даташитов. Преимущество такого решения — не требуется предварительная градуировка зарядного устройства, (точная установка уровней срабатывания напряжения). ЗУ на специализированной микросхеме работает сразу после сборки при отсутствии ошибок в монтаже.
Между тем, специализированные микросхемы не всегда есть возможность достать. Тогда есть вариант — собрать автоматическое зарядное устройство на транзисторах. При этом желательно наличие цифрового мультиметра, чтобы точно выставить порог отключения после полной зарядки.
Рассмотрим лучшую схему, предложенную Андреем Шарым. Схема обеспечивает щадящий режим заряда никель-кадмиевых и никель-металлогидридных аккумуляторов. Транзисторы — любые с током коллектора не ниже чем на схеме. ОУ — тоже почти любой со схожими характеристиками К140УД. Трансформатор и диодный мостик – тоже любые на напряжение 6 – 12 вольт и ток 0,5 – 2 А. Дроссель — готовый. При наличии измерителя индуктивности может быть намотан самостоятельно.
Режим работы схемы — импульсный. Обеспечивается высокий КПД. Радиаторы транзисторов во многих случаях не требуются. Схема — низкочастотная, поэтому требования к монтажу минимальны.
После наладки устройство готово к работе.
Похожие радиосхемы и статьи:Портативный мир
В настоящее время для питания портативной аппаратуры используется несколько видов аккумуляторов : никель — кадмиевые (NiCd), никель — металл — гидридные (NiMH), литий — ионные (Li+), литий — полимерные (Li-Polymer). В последнее время все большее распространение получают Li+ аккумуляторы . Причин этому несколько : они имеют большую удельную емкость , низкий саморазряд , способны отдавать большие токи при разряде . Li-Polymer аккумуляторы обладают еще одним преимуществом : технологически их можно изготовить любой формы , аккумулятор может быть сверхплоским , толщиной всего несколько миллиметров , и даже иметь сложную форму , заполняя собой все свободное пространство внутри устройства . К сожалению , Li+ аккумуляторы , производимые разными фирмами ( и даже одной фирмой , но для разных моделей устройства ) имеют разные размеры и несовместимы между собой . Теряется такое важное качество , как взаимозаменяемость . С одной стороны , это позволяет создавать более компактные устройства , разрабатывая оптимальный аккумулятор для каждого случая . Но в то же время это вызывает ряд неудобств . Если , например , требуется второй аккумулятор для того или иного устройства , возникают определенные проблемы : нужно найти точно такой же аккумулятор той же фирмы , причем стоимость его будет довольно высокой , поскольку нет предложений от конкурентов . То же касается и зарядных устройств : для каждого типа аккумулятора нужно иметь свое « фирменное » зарядное устройство . Потребители хотят иметь выбор и часто голосуют кошельком против такого подхода , покупая устройства , работающие на стандартных аккумуляторах размера AA или AAA. Такие аккумуляторы намного дешевле , широко представлены на рынке , а в экстренных случаях могут быть заменены щелочными батарейками , которые имеют такой же форм — фактор . Как недостаток можно назвать их несколько меньшую удельную емкость и несколько меньшую компактность устройств , использующих такие аккумуляторы . Но есть и важное преимущество : если во всех устройствах используются аккумуляторы форм — фактора AA или AAA, достаточно одного зарядного устройства .
Стандартные аккумуляторы
Если вести речь об аккумуляторах форм — фактора AA или AAA, то есть смысл говорить только о NiMH аккумуляторах . Применявшиеся ранее NiCd аккумуляторы встречаются все реже , тем более , зарядное устройство , спроектированное для работы с NiMH аккумуляторами , будет нормально работать и с NiCd аккумуляторами ( но обратное не верно ). По сравнению с NiCd аккумуляторами NiMH аккумуляторы имеют на 30…40% большую удельную емкость , меньше страдают эффектом « памяти », не содержат опасного для окружающей среды кадмия . Однако у NiMH аккумуляторов есть и недостатки : они дороже ( хотя разница в стоимости постепенно стирается ), имеют меньшее количество циклов заряд — разряда ( характеристики начинают ухудшаться уже после 200…300 циклов ), имеют более высокое внутреннее сопротивление , больший примерно в полтора раза саморазряд . Даже несмотря на то , что при разряде они могут отдавать значительные токи , разряд током сверх допустимого ведет к уменьшению количества циклов , поэтому желательно при разряде не превышать ток 0.5C. Там , где требуются большие разрядные токи , до сих пор используются NiCd акумуляторы . Однако технология NiMH аккумуляторов постоянно совершенствуется и уже сегодня ведущие производители этих аккумуляторов заявляют , что современные модели NiMH аккумуляторов полностью свободны от эффекта « памяти » и допускают 500…1000 циклов заряд — разряда .
Способы зарядки аккумуляторов
В процессе зарядки аккумулятора в нем происходят химические преобразования . Только часть поступающей энергии тратится на эти преобразования , другая часть превращается в тепло . Можно ввести понятие « КПД процесса зарядки аккумулятора ». Это та часть энергии , поступающей от зарядного устройства , которая запасается в аккумуляторе . Значение КПД никогда не бывает 100%, при одних условиях зарядки КПД выше , при других – ниже . Тем не менее , КПД может быть довольно высоким , что позволяет производить зарядку большими токами не опасаясь перегрева аккумулятора . Химические реакции , которые протекают в NiMH аккумуляторе при его зарядке , являются экзотермическими , в отличие от NiCd аккумуляторов , где они эндотермические . Это означает , что КПД зарядки NiMH аккумуляторов ниже , и они более горячие в процессе зарядки . Это требует более тщательного контроля процесса зарядки . Скорость зарядки аккумулятора зависит от величины зарядного тока . Ток зарядки обычно измеряют в единицах C, где C – численное значение емкости аккумулятора . Это не совсем корректно с точки зрения размерностей физических величин , но принято считать , что ток 1C для аккумулятора емкостью 2500 мА / ч равен 2500 мА . По скорости различают несколько видов зарядки : капельная зарядка (trickle charge), быстрая зарядка (quick charge) и ускоренная зарядка (fast charge). Капельная зарядка обычно определяется как зарядка током 0.1C, быстрая зарядка – током порядка 0.3C, ускоренная зарядка – током 0.5…1.0C. На самом деле принципиальных отличий между быстрой и ускоренной зарядкой нет , они отличаются лишь предпочтительными методами определения конца зарядки . Поэтому есть смысл разделять только два вида зарядки : капельная и быстрая . К быстрой зарядке можно отнести любую зарядку током , большим 0.1C. Принципиальным отличием капельной и быстрой зарядки является то , что при быстрой зарядке зарядное устройство должно автоматически заканчивать процесс , пользуясь какими — то критериями . При капельной зарядке окончание процесса можно не детектировать , а аккумулятор может находится в состоянии капельной зарядки сколь угодно долго .
Капельная зарядка
Вопреки существующему мнению , капельная зарядка не способствует долгой жизни аккумуляторов . Дело в том , что при капельной зарядке зарядный ток не отключают даже после того , как аккумулятор полностью зарядился . Именно поэтому ток выбирается малым . Считается , что даже если вся энергия , сообщаемая аккумулятору , будет превращаться в тепло , при столь малом токе он не сможет существенно нагреться . Для NiMH аккумуляторов , которые значительно хуже реагируют на перезарядку , чем NiCd, ток капельного заряда рекомендуется не более 0.05C. Для аккумуляторов большей емкости значение тока капельной зарядки больше . Это означает , что в зарядном устройстве , предназначенном для зарядки аккумуляторов большой емкости , аккумуляторы малой емкости будут сильно нагреваться , что сокращает срок их службы . Снижение тока капельной зарядки ведет к увеличению длительности зарядки сверх разумного . Аккумулятор большой емкости , установленный в зарядное устройство , предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости , может вообще никогда не достичь своего полного заряда , так как с процессом заряда будет конкурировать саморазряд . Долго находясь в таких условиях , аккумуляторы начинают деградировать , теряя емкость . При всем желании , надежно детектировать конец капельной зарядки невозможно . На низких зарядных токах профиль напряжения плоский , практически нет характерного максимума в конце зарядки . Температура также растет плавно . Единственным методом является ограничение процесса зарядки по времени . Однако при этом нужно знать не только точную емкость аккумулятора ( которая зависит от возраста и состояния аккумулятора ), но и величину его начального заряда . Исключить влияние начального заряда можно только одним способом – полностью разрядить аккумулятор перед зарядкой . А это еще больше удлиняет процесс зарядки и укорачивает жизнь аккумулятора , которая определяется количеством циклов заряд — разряда . Еще одной помехой при вычислении длительности капельной зарядки является низкий КПД этого процесса . Для капельной зарядки КПД не превышает 75%, более того , КПД зависит от многих факторов , в том числе от температуры и состояния аккумулятора . Единственным преимуществом капельной зарядки является простота реализации ( без контроля конца зарядки ). В то же время производители NiMH аккумуляторов не рекомендуют пользоваться капельной зарядкой . И только в самое последнее время производители аккумуляторов специально отмечают , что современные NiMH аккумуляторы не деградируют под воздействием длительной капельной зарядки .
Быстрая зарядка
Большинство производителей NiMH аккумуляторов приводят характеристики своих аккумуляторов для случая быстрой зарядки током 1C. Хотя иногда можно встретить рекомендации не превышать ток 0.75C. Эти рекомендации связаны с опасностью открывания вентиляционных отверстий аккумулятора при быстрой зарядке в условиях повышенной температуры окружающей среды . « Умное » зарядное устройство должно оценить условия и принять решение о допустимости быстрого заряда . Считается , что быстрый заряд можно использовать только в диапазоне температур 0…+40°C и при напряжении на аккумуляторе 0.8…1.8 В . КПД процесса быстрой зарядки очень высок ( порядка 90%), поэтому аккумулятор нагревается слабо . Однако в конце зарядки КПД этого процесса резко падает и практически вся подводимая к аккумулятору энергия начинает превращаться в тепло . Это вызывает резкий рост температуры и давления внутри аккумулятора , что может вызвать его повреждение . И хотя для современных аккумуляторов взрыва , скорее всего , не последует , просто откроются вентиляционные отверстия и часть содержимого аккумулятора будет безвозвратно утрачена . Это точно не пойдет на пользу аккумулятору , не говоря уже об изменении внутренней структуры электродов под воздействием высокой температуры . Поэтому при быстрой зарядке аккумулятора очень важно зарядку вовремя прекратить . К счастью , в режиме быстрой зарядки есть довольно надежные критерии , по которым зарядное устройство может это сделать . Алгоритм работы быстрого зарядного устройства состоит из нескольких фаз :
2. Квалификация аккумулятора (qualification).
3. Пред — зарядка (pre-charge).
4. Переход к быстрой зарядке (ramp).
5. Быстрая зарядка (fast charge).
6. Дозарядка (top-off charge).
7. Поддерживающая зарядка (maintenance charge).
Фаза определения наличия аккумулятора
В этой фазе обычно проверяется напряжение на выводах аккумулятора при включенном генераторе зарядного тока примерно 0.1C. Если при этом напряжение оказывается выше 1.8 В , это значит , что аккумулятор отсутствует или поврежден . В любом случае зарядка начинаться не должна . Как только будет обнаружено меньшее напряжение , делается вывод , что аккумулятор подключен и можно начинать зарядку .
Во всех других фазах зарядки на фоне основных действий должна производится проверка наличия аккумулятора . Эта необходимость связана с тем , что аккумулятор в любой момент может быть вынут из зарядного устройства . При этом из любой фазы зарядное устройство должно перейти на первую фазу – определение наличия аккумулятора .
Фаза квалификации аккумулятора
Зарядка начинается с фазы квалификации аккумулятора . Эта фаза нужна для грубой оценки начального заряда аккумулятора . Если напряжение на аккумуляторе меньше 0.8 В , то быструю зарядку производить нельзя . В этом случае требуется дополнительная фаза пред — зарядки . Если же напряжение больше этой величины , то фаза пред — зарядки пропускается . На практике аккумуляторы никогда не разряжают ниже 1.0 В . Поэтому фаза пред — зарядки реально никогда не используется , разве что при зарядке глубоко разряженных или долго не бывших в употреблении аккумуляторов .
Фаза пред — зарядки
Эта фаза предназначена для начальной зарядки глубоко разряженных аккумуляторов . Значение тока пред — зарядки выбирается в пределах 0.1…0.3C. Фаза пред — зарядки должна быть ограничена во времени ( например , 30 мин ). Более длительная пред — зарядка смысла не имеет , так как у исправного аккумулятора напряжение должно довольно быстро достигнуть порогового значения 0.8 В . Если же напряжение не растет , значит аккумулятор поврежден и процесс зарядки нужно прервать с индикацией ошибки . Во всех длительных фазах зарядки необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения . Для NiMH аккумуляторов максимально допустимой во время зарядки считают температуру 50°C. Как и во всех других фазах , необходимо контролировать наличие аккумулятора .
Фаза перехода к быстрой зарядке
Если напряжение на аккумуляторе выше 0.8 В , то можно начинать быструю зарядку . Сразу включать большой зарядный ток не рекомендуется . Ток нужно плавно повышать в течение 2…4 мин , пока он не достигнет заданного тока быстрой зарядки . В этой фазе необходимо контролировать температуру и прекращать зарядку при достижении критического значения . Как и во всех других фазах , необходимо контролировать наличие аккумулятора .
Фаза быстрой зарядки
В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.5…1.0C. Основной проблемой при быстрой зарядке является точное определение момента окончания зарядки . Если фазу быстрой зарядки вовремя не прекратить , аккумулятор будет разрушен . Поэтому весьма желательно , чтобы для определения окончания быстрой зарядки использовалось сразу несколько независимых критериев . Для NiCd аккумуляторов обычно применялся так называемый –dV метод . В процессе зарядки напряжение на аккумуляторе растет , но в самом конце зарядки оно начинает падать . Для NiCd аккумуляторов критерием окончания зарядки являлось снижение напряжения примерно на 30 мВ ( на каждый аккумулятор ). –dV – это самый быстрый метод , он хорошо работает даже с частично заряженными аккумуляторами . Если , например , установить на зарядку полностью заряженный аккумулятор , то напряжение на нем начнет быстро расти , затем довольно резко падать . Это вызовет окончание зарядки . Для NiMH аккумуляторов этот метод работает не столь хорошо , потому что падение напряжения для них менее выражено . При токах зарядки менее 0.5C максимум напряжения вообще может отсутствовать , поэтому зарядное устройство , предназначенное для зарядки аккумуляторов малой емкости , не всегда может определить конец зарядки аккумуляторов большой емкости . При повышенных температурах максимум напряжения также несколько смазывается . Слабое падение напряжения в конце зарядки вынуждает повышать чувствительность , что может привести к досрочному завершению быстрой зарядки из — за помех . Помехи генерируются как самим зарядным устройством , так и проникают из питающей сети . По этой причине не рекомендуется заряжать аккумуляторы в автомобиле , так как бортовая сеть обычно имеет очень высокий уровень помех . Сам аккумулятор тоже является источником шумов . Поэтому при измерении напряжения нужно применять фильтрацию . Надежность метода –dV уменьшается при зарядке батарей последовательно соединенных аккумуляторов , если отдельные аккумуляторы в батарее различаются по степени заряда . При этом пик напряжения для разных аккумуляторов батареи наступает в разные моменты времени , и профиль напряжения смазывается . Иногда для NiMH аккумуляторов вместо метода –dV используют метод dV=0, когда вместо падения напряжения детектируют плато на профиле напряжения . Критерием конца зарядки в этом случае служит постоянство напряжения на аккумуляторе в течение , например , 10 минут . Метод dV=0 можно рассматривать как вариант метода –dV с установленным нулевым порогом изменения напряжения . Несмотря на все трудности определения конца зарядки методом –dV, именно этот метод большинством производителей NiMH аккумуляторов называется как основной при быстрой зарядке . Типичным значением для изменения напряжения в конце зарядки током 1C является –2.5…–12 мВ на один аккумулятор . Сразу после включения большого зарядного тока напряжение на аккумуляторе может испытывать флуктуации , которые могут быть неверно восприняты как падение напряжения в конце зарядки . Для предотвращения ложного прекращения быстрой зарядки первые 3…10 мин (hold off time) после включения зарядного тока контроль –dV должен быть выключен . Одновременно с падением напряжения в конце зарядки начинает расти температура и давление внутри аккумулятора . Поэтому конец зарядки можно определить по возрастанию температуры . Устанавливать абсолютный порог температуры для определения момента окончания зарядки не рекомендуется , так как сильное влияние на точность будет оказывать температура окружающей среды . Поэтому чаще используют не саму температуру , а скорость ее изменения dT/dt. Считается , что при зарядном токе 1C процесс зарядки нужно завершать , когда скорость роста температуры dT/dt достигнет 1°C/ мин . Нужно отметить , что при токах зарядки менее 0.5C скорость роста температуры почти не меняется и этот критерий использовать нельзя . Ввиду тепловой инерции метод dT/dt склонен вызывать некоторый перезаряд аккумулятора . Как метод dT/dt, так и метод –dV вызывают некоторый перезаряд аккумулятора , что ведет к снижению срок его службы . Для того , чтобы обеспечить полный заряд аккумулятора , завершение заряда лучше проводить малым током при низкой температуре аккумулятора , так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов заметно падает . Поэтому фазу быстрой зарядки желательно завершать чуть раньше . Существует так называемый inflexion метод определения окончания быстрой зарядки [3]. Суть этого метода заключается в том , что анализируется не максимум напряжения на аккумуляторе , а максимум производной напряжения по времени . Т . е . быстрая зарядка прекратится в тот момент , когда скорость роста напряжения будет максимальной . Это позволяет завершить фазу быстрой зарядке раньше , когда температура аккумулятора еще не успела значительно подняться . Однако этот метод требует измерения напряжения с большей точностью и некоторых математических вычислений ( вычисления производной и цифровой фильтрации полученного значения ). Некоторые зарядные устройства используют не постоянный зарядный ток , а импульсный [4]. Импульсы тока имеют длительность порядка 1 сек , промежуток между импульсами – порядка 20…30 мс . Как преимущество такого метода называют лучшее выравнивание концентрации активных веществ по всему объему , меньшую вероятность образования крупных кристаллических образований на электродах и их пассивации . Точных данных по эффективности такого метода нет , во всяком случае , вреда он не приносит . С другой стороны , такой способ имеет другие преимущества . В процессе детектирования окончания быстрого заряда необходимо точно измерять напряжение на аккумуляторе . Если измерение проводить под током , то дополнительную погрешность будет вносить сопротивление контактов , которое может быть нестабильным . Поэтому на время измерения зарядный ток желательно отключать . После выключения зарядного тока необходимо сделать паузу 5…10 мс , пока напряжение на аккумуляторе установится . Затем можно производить измерение . Для эффективной фильтрации помех сетевой частоты можно произвести ряд последовательных выборок на интервале 20 мс ( один период сетевой частоты ) с последующей цифровой фильтрацией . Идея заряда импульсным током получила дальнейшее развитие . Был разработан метод , который называют FLEX negative pulse charging или Reflex Charging. Этот метод отличается от простого импульсного заряда наличием в промежутках между импульсами тока зарядки импульсов разрядного тока . При длительности импульсов тока зарядки порядка 1 сек длительность импульсов разрядного тока выбирается порядка 5 мс . Величина разрядного тока больше тока зарядки в 1.0…2.5 раз . Как преимущество такого метода называют более низкую температуру аккумулятора в процессе зарядки и способность устранять крупные кристаллические образования на электродах ( вызывающих эффект « памяти »). Но есть результаты независимой проверки это метода фирмой General Electric, которые говорят о том , что пользы такой метод не приносит , как , впрочем , и вреда . Поскольку правильное определения окончания быстрого заряда является очень важным , хорошее зарядное устройство должно использовать несколько методов определения сразу . Кроме того , должны проверяться некоторые дополнительные условия для аварийного прекращения быстрой зарядки . Так , в фазе быстрой зарядки необходимо контролировать температуру аккумулятора и прекращать быструю зарядку в случае достижения критического значения . Для быстрой зарядки ограничение по температуре более жесткое , чем для зарядки вообще . Поэтому при достижении температуры +45°C необходимо аварийно прекратить быструю зарядку и перейти на фазу дозарядки меньшим током . Очень желательно пред продолжением зарядки дождаться остывания аккумулятора , так как при повышенных температурах способность принимать заряд у аккумуляторов падает . Еще одним дополнительным условием является ограничение времени быстрой зарядки . Зная ток зарядки , емкость аккумулятора и КПД процесса зарядки можно вычислить время , необходимое для полной зарядки . Таймер быстрой зарядки должен быть установлен на время , больше расчетного на 5…10%. Если это время истекло , а ни один из способов детектирования окончания быстрой зарядки не сработал , она аварийно прекращается . Такая ситуация , скорее всего , говорит о неисправности каналов измерения напряжения и температуры . Кроме того , как и во всех других фазах , необходимо контролировать наличие аккумулятора .
Фаза дозарядки
В этой фазе ток зарядки устанавливают в пределах 0.1…0.3C. При токе дозарядки 0.1C производители рекомендуют длительность дозарядки 30 мин . Более длительная дозарядка приводит к перезаряду , что увеличивает емкость аккумулятора на 5…6%, но сокращает количество циклов заряд — разряда на 10…20%. Еще одним положительным эффектом дозарядки является выравнивание заряда аккумуляторов в батарее . Те аккумуляторы , которые полностью заряжены , будут рассеивать подводимую энергию в виде тепла , в то время как другие будут заряжаться . Если фаза дозарядки идет непосредственно после фазы быстрой зарядки , полезно в течение нескольких минут остудить аккумуляторы . С повышением температуры способность аккумулятора принимать заряд существенно падает . Например , при температуре 45°C аккумулятор способен принять только 75% заряда . Поэтому дозарядка , проведенная при комнатной температуре , позволяет получить более полный заряд аккумулятора .
Фаза поддерживающей зарядки
Зарядные устройства , предназначенные для зарядки NiCd аккумуляторов по окончанию процесса зарядки обычно переходят в режим капельного заряда , чтобы поддерживать аккумулятор в полностью заряженном состоянии . Это приводит к тому , что температура аккумулятора всегда остается повышенной , что уменьшает срок службы аккумулятора . Для NiMH аккумуляторов долго находится в состоянии капельной зарядки нежелательно , так как эти аккумуляторы плохо переносят перезаряд . По крайней мере , ток поддерживающей зарядки должен быть очень низким , чтобы только компенсировать саморазряд . Для NiMH аккумуляторов саморазряд составляет до 15% емкости в первые 24 часа , затем саморазряд снижается и составляет 10…15% в месяц . Для того , чтобы скомпенсировать саморазряд , достаточен средний ток менее 0.005C. Некоторые зарядные устройства включают ток поддерживающей зарядки раз в несколько часов , остальное время аккумулятор отключен . Величина саморазряда сильно зависит от температуры , поэтому еще лучше сделать поддерживающий заряд адаптивным : небольшой ток зарядки включается лишь тогда , когда обнаруживается заданное уменьшение напряжения на аккумуляторе . В принципе , от фазы поддерживающей зарядки можно вообще отказаться , но если между зарядкой и использованием аккумуляторов проходит время , то непосредственно перед использованием аккумуляторы нужно подзарядить для компенсации саморазряда . Хотя более удобно , если зарядное устройство постоянно поддерживает аккумуляторы в состоянии полной зарядки .
Сверхбыстрый заряд
При заряде до 70% своей емкости КПД зарядки близок к 100%. Это является хорошей предпосылкой для создания сверхбыстрого зарядного устройства . Конечно , увеличивать зарядный ток до бесконечности нельзя . Есть предел , обусловленный скоростью протекания химических реакций . На практике возможно использовать токи до 10C. Для того , чтобы аккумулятор не перегрелся , после достижения 70% заряда ток нужно снизить до уровня обычной быстрой зарядки и контролировать окончание зарядки обычным образом . Задача состоит в том , чтобы надежно контролировать достижение 70% отметки . Надежных методов для этого нет , повышение температуры инерционно , а перегрев укоротит жизнь аккумулятора . Особенно проблематично определение степени заряда в батарее , где могут быть аккумуляторы по — разному разряженные . Еще одной проблемой является подвод к аккумуляторам зарядного тока . При столь высоких токах плохой контакт может вызвать дополнительный нагрев и даже разрушение аккумулятора . И вообще , это весьма рискованное мероприятие , так как при ошибках зарядного устройства возможен взрыв . Нужно ли так спешить ?
Универсальное зарядное устройство
Аккумуляторы даже одного форм — фактора могут иметь разную емкость . Например , для NiMH аккумуляторов размера AA в настоящее время характерными являются емкости 1000…2500 ма / ч , а для аккумуляторов размера AAA – 500…800 ма / ч . Значения же токов зарядки пропорционально емкости аккумулятора . Если заряжать менее емкий аккумулятор большим током , будет происходить нагрев . Если заряжать аккумулятор меньшим током – возникают неудобства , связанные с увеличением времени зарядки . К тому же , в таких условиях может не работать один из методов определения окончания быстрой зарядки . В идеале универсальное зарядное устройство должно иметь возможность выбора зарядного тока в зависимости от используемых аккумуляторов . Однако на практике чаще всего токи устанавливают для типовых аккумуляторов . В настоящее время для аккумуляторов размера AA можно считать средней емкость примерно 1800 ма / ч , а для аккумуляторов AAA – примерно 650 ма / ч . Нужно отметить , что для аккумуляторов одного форм — фактора с ростом емкости внутреннее сопротивление уменьшается незначительно , как и связанные с ним потери . Поэтому , если ток зарядки устанавливать равным 1 С , температура аккумуляторов большей емкости будет выше . Как указывалось ранее , повышенная температура является причиной неполной зарядки . Поэтому для аккумуляторов размера AA можно рекомендовать не превышать ток зарядки 1.3…1.5 А независимо от их емкости . Иначе нужно применять принудительное охлаждение аккумуляторов во время быстрой зарядки с помощью вентилятора . Поскольку для аккумуляторов разных размеров используются разные посадочные места с раздельными контактами , для изменения зарядного тока между AA и AAA аккумуляторами никаких дополнительных переключателей обычно не требуется .
Проблема выключения питания зарядного устройства
Если во время зарядки питание зарядного устройства было выключено , при включении должен происходить переход на фазу определения наличия аккумулятора . При этом процесс зарядки начнется сначала , но в силу того , что для определения момента окончания быстрой зарядки используются независимые от общего времени зарядки критерии , быстрый заряд продлится необходимое для полной зарядки время . А вот дозарядка будет повторена полностью , несмотря на то , что она , возможно , уже была частично выполнена . Но это практически не создает проблем , так как аккумуляторы , находящиеся в стадии дозарядки , считаются готовыми к использованию , и их можно вынуть в любой момент . Единственным минусом является перезаряд , который испытывают аккумуляторы при многократной дозарядке . Даже если периодически запоминать в энергонезависимой памяти текущее состояние процесса зарядки , это не решит проблем . Невозможно учесть саморазряд , так как неизвестна продолжительность пребывания зарядного устройства в обесточенном состоянии . К тому же , в обесточенном состоянии аккумуляторы могли быть вынуты или заменены . Полностью эта проблема решена в « умных » Li+ аккумуляторных сборках , которые внутри содержат контроллер , измеряющий величину заряда , сообщаемого аккумулятору или полученного от него . Это позволяет в любой момент точно определять степень заряда аккумулятора . Тем не менее , одним из требований , предъявляемых к зарядному устройству , является низкий разряд установленных аккумуляторов при отсутствии питания устройства . Ток разряда через цепи обесточенного зарядного устройства не должен превышать примерно 1 мА .
Определение первичных источников тока
Кроме аккумуляторов , в форм — факторе AA и AAA выпускаются первичные источники тока ( их называют батарейки , хотя это и не совсем правильно ). Основное распространение получили первичные источники двух типов : щелочные (alkaline) и марганцево — цинковые . Щелочные источники имеют емкость в 5-7 раз выше , но они и более дорогие . При установке первичных источников тока в зарядное устройство с режимом быстрой зарядки возможен взрыв , так как вентиляционные отверстия конструкцией первичных источников тока обычно не предусмотрены . Для устранения такой опасности весьма желательно , чтобы зарядное устройство могло отличать первичные источники тока от аккумуляторов и не включать режим быстрой зарядки в случае установки первых . Отличий между аккумуляторами и первичными источниками тока относительно немного . Напряжение тех и других может быть одинаковым , в процессе разряда оно находится примерно в одном и том же диапазоне . Единственным отличием является более высокое внутреннее сопротивление у первичных источников тока . Именно по этому признаку отличают первичные источники тока от аккумуляторов контроллеры DS2711/12 фирма «MAXIM» [1, 2]. Полностью заряженные NiMH аккумуляторы размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 25…50 мОм , размера AAA – 50…100 мОм . В то же время полностью заряженные щелочные батарейки размера AA имеют внутреннее сопротивление порядка 150…250 мОм , размера AAA – 200…300 мОм . Как видно , отличить аккумуляторы от первичных источников тока можно установив предельное значение внутреннего сопротивления порядка 150 мОм . Однако это справедливо только для полностью заряженных аккумуляторов и батареек . При разрядке у тех и других внутреннее сопротивление растет и различия в общем случае исчезают . Для определения первичных источников тока контроллеры DS2711/12 в процессе быстрой зарядки каждые 31 сек выключают зарядный ток и измеряют напряжение на аккумуляторе без тока . По этому и другому значению , измеренному уже с зарядным током , вычисляется внутреннее сопротивление аккумулятора . Если оно оказывается больше установленного предела , то процесс зарядки прерывается с индикацией ошибки . Из — за того , что у разряженных батареек и аккумуляторов внутреннее сопротивление может быть одинаковым , алгоритм не всегда будет работать . Однако есть несколько эффектов , которые делают работу зарядного устройства с таким алгоритмом вполне приемлемым . Если пытаться заряжать батарейку , разряженную до напряжения ниже 0.8 В , то зарядное устройство не включит режим быстрой зарядки , пока в режиме пред — зарядки не будет достигнуто напряжение 0.8 В . Поскольку пред — зарядка ведется относительно малым током , такой режим не может привести к существенному нагреву и разрушению батарейки . Когда напряжение достигнет 0.8 В , то включится режим быстрой зарядки . Если ток быстрой зарядки 1 А и более , то высока вероятность того , что из — за высокого внутреннего сопротивления батарейки напряжение поднимется выше 1.8 В и зарядка сразу будет прервана . Если же этого не произойдет , то зарядку прервет первое измерение внутреннего сопротивления . В режиме быстрой зарядки ( током 1 А и более ) для разряженного аккумулятора времени 31 сек окажется достаточно для того , чтобы его внутреннее сопротивление уменьшилось и проверка ошибки не показала . Если же внутреннее сопротивление окажется выше нормы , процесс зарядки прервется . Поэтому для глубоко разряженного аккумулятора может потребоваться несколько попыток старта процесса зарядки , после чего внутреннее сопротивление аккумулятора станет меньше установленного порога и процесс зарядки пройдет нормально . Таким образом , введение в алгоритм зарядки процедуры определения первичных источников тока может вызвать некоторые побочные эффекты , такие как необходимость перезапуска процесса зарядки глубоко разряженного аккумулятора . Можно , конечно , усовершенствовать алгоритм определения первичных источников тока . Например , сделать порог внутреннего сопротивления зависимым от напряжения на аккумуляторе . Но никто не может гарантировать полной достоверности определения . К тому же , новые разработки первичных источников тока имеют все более близкие параметры к параметрам аккумуляторов . Включать определение первичных источников тока в алгоритм работы зарядного устройства или оставить это на совести пользователя – решать нужно в каждом конкретном случае .
Эффект памяти и восстановление аккумуляторов
Эффект памяти сильнее всего проявляется в NiCd аккумуляторах как снижение емкости аккумулятора при повторяющихся циклах неполной разрядки — зарядки . Суть эффекта состоит в том , что на электродах образуются крупные кристаллические образования , в результате часть объема активного вещества аккумулятора перестает использоваться . Для устранения эффекта памяти рекомендуется полная разрядка аккумулятора ( до напряжения 0.8…1.0 В ) с последующей зарядкой . В особо тяжелых случаях может потребоваться несколько таких циклов . NiMH аккумуляторы практически свободны от эффекта памяти . По заявлением производителей , максимальная потеря емкости , связанная с этим эффектом , не превышает 5%, что заметить крайне сложно . Тем не менее , примерно раз в месяц рекомендуется перед зарядкой NiMH аккумуляторов их полностью разрядить . Желательно , чтобы зарядное устройство имело возможность разрядки аккумулятора с контролем минимального напряжения , по достижению которого разрядка прекращается . Режим разрядки аккумулятора в зарядном устройстве полезен не только с точки зрения восстановления аккумуляторов . Он оказывается очень кстати , когда возникает необходимость зарядить аккумуляторы с разной или неизвестной степенью начального заряда . Перед зарядкой степень заряда всех аккумуляторов желательно выровнять , что проще всего сделать их полной разрядкой . Особенно актуально это для зарядных устройств , заряжающих батарею последовательно соединенных аккумуляторов . Зарядное устройство с функцией разряда может обладать возможностью измерения емкости аккумуляторов , что также очень полезно на практике .
Взаимодействие аккумуляторов в батарее
Отдельные аккумуляторы в батарее могут иметь несколько отличающиеся характеристики . Причиной этого является разброс параметров при производстве аккумуляторов , неравномерное распредление температуры внутри батареи при эксплуатации и разные темпы старения отдельных аккумуляторов . В итоге при зарядке батареи аккумуляторы с меньшей емкостью будут подвергаться перезарядке . Это вызывает дальнейшую деградацию таких акумуляторов и выход их из строя . С другой стороны , если один из аккумуляторв в батарее имеет высокий саморазряд или вовсе закорочен , то при попытке полной зарядки такой батареи перезаряд будут испытывать исправные аккумуляторы . Аккумуляторы с меньшей емкостью будут разрушаться и в процессе разрядки батареи . Эти аккумуляторы окажутся разряженными раньше , дальнейшая разрядка батареи может вызвать очень глубокий разряд таких аккумуляторов и даже их переполюсовку . При этом температура и давление внутри аккумуляторов будет повышаться , что может привести к их разрушению . В результате даже небольшое начальное различие емкости акумуляторов в батарее будет возрастать в процессе эксплуатации , и это может закончиться разрушением одного из аккумуляторов . Поэтому нужно стремится к тому , чтобы степень зарядки отдельных аккумуляторов была по возможности одинаковой . В идеальном случае каждый аккумулятор батареи должен заряжаться отдельно . Однако готовые батареи аккумуляторов часто имеют всего два вывода , поэтому заряжать можно только всю батарею сразу . В таком случае может оказаться полезным выравнивание (balancing) степени зарядки аккумуляторов . Выравнивание обязательно нужно производить для новой или глубоко разряженной батареи . Перед началом выравнивания контролируют напряжение на батарее . Если напряжение батареи менее 0.8 В / акк . ( т . е . в пересчете на каждый аккумулятор ), то производят зарядку до 0.8 В / акк . током примерно 0.1 С . Затем нужно произвести выравнивание , для чего следует полностью зарядить батарею током 0.3 С , ограничив процесс заряда временем 4.0…4.5 часов . Если батарея аккумуляторов долго не находилась в эксплуатации , то рекомендуется дополнительно произвести несколько циклов заряд — разряда стандартными методами .
Ссылки : [1] – http://pdfserv.maxim-ic.com/en/ds/DS2711-DS2712.pdf
[2] – http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3388.pdf
[3] – http://www.st.com/stonline/pr oducts/literature/an/2074.pdf [4] – ICS1700A.pdf
Ридико Леонид Иванович [email protected]
Блок питания — самостоятельное устройство, преобразующее переменный ток сети в напряжение, требуемое потребителю при заданном токе нагрузки.
Трансформаторные блоки питания — классический вариант блока питания, в основе которого лежит понижающий трансформатор, выпрямитель и фильтр, сглаживающий колебания (пульсации), а в случае стабилизованных блоков питания есть еще и стабилизатор напряжения.
Нестабилизированные блоки питания. Выходное напряжение зависит от тока нагрузки и напряжения в сети, поэтому используются только с приборами, для которых некритично наличие стабилизатора или он встроен в само устройство. Нестабилизированные блоки питания чувствительны к внешним помехам, обладают большим весом и низким КПД 25-50%.
Стабилизированные блоки питания. Выходное напряжение неизменно и не зависит от тока нагрузки, поэтому стабилизированные блоки питания используются с любыми приборами. Относительно невысокая цена, но большой вес и низкий КПД. Могут нагреваться.
Импульсные блоки питания принципиально отличаются от трансформаторных блоков питания, при этом сначала переменное входное напряжение выпрямляется, затем преобразуется в прямоугольные импульсы повышенной частоты. Стабилизация напряжения осуществляется за счёт управления длительностью импульсов и пауз между ними — широтно-импульсной модуляции, что позволяет поддерживать выходное напряжение на постоянном уровне вне зависимости от колебаний входного напряжения и величины нагрузки. При этом импульсные блоки питания обладают небольшими габаритами и весом, высоким КПД (более 90%). Расширенная сфера применения благодаря высоким значениям выходного тока. Примером импульсных БП могут служить блоки питания для ноутбуков.
Robiton предлагает пользователям универсальные блоки питания для ноутбуков мощностью 72, 90 и 120Вт. Они подойдут на замену оригинальных блоков питания производителей и пригодится как запасные блоки питания. Например, если приходится часто переносить ноутбук, то можно держать один блок питания дома, а другой – на работе. Благодаря набору из 8 входных разъемов, блоки питания Robiton для ноутбуков подходят к большинству моделей ноутбуков, представленных на российском рынке. Есть сетевые (100-240В) автомобильные (12В) версии универсальных блоков питания для ноутбуков.
Универсальные блоки питания подходят к большому количеству различных электроприборов и устройств. Переключение полярности и комплект из 8 сменных насадок позволяют выбрать нужную пользователю комбинацию.
Блоки питания с фиксированным напряжением подходят только для определенной области применения с заданными техническими характеристиками: выходное напряжение и ток, полярность, размер штекера.
Зарядные устройства
Стандартные зарядные устройства — это зарядные устройства небольшого размера, со штекером, подключаемые к сети напрямую. Время заряда определяется пользователем. Это простые и доступные устройства.
Зарядные устройства с таймером. По истечению установленного времени, таймер прерывает процесс быстрого заряда аккумуляторов, тем самым предотвращая перезаряд аккумуляторов.
Автоматические зарядные устройства — зарядные устройства нового поколения с микропроцессорной обработкой. Процесс заряда аккумуляторов становится чрезвычайно быстрым, легким и удобным, так как автоматические зарядные устройства сами определяют необходимое время заряда. А, значит, вам не нужно беспокоиться о степени заряда аккумуляторов и времени, когда устройство необходимо отключить от сети. Можно вставить аккумуляторы в зарядное устройство и забыть о них, до тех пор, пока они вам не понадобятся! Эти «умные» зарядные устройства сделают все за вас!
Микропроцессор отслеживает скачок напряжения ΔV и/или изменения некоторых других параметров и, когда аккумулятор будет полностью заряжен, переключает режим заряда с быстрого на режим заряда малым током. Заряд малым током (режим trickle charge ) означает, что аккумуляторы могут оставаться в зарядном устройстве с полной емкостью в течение длительного времени. Определение скачка напряжения ΔV позволяет предотвратить перезаряд аккумуляторов и продлить срок их службы.
У нас также можно купить: Таймеры, Сетевые фильтры, Инверторы
Производственное предприятие ООО Сандер Электроникс предлагает ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА/блоки питания для комплектования Вашей продукции.
При выборе зарядного устройства необходимо учитывать типы аккумуляторов и их свойства:
Любые типы аккумуляторов нельзя заряжать дешевыми нестабилизированными источниками питания. Зарядное устройство обязательно должно содержать в себе схему контроля напряжения аккумулятора и стабилизатор зарядного тока, а далее по выбору потребителя: таймер, контроль температуры аккумуляторов, зарядный процессор, начальный контроль аккумулятора, схему тренировки заряд-разряд аккумулятора, схему поддержания аккумулятора в заряженном состоянии длительное время и т.д.
Герметичные свинцово-кислотные (SLA) аккумуляторы можно контролировать по величине напряжения или зарядного тока. При превышении времени заряда они могут закипеть и опасно превысить давление внутри герметичного корпуса, переполюсоваться.
Никель-кадмиевые (Ni-cd) аккумуляторы обладают эффектом памяти, первые 3 цикла заряд-разряд должны быть полными.
Никель-металлгидридные (Ni-Mh) аккумуляторы и Никель-кадмиевые (Ni-cd) нельзя проконтролировать по напряжению или току. Поэтому обычные зарядные устройства для них не подходят. Либо надо вручную контролировать время заряда, но невозможно вручную определить, насколько аккумулятор разряжен и сколько нужно времени на его заряд. Контролировать такие аккумуляторы можно по температуре корпуса или, еще лучше, осуществлять микропроцессорный контроль особых всплесков на вольтамперной характеристике в процессе их заряда.
Ждем Ваших заказов по электронной почте [email protected], [email protected],
Аккумулятор является электрохимической системой, в которой реализуются функции накопителя электрической энергии. Они применяются в тех случаях, когда согласно условиям работы оборудования необходимо обеспечение автономного режима работы. В процессе зарядки электрическая энергия преобразуется в химическую, и система находится столь долго в равновесии, пока между электродами протекает пренебрежимо малый ток. При подключении контактов к потребителю электрической энергии (элементу с конечным электрическим сопротивлением) происходит обратный процесс: химическая энергия преобразуется в электрическую — при этом часть этой энергии превращается в тепло.
Мерой заряда, который аккумулятор может накопить в процессе зарядки, является емкость (это понятие следует отличать от электрической емкости конденсаторов), которая измеряется в ампер-часах. Полезный, отдаваемый аккумулятором заряд зависит от тока разрядки и первоначальной степени заряда. Различают следующие режимы разрядки:
В зависимости от типа разрядки аккумулятор проявляет различную емкость. Для всех разновидностей можно выделить закономерность уменьшения емкости с увеличением тока разрядки. Причиной тому является повышение потерь на внутреннем сопротивлении с одной стороны и с другой — тот факт, что химические реакции внутри аккумулятора протекают с ограниченной скоростью.
Отношение суммарной электрической энергии, выделившейся при разрядке аккумулятора, к затраченной на зарядку однозначно характеризует его коэффициент полезного действия. В зависимости от вида аккумулятора применяются различные способы зарядки.
При этом выделяют следующие способы зарядки:
зарядка при постоянном токе. Чтобы избежать перезарядки, должен быть предусмотрен соответствующий способ отключения: в простейшем случае используется таймер с фиксированной уставкой времени. Ток зарядки устанавливается на уровне С/10. При этом значение времени определяется произведением отношения емкости аккумулятора к току зарядки и поправочного коэффициента К. Этот способ зарядки, характеризующийся простотой реализации, но отличающийся относительно большой длительностью, долгое время применялся как основной, но сегодня уже не так распространен.
дельта-U: современные регуляторы процесса зарядки в качестве фактической контролируемой величины используют напряжение на аккумуляторе. Ток при этом должен оставаться постоянным. В процессе пополнения заряда растет дифференциальное сопротивление; при достижении полного уровня энергия более не может накапливаться — вследствие этого дифференциальное сопротивление начинает уменьшаться. Напряжение зарядки при этом достигает максимума и начинает уменьшаться. Наиболее выражен пик описываемой кривой в никель-кадмиевых аккумуляторах. В никель-металл-гидридных аккумуляторах максимум напряжения наблюдается только при достаточно высоких токах зарядки. При этом возможными критериями для окончания зарядки могут быть следующие:
o уменьшение напряжения зарядки после достижения его максимума;
o достижение максимума напряжения зарядки. Регулятор при этом рассчитывает первую производную кривой напряжения;
o изменение знака второй производной напряжения.
Первые два способа характеризуются незначительным перезарядом, а поэтому могут применяться только в никель-кадмиевых аккумуляторах, поскольку они менее чувствительно реагируют на перезаряд в сравнении с никель-металл-гидридными. Подобные метод позволяет реализовать достаточно быструю зарядку — она благотворно влияет на длительность жизни никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных аккумуляторов;
импульсный способ. Этот способ можно считать частным случаем зарядки при постоянном токе — так как процесс происходит посредством импульсов постоянного тока. При этом можно выделить следущие преимущества:
o напряжение зарядки может быть измерено в безтоковую паузу, посредством чего можно избежать ошибки результатов измерения;
o изменением периода и скважности импульсов (соотношение длительности импульса и безтоковой паузы) можно реализовать различные фазы зарядки, при этом не изменяя абсолютного значения тока.
Зарядка при постоянном напряжении: при этом способе напряжение зарядки сохраняется на постоянном уровне. Значение тока уменьшается с уменьшением разности между напряжением зарядного устройства и аккумулятора. В идеале этот ток должен уменьшиться до нуля, но на практике протекает остаточный ток, компенсирующий саморазрядку. Эта методика применяется в свинцовых и литий-ионных аккумуляторах.
IU способ зарядки: этот способ объединяет методы зарядки при постоянных токе и напряжении. На первой стадии зарядка проходит постоянном, регулируемом зарядным устройством токе. При этом в отличие от метода зарядки на постоянном напряжении удается избежать значительного начального тока. При достижении определенной величины напряжения на аккумуляторе система управления переключает заряжаемый объект на регулятор напряжения и дальнейшая зарядка протекает с постоянным напряжением. Ток при этом уменьшается самостоятельно. Применяется в свинцовых аккумуляторах и литий-ионных.
Виды аккумуляторов:
Свинцовые аккумуляторы: позитивный полюс выполнен из оксида свинца, а отрицательный — из губчатого свинца. В качестве электролита выступает 20-40%-ная серная кислота. Этот вид аккумуляторов характеризуется большими значениями допустимого кратковременного тока. В разряженном состоянии оба полюса состоят из сульфата свинца. Номинальное напряжение единичной ячейки такого вида равно 2 вольта — но колеблется в зависимости степени зарядки от 1,75 до 2,4 вольта. Подобного рода аккумуляторы нельзя разряжать до полной степени — поскольку это может привести к непоправимым негативным последствиям. Для зарядки следует применять регулятор, обеспечивающий надежное предупреждение перезарядки (и дальнейшее выделение газа). Свинцовые аккумуляторы имеют сравнительно длинный срок службы. Они могут производится в закрытом исполнении: ячейки сварены между собой — имеется только предохранительный клапан для соединения, а электролит находится не в текучем состоянии (достигается либо добавлением кремниевой кислоты — при этом электролит превращается в гель, отсюда и название — «гелевый»; либо стеклоткани, которая впитывает электрлит — аккмулятор на основе волокнистой ткани). Применение: автомобили, резервное энергоснабжение, аккумуляторы солнечных батарей.
Никель-кадмиевые аккумуляторы имеют напряжение ячейки 1,2 вольта, что ниже остальных разновидностей батарей (1,5 вольта). Тем не менее это не представляет проблемы, поскольку большинство бытовых потребителей учитывают возможность работы от батарей с низким уровнем (1 вольт). Электроды состоят из: положительный полюс — кадмий, отрицательный — NiOOH. В качестве электролита выступает гидроксид калия (30%). Рассматриваемые батареи содержат кадмий, и поэтому должны должным образом быть изолированы (в 2004 году европейская комиссия приняла соответсвующий закон, ограничивающий возможности технического использование ряда тяжелых металлов, в том числе и кадмия.). Недостатком рассматриваемой разновидности является эффект памяти, который выражается в гораздо более раннем падении напряжения на выводах аккумулятора по сравнению с номинальными характеристиками (что автоматически означает падение емкости). Этот эффект проявляется при нескольких циклах зарядки батареи со значительным остаточным зарядом — такой режим эксплуатации стимулирует образование кристаллов кадмия внутри ячейки; последние реагируют вследствие меньшей суммарной площади по сравнению с маленькими кристаллами значительно хуже — именно это вызывает преждевременный спад напряжения. Нужно добавить, что процесс образования кристаллов нельзя обратить путем полной разрядки. Особенно часто этот эффект проявлялся до недавнего времени в беспроводных телефонах — которые устанавливались на зарядку после короткого разговора. Применение: электрические инструменты, дистанционные пульты.
Никель-металл-гидридные аккумуляторы имеют явные преимущества в сравнении с рассмотренными выше никель-кадмиевыми батареями. В сравнении с последними они характеризуются двойной энергоотдачей и при этом имеют одинаковое напряжение. Срок жизни составляет примерно 500 циклов перезарядки. — немного меньше чем у никель-кадмиевых — но при однократном заряде в неделю — выходит жизненный цикл около 10 лет! Анод состоит из сплава, который может обратимо сохранять водород (в качестве такового чаще всего выступает La0.8-Nd0.2-Ni2.5-Co2.4-Si0.1). Электролит представляет 20% раствор едкого калия с pH 14. Гидроксид никеля образует катод. Плотность энергии в никель-металл-гидридной ячейке составляет 80 ватт-часов/на килограмм — почти столько же, сколько в щелочной марганцевой батарее и в два раза больше чем в упомянутой выше никель-кадмиевой. Диапазон емкости на момент написания статьи составляет от 1300 до 2500 мАч в формфакторе АА. Для величины ААА — 800мАч. Никель-металл-гидридые батареи применяются там, где необходим продолжительный постоянный ток: дрели, видеокамеры, игрушки. Например телескоп хабл Hubble — применял этот вид батарей для энергоснабжения и сохранения тока солнца.
Литий-полимерные аккумуляторы являются сравнительно новыми перезаряжаемыми накопителями энергии. Анодом в таких батареях служит фолия лития (металлический литий имеет наименьший потенциал -3,05, который обеспечивает наибольшую разность потенциалов среди всех разновидностей аккумуляторов). Катод состоит из оксида металла. Фактическое номинальное напряжение на клеммах батареи зависит от активной составляющей катода и может составлять от 1 до 4 вольт. Рассматриваемый вид батарей имеет выгодные массо-габаритные показатели, предопределяющие их использование в ноутбуках, мобильных телефонах, где весомым фактором выбора накопителя энергии является экономия места. Применяемый поначалу твердый электролит отдавал максимальную мощность только при температуре в 60 градусов — в современных батареях применяется гель, который обеспечивают максимальную энергоотдачу при комнатной температуре. Из за химических особенностей литий-полимерные аккумуляторы проявляют большую плотность энергии по сравненнии с литий-ионными. Технические данные: плотность мощности — 300Ватт/кг. Из за все еще значительных затрат на производство подобные аккумуляторы не получили еще широкого распространения, тем не менее из за впечатляющего соотношения масса/мощность применяются все чаще. Хранится должны при уровне заряда 50% — 70% состоянии.
Литий-ионные аккумуляторы отличаются прежде всего продолжительным сроком службы, выгодными массо-габаритными и мощностными параметрами; при этом у них полностью отсутствует эффект памяти. Литий-ионная ячейка имеет обычно номинальное напряжение 3,6 вольт и напряжение зарядки — 4 вольта. Подобный вид батарей очень чувствителен к перезаряду (они могут терять свои свойства или даже взрываться), поэтому их нельзя заряжать обычными видами зарядных устройств, применяемых для никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых аккумуляторов. При разрядке ниже 2,6 вольт они также становятся неэксплуатируемыми, поэтому для предотвращения выход из строя из-за саморазряда эти батареи рекомендуется хранить при начальной степени заряда 40% и температуре 15 градусов; при этом должна быть предусмотрена периодическая «дозарядка» до установленного уровня примерно один раз в полгода. Применяются в видеокамерах и ноутбуках.
Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме
РадиоКот >Схемы >Питание >Зарядные устройства >
| Теги статьи: | Добавить тег |
Зарядное устройство для Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Очень простое
Автор: Опубликовано 16.05.2006
Так, товарищи. Сейчас мы с вами будем заряжать аккумуляторы, просто, качественно, а главное — быстро. Для чего воспользуемся микросхемой MAX713 от компании MAXIM. Это специализированная микросхема, заточенная именно под зарядку указанных типов аккумуляторов.
Итак, что же она умеет — подходите ближе, сейчас увидите. Итак MAX713 позволяет:
Ну и хватит — и так вон сколько получилось. Как обычно, чтобы разговаривать предметно, смотрим на схему:
Вообще говоря, как мы помним еще со староглиняных времен, заряжать аккумуляторы рекомендовалось током 0,1С
, где С — емкость аккумулятора. Однако, с тех пор утекло много пива и производители научились делать более совершенные аккумуляторы, позволяющие учинять над собой такое безобразие, как быстрый заряд (Fast Charge). «It»s okey», говорят они — вы можете заряжать наши аккумуляторы гораздо большим током — главное не превышать значение 4С, иначе может случиться big-bada-bum.
Разумеется, чем больший зарядный ток используется в процессе зарядки, тем меньше времени нужно на эту самую зарядку. Однако, все же, увлекаться сильно не стоит — ток током, а долговечность аккумулятора тоже не последнее дело. Поэтому, в MAX713 реализован не только быстрый, но и медленный заряд (Trickle Charge
), который включается по достижении аккумулятором полного заряда большим зарядным током.
Схема, показанная выше позволяет заряжать два аккумулятора, ёмкостью по 1000мА/ч каждый, током С/2, то есть 500мА
. Имеется индикация включения питания —
HL1
и индикация быстрого заряда —
HL2
. Аккумуляторы включаются последовательно. Входное напряжение должно быть равно 6 вольтам. Вы еще тут? А ну бегом за паяльником!
Что? Вам надо заряжать четыре аккумулятора сразу? И не 1000мА/ч, а 1200? Ну ладно, тогда не бежим за паяльником, а слушаем дальше.
Как я уже говорил, эта микросхема позволяет заряжать до 16 аккумуляторов, током до 4С. Итак, что же от нас требуется, чтобы спроектировать зарядное устройство под наши конкретные цели?
Разумеется, не забудьте учесть при этом зарядный ток, который был выбран, а то может случиться так, что устройство отключится раньше, чем зарядится аккумулятор.
Собственно говоря и все. Дальше будут таблицы.
Таблица 1. Задание количества заряжаемых аккумуляторов.
| Количество аккумуляторов | Соединить PGM 1 с… | Соединить PGM 0 с… |
| 1 | V + | V+ |
| 2 | Не подсоединять | V+ |
| 3 | REF | V+ |
| 4 | BATT- | V+ |
| 5 | V+ | Не подсоединять |
| 6 | Не подсоединять | Не подсоединять |
| 7 | REF | Не подсоединять |
| 8 | BATT — | Не подсоединять |
| 9 | V+ | REF |
| 10 | Не подсоединять | REF |
| 11 | REF | REF |
| 12 | BATT- | REF |
| 13 | V+ | BATT- |
| 14 | Не подсоединять | BATT — |
| 15 | REF | BATT- |
| 16 | BATT- | BATT- |
Таблица 2. Задание максимального времени заряда.
| Время заряда (мин) | Выключение по падению напряжения | Соединить PGM 3 с… | Соединить PGM 2 с… |
| 22 | Выключено | V + | Не подсоединять |
| 22 | Включено | V + | REF |
| 33 | Выключено | V + | V+ |
| 33 | Включено | V + | BATT- |
| 45 | Выключено | Не подсоединять | Не подсоединять |
| 45 | Включено | Не подсоединять | REF |
| 66 | Выключено | Не подсоединять | V+ |
| 66 | Включено | Не подсоединять | BATT- |
| 90 | Выключено | REF | Не подсоединять |
| 90 | Включено | REF | REF |
| 132 | Выключено | REF | V+ |
| 132 | Включено | REF | BATT- |
| 180 | Выключено | BATT — | Не подсоединять |
| 180 | Включено | BATT- | REF |
| 264 | Выключено | BATT — | V+ |
| 264 | Включено | BATT — | BATT- |
См. так же: Хождение под мухой или две недели с MAX713.
| Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? | |
| 36 | 2 | 5 |
В наше время существует огромное количество типов зарядных устройств для никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металлогидридных (NiMH) аккумуляторов типоразмера АА или ААА. Существуют различные методики зарядки. Самая древняя и она же самая щадящая по отношению к аккумулятору — это зарядка стабильным током 0,1 от емкости, выраженной в ампер-часах до достижения напряжения на элементе 1,45-1,5 В, на что обычно требуется 12-14 часов.
Способы более быстрой зарядки большими токами часто оказываются губительными для здоровья аккумулятора, потому что должны индивидуально соответствовать конкретно взятому типу аккумулятора, что далеко не всегда реализуемо в зарядном устройстве: не станет же пользователь каждый раз перестраивать зарядное устройство или закупать абсолютно одинаковые аккумуляторы во всю аппаратуру, потому без крайней надобности быструю зарядку лучше не использовать. Если аккумулятор никель-кадмиевый, то перед зарядкой его нужно разрядить до напряжения 1 В, иначе он будет терять емкость, особенно, если каждый раз его заряжать не полностью разряженным, но такие аккумуляторы уже используются очень редко, на смену им приходят NiMH элементы, обладающие большей удельной емкостью и не склонные к эффекту памяти, однако имеющие значительно меньший ресурс количества циклов заряд-разряд. Существуют конечно фирменные зарядные устройства, учитывающие все нюансы правильного заряда аккумуляторов. Они определяют степень заряженности по напряжению на аккумуляторе или (и) по небольшому спаду напряжения в конце зарядки (дельта-U чувствительные устройства), контролируют они также и температуру аккумулятора. Но такие устройства очень дороги. Кроме того, готовые зарядные устройства часто заряжают последовательно соединенные 2 или 4 аккумулятора, что есть очень неправильно, поскольку при зарядке последовательно соединенных аккумуляторов практически невозможно обеспечить одинаковую степень их заряженности. Аккумуляторы часто имеют хоть и незначительный, но все же заметный разброс в параметрах, потому обеспечить их правильный заряд можно только контролируя процесс каждого аккумулятора отдельно.
Понятно, что изготовить в домашних условиях устройство, учитывающее все тонкости заряда практически невозможно — получится дороже готового фирменного. Таким образом, ставилась задача создать максимально простое зарядное устройство, которое будет однако абсолютно безопасным для здоровья аккумуляторов и максимально универсальным, подходящим для разных аккумуляторов, имеющихся в хозяйстве. Исходя из этого был выбран алгоритм зарядки стабильным током 200 мА для элементов типоразмера АА и 75 мА для аккумуляторов ААА. Степень заряженности определяется по напряжению на одном отдельно взятом аккумуляторе. Как показала практика, для здоровья аккумуляторов не страшно довольно значительное (-50 +100%) отклонение зарядного тока от положенных 0,1 от емкости. Намного опаснее недо- или перезаряд а также разная степень заряженности аккумуляторов, которые потом будут использоваться в одном устройстве. Исходя из таких соображений собрано зарядное устройство, схема которого приведена ниже.
Рис. 1. Схема зарядного устройства
Трансформатор Т1 понижает сетевое напряжение до 7-12 В, которое потом стабилизируется импульсным стабилизатором, реализованным на транзисторах Т1-Т4 на уровне 4,9В. При одновременной зарядке четырех аккумуляторов стабилизатор выдает ток около 1 А, но благодаря импульсному режиму работы теплоотводы транзисторам не требуются.
Делитель напряжения R8R9 создает опорное напряжение 1,4В, которое сравнивается с напряжением на аккумуляторе, который заряжается, компаратором на OP1. Резистор R7 в цепи обратной связи создает гистерезис около 0,05 В, благодаря чему после достижения напряжения на аккумуляторе 1,45В зарядка прекращается и не включается до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе не снизится до 1,35 В. Такой режим работы очень важен при кратковременных отключениях напряжения во время зарядки аккумуляторов: если зарядка не была завершена, то после возобновления электроснабжения она продолжится. Кроме того, устраняются повторные включения-отключения в конце зарядки.
Зарядный ток стабилизируется генератором стабильного тока на Т5 Т6, зарядный ток задается резистором R13. Пока напряжение на аккумуляторе не достигнет установленного порога, напряжение на выходе операционного усилителя практически равно напряжению питания, следовательно транзистор Т5 открыт, генератор стабильного тока работает, светодиод LED1 (оранжевый) светится, индицируя нормальный режим заряда. Когда напряжение на аккумуляторе повысится до 1,45 В, напряжение на выходе операционного усилителя снизится почти до 0, Т5 закроется, светодиод погаснет, зарядка прекратится. Особенностью схемы является то, что светодиод LED1 кроме функций индикации играет роль источника опорного напряжения для генератора стабильного тока.
Импульсный стабилизатор напряжения может использоваться один на несколько аккумуляторов (до 4 без теплоотвода на Т1, и до 8 с теплоотводом, при соответствующей мощности сетевого трансформатора и диодного моста). Количество модулей, обведенных линией и обозначенных на схеме А1 должно быть равно количеству одновременно заряжаемых аккумуляторов.
Сразу после сборки приступают к налаживанию устройства. Сначала подбирая сопротивление R5 в пределах сотен Ом, устанавливают напряжение стабилизации 4,9В, в точке, обозначенной на схеме. Проверяют стабильность напряжения, при изменении нагрузки от 20 мА до 1 А оно не должно изменяться более чем на 0,05В. Если планируется заряжать не более 2 аккумуляторов, верхний предел тока может быть 0,5 А. Проверяют, чтобы не перегревался транзистор Т1. Его сильный нагрев более 50-60oС говорит о неправильной работе стабилизатора. Потом проверяют образцовое напряжение 1,4 В, при необходимости подбирают сопротивление R9. Далее, установив в разъем разряженный аккумулятор, подбирают сопротивление R13 для обеспечения нужного зарядного тока. При использовании оранжевых светодиодов сопротивлению 3,6 Ом соответствовал зарядный ток 200 мА, при 10 Омах ток был 75 мА. На этом настройка закончена. Если зарядный ток не превышает 200 мА, то теплоотвод на Т6 не нужен.
Транзистор Т1 может быть любым высокочастотным, с небольшим напряжением насыщения эмиттер-коллектор в открытом состоянии. Ток коллектора должен быть более 2 А, напряжение эмиттер-коллектор не менее 40 В. В качестве этого транзистора также неплохо применить n-канальный ключевой полевой транзистор типа IRFZ44, IRF510, но тогда надо менять полярность подключения к диодному мосту на противоположную, а транзисторы Т2 и Т3 должны быть структуры n-p-n, например, КТ815 и КТ3102 соответственно, а Т4 — p-n-p, например, КТ3107. Диод D1 должен быть обязательно высокочастотным, можно с барьером Шоттки, например, 1N5819. Дроссель L1 мотают проводом диаметром около 0,8 мм (20 витков) на ферритовой чашке Б18-Б22 из феррита 1500-2500НМ с немагнитным зазором 0,1 мм. Можно с успехом использовать тороидальный сердечник из прессованного железного порошка (используются выходных в фильтрах компьютерных блоков питания). Дроссель L2 — марки ДПМ или любой готовый около 100 мкГн, обязательно на ток более 1А. Можно также намотать самому проводом не тоньше 0,8 мм на любой подходящий сердечник. Индуктивность этого дросселя может отличаться в большую сторону в несколько раз, важно, чтобы он имел очень маленькое сопротивление постоянному току. Операционный усилитель в данной конструкции применяется счетверенный, но если устройство будет на 2 аккумулятора, то можно применить и сдвоенный. Трансформатор любой сетевой, с напряжением на вторичной обмотке от 7 до 12 В, мощность примерно 1,5-2 Вт на каждый заряжаемый аккумулятор.
Диодный мост может использоваться любой подходящий на ток 1 А и более, можно и на отдельный диодах типа 1N4001. Вариант компоновки и печатной платы устройства на 4 аккумулятора (2 АА и 2 ААА) смотрите на фото.
Рисунок 2. Печатная плата
Рисунок 3. Компоновка внутри корпуса и внешний вид
Схема показана на рисунке в тексте. Напряжение 5V поступает от стандартного универсального зарядного устройства для стового телефона через соответствующий
разъем Х1 типа USB. Светодиод HL1 служит для индикации включенного состояния, потому что корпуса-вилки зарядных устройств, из-за своей облегченной конструкции, не всегда надежно держатся в штепсельных розетках, и на самих зарядных устройствах не всегда есть индикаторные светодиоды включенного состояния.
Рис. 1. Принципиальная схема приставки к блоку питания на +5В для зарядки NiCd и NiMH аккумуляторов.
На микросхеме А1 сделан стабилизатор тока, протекающего через заряжаемый аккумулятор GB1. В зависимости от емкости аккумулятора переключателем S1 переключаются резисторы R1, R2, R3, которыми регулируется величина стабилизации тока. Положения переключателя подписаны величинами номинальной емкости аккумуляторов.
Если аккумулятор другой емкости нужно переключатель установить в наиболее близкое значение. Можно заряжать как один аккумулятор, так и батарею из двух, последовательно включенных.
Вместо микросхемы КР142ЕН12 можно применить зарубежный аналог — LM317.
Разряжать изготовленным устройством один – два никель-кадмиевых аккумулятора трудно, так как сложно найти стабилитрон на напряжение стабилизации 2 В, при этом индикация отсутствует, так как большинство типов светодиодов начинают светить с 2,5 – 3 В.
Для этого варианта было изготовлено устройство на основе повышающего преобразователя напряжения (Рис. 2), нагрузкой которого служат два ярких белых светодиода HL1 и HL2.
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.
Преобразователь работает от 3 до 1,8 В, при этом потребляет 150 мА. Ниже 1,8 В (по 0,9 В на каждый аккумулятор) генерация срывается, ток снижается до 10 – 15 мА и зависит от сопротивления резистора R1, светодиоды HL1 и HL2 гаснут, ну вот и все, можно ставить аккумуляторы на зарядку.
Если нужно разряжать один аккумулятор, то диод VD1 следует применить германиевый, например Д9, Д18. Транзистор VT1 – кремневый, с напряжением насыщения коллектор – эмиттер 0,5 – 0,8 В и с постоянным током коллектора не менее 1 А, например КТ815, КТ817, КТ630, КТ831. Трансформатор Т1 намотан на ферритовом кольце с внешним диаметром 10 мм проницаемостью 1000 – 2000, содержит две обмотки – 30 витков в цепи базы и 50 витков в цепи коллектора, проводом диаметром 0,15 мм. Если при первом включении преобразователь не заработал – необходимо поменять местами выводы одной из обмоток трансформатора Т1.
[Примечание: в этом разделе часто задаваемых вопросов в основном рассматриваются вопросы о зарядных устройствах, предназначенных для аккумуляторов NiMH или NiCD.Он не распространяется конкретно на свинцово-кислотные, герметичные свинцово-кислотные (SLA) или литий-ионные зарядные устройства.]
В чем разница между быстрой зарядкой и быстрой зарядкой?
Оба термина по сути бессмысленны. В отрасли нет стандарта, поэтому производители могут использовать эти термины по-разному. Одна из проблем с такими терминами заключается в том, что время, необходимое для зарядки аккумулятора, зависит от емкости заряжаемого аккумулятора.Зарядное устройство, способное зарядить NiCD аккумулятор AAA стандартной емкости (180 мАч) всего за один час, может потребовать 8 часов для зарядки NiMH аккумулятора большой емкости (1500 мАч). Лучше игнорировать такие термины и сделать приблизительный расчет того, насколько быстро зарядное устройство может заряжать аккумуляторы. (Для этого вы можете использовать наш калькулятор времени зарядки аккумулятора . )
Вернитесь к началу страницыСколько времени потребуется зарядному устройству для зарядки аккумуляторов?
Довольно легко оценить, сколько времени это займет.Просто разделите емкость аккумулятора на скорость зарядки зарядного устройства, а затем увеличьте время примерно на 20%, чтобы учесть определенную неэффективность. Например, аккумулятор емкостью 1600 мАч потребует около 4 часов для полной зарядки зарядным устройством со скоростью заряда 500 мА. (1600 мАч / 500 мА x120%). Между прочим, этот пример применим к стандартной NiMH батарее AA и типичному «быстрому зарядному устройству». Имейте в виду, что частично разряженный аккумулятор будет заряжен за меньшее время.
Если это кажется слишком сложным, воспользуйтесь нашим калькулятором времени заряда батареи .
Вернитесь к началу страницыМожет ли зарядное устройство повредить аккумулятор (сократить срок его службы или уменьшить емкость)?
Да. Самая частая причина преждевременного выхода из строя батареи — перезарядка. Тип зарядных устройств, наиболее часто вызывающих перезарядку, — это так называемые «быстрые зарядные устройства» на 5 или 8 часов. Проблема с этими зарядными устройствами в том, что у них действительно нет механизма контроля заряда.Большинство из них представляют собой простые конструкции, которые заряжаются с полной скоростью в течение фиксированного периода времени, обычно пять или восемь часов, а затем отключаются или переключаются на более низкий уровень «струйной» зарядки. С этими зарядными устройствами при правильном использовании все в порядке. При неправильном использовании они могут сократить срок службы батареи несколькими способами.
Сначала предположим, что полностью заряженные или частично заряженные батареи вставлены в зарядное устройство. Зарядное устройство не может это почувствовать, поэтому оно полностью заряжает батареи, на которые оно было рассчитано.Нет ничего необычного в том, чтобы поместить частично заряженные батареи в зарядное устройство, поскольку довольно легко перепутать батареи и случайно вставить полностью заряженные батареи в зарядное устройство. Сделайте это несколько раз с одним из этих зарядных устройств, и емкость аккумулятора начнет падать.
Другая распространенная ситуация — цикл зарядки прерывается на этапе зарядки. Зарядное устройство отключают, чтобы посмотреть, насколько нагреваются батареи, или использовать электрическую розетку для чего-нибудь еще.Затем зарядное устройство снова подключается. К сожалению, это приведет к повторному запуску полного цикла зарядки, даже если предыдущий цикл зарядки был почти завершен.
Самый простой способ избежать этих сценариев — использовать интеллектуальное зарядное устройство, зарядное устройство с микропроцессорным управлением. Интеллектуальное зарядное устройство может определить, когда аккумулятор полностью заряжен, а затем, в зависимости от его конструкции, либо полностью отключить, либо переключиться на непрерывный заряд. В большинстве наших зарядных устройств используется микропроцессорное управление. Для получения конкретной информации см. Нашу сравнительную таблицу зарядных устройств .
Вернитесь к началу страницыЧто такое капельный заряд?
Теоретически капельный заряд — это скорость заряда, которая достаточно высока, чтобы поддерживать полностью заряженный аккумулятор, но достаточно низка, чтобы избежать перезарядки. Плата за обслуживание — это еще один способ описания постоянной зарядки. Определение оптимальной скорости непрерывного заряда для конкретной батареи немного сложно описать, но обычно считается, что она составляет около десяти процентов от емкости батареи, т.е. е. Оптимальная скорость непрерывной подзарядки Sanyo 2500 мАч AA NiMH не превышает 250 мА.Одна из причин, по которой вам важно понимать оптимальную скорость непрерывного заряда для зарядного устройства и аккумуляторов, заключается в компенсации саморазряда NiCD и NiMH аккумуляторов. Другая причина заключается в том, что перезарядка аккумулятора определенно сократит срок его службы. Хотя большинство производителей не рекомендуют оставлять батарею в зарядном устройстве на длительное время, многие люди оставляют свои батареи в зарядном устройстве на непрерывной подзарядке на несколько дней или недель, чтобы сохранить свои батареи «готовыми к использованию».Если вы знаете скорость непрерывного заряда, которую производит ваше зарядное устройство, и она составляет около одной десятой емкости аккумулятора или меньше, тогда все будет в порядке, если вы собираетесь делать это время от времени. Вообще говоря, вы не хотите оставлять зарядное устройство подключенным к сети без присмотра на длительное время.
Вредна ли непрерывная зарядка для аккумуляторов?
Многие производители аккумуляторов не рекомендуют длительную (за несколько месяцев) непрерывную зарядку. Если используется непрерывная зарядка, то скорость зарядки должна быть очень низкой или низкой или только прерывистой.Лучшие интеллектуальные зарядные устройства будут отправлять импульсный заряд аккумулятору только после того, как он зарядится. Они не применяют постоянную низкую ставку заряда. Некоторые реселлеры аккумуляторов заявляют, что применение непрерывной непрерывной подзарядки примерно на 1/10 емкости аккумулятора не является вредным. Однако мы не видели, чтобы производители аккумуляторов одобряли такую практику.
Лучше полностью зарядить батареи, а затем хранить их полностью заряженными в морозильной камере, чем оставлять их на непрерывной подзарядке на очень длительные периоды времени.
Вернитесь к началу страницыУменьшает ли быстрая зарядка срок службы батарей?
Несущественно. Если для этого используется правильно спроектированное интеллектуальное зарядное устройство, большинство никель-металлгидридных аккумуляторов можно перезарядить примерно за час без каких-либо повреждений или значительного сокращения их срока службы. Однако никель-металлгидридные аккумуляторы можно быстро заряжать только с помощью зарядного устройства, специально предназначенного для зарядки никель-металлгидридных аккумуляторов. Зарядные устройства, предназначенные для быстрой зарядки никель-кадмиевых аккумуляторов, могут перезарядить никель-металлогидридные аккумуляторы.Хотя может быть правда, что быстрая зарядка NiMH аккумуляторов может сократить срок службы аккумулятора на небольшую величину (вероятно, менее чем на 10%), это должно быть более чем компенсировано неудобством всегда медленной зарядки аккумуляторов.
Вернитесь к началу страницыВ чем разница между зарядным устройством для никель-металлгидридных аккумуляторов и зарядным устройством для никель-кадмиевых аккумуляторов.
Наибольшие различия заключаются в скорости заряда (насколько быстро зарядное устройство может заряжать батареи) и в управлении зарядкой (как заряд определяет, когда остановить заряд).Многие из недорогих зарядных устройств для NiMH аккумуляторов представляют собой просто зарядные устройства NiCd, которые были слегка модифицированы. Обычно 5-часовое зарядное устройство NiCd оснащено переключателем, который позволяет увеличить время зарядки с пяти до восьми часов. Таким образом, зарядное устройство NiCd на 5 часов превращается в зарядное устройство NiMh на 8 часов. Как мы упоминали выше, мы не рекомендуем этот тип зарядного устройства. Хотя зарядное устройство с таймером дешевле в производстве, чем интеллектуальное зарядное устройство, оно может привести к перезарядке и повреждению аккумулятора, если аккумуляторы часто заряжаются до того, как они разрядятся (то есть аккумуляторы используются в течение короткого времени, а затем полностью заряжаются снова. ).
Никель-металлогидридные интеллектуальные зарядные устройствабыли разработаны, чтобы определять, когда никель-металлгидридный аккумулятор полностью заряжен, а затем отключаться или переходить в режим непрерывной зарядки. Из-за более сложной схемы этот тип зарядного устройства стоит дороже, но должен продлить срок службы батареи . Некоторые из этих зарядных устройств лишь немного дороже «глупых» зарядных устройств. Мы настоятельно рекомендуем приобрести интеллектуальное зарядное устройство для ваших никель-металл-гидридных или никель-кадмиевых аккумуляторов.
Вернитесь к началу страницыМогу ли я использовать старое зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов для зарядки никель-металлгидридных аккумуляторов?
Ответ на этот вопрос зависит от типа зарядного устройства NiCd.В зависимости от типа используемого никель-кадмиевого зарядного устройства, старое зарядное устройство может не заряжать никель-металлогидридные батареи (скорее всего), заряжать их чрезмерно (что менее вероятно) или заряжать никель-металлогидридные батареи должным образом (но вряд ли это произойдет автоматически и займет очень много времени). Давайте посмотрим на три случая.
Многие из старых никель-кадмиевых зарядных устройств представляют собой простые зарядные устройства с синхронизацией по времени, которые заряжают батареи в течение фиксированного периода времени, а затем отключаются. К сожалению, поскольку никель-кадмиевые батареи имеют гораздо меньшую емкость, чем никель-металлогидридные батареи, таймер, вероятно, отключится задолго до того, как никель-металлогидридные батареи полностью зарядятся. Это не повредит батареи, но никель-металлгидридные батареи не будут полностью заряжены, поскольку таймер остановит цикл зарядки слишком рано.
Среди старых никель-кадмиевых зарядных устройств распространены также так называемые «ночные» зарядные устройства, которые заряжают аккумуляторы с низкой скоростью, пока зарядное устройство подключено к электросети. Зарядное устройство этого типа может полностью заряжать никель-металлогидридные аккумуляторы, но для этого может потребоваться очень много времени. Сделай так. Возможно, что старому зарядному устройству NiCd потребуется до 48 часов для полной зарядки новых NiMH аккумуляторов большой емкости! Этот тип зарядного устройства вряд ли повредит никель-металлгидридные батареи, если батареи не будут оставлены в зарядном устройстве на несколько недель, но это может быть не очень удобно в использовании.Если у вас есть такое зарядное устройство, вы можете определить, сколько времени вам понадобится для зарядки аккумуляторов, с помощью калькулятора, указанного выше.
Последняя возможность состоит в том, что старое зарядное устройство NiCd представляет собой быстрое зарядное устройство, которое заряжает никель-металлгидридные батареи, но не имеет необходимой схемы для остановки цикла зарядки после полной зарядки никель-металлгидридных аккумуляторов. Если зарядное устройство NiCd предназначено для зарядки аккумуляторов менее чем за два часа, это может быть именно этот тип. В этом случае существует риск того, что старое зарядное устройство перезарядит NiMH аккумуляторы.Это станет очевидным, если батареи сильно нагреются во время цикла зарядки. (NiMH аккумуляторы обычно нагреваются при полной зарядке, особенно при быстрой зарядке). Если никель-металлгидридные батареи становятся слишком горячими для использования и остаются в таком состоянии более 20 или 30 минут, то зарядное устройство, скорее всего, перезаряжает никель-металлгидридные батареи и может сократить их срок службы. Вы, скорее всего, столкнетесь с этим типом зарядного устройства, если оно предназначено для быстрой зарядки автомобильных аккумуляторов радиоуправления (RC).Мы не рекомендуем использовать быстрое зарядное устройство NiCD для зарядки NiMH аккумуляторов.
Вернитесь к началу страницыКакие батареи лучше: NiCD или NiMH?
Это действительно зависит от того, для чего вы собираетесь их использовать. Батареи NiCD обычно используются для электроинструментов, и по этой емкости они во многих отношениях превосходят батареи NiMH. Для цифровых устройств с высоким энергопотреблением, где вес имеет первостепенное значение, лучше всего подходят никель-металлгидридные батареи. NiMH батареи также считаются экологически чистым химическим составом батарей.NiCD токсичны, и их переработка обязательна.
Вернуться к началу страницы
Что такое зарядка аккумулятора или тренировка?
Когда вы намеренно разряжаете батарею до определенного минимального напряжения, а затем перезаряжаете ее, это называется кондиционированием или восстановлением батареи. Это также иногда называют упражнениями на батарейках. Это особенно важно для уменьшения того, что некоторые называют эффектом памяти, испытываемым при использовании никель-кадмиевых батарей, если вы обычно не полностью разряжаете их при каждом использовании.Для аккумуляторов NiCD это необходимо делать периодически, примерно каждые 10 циклов зарядки / разрядки или около того, иначе аккумуляторы начнут терять емкость. Для никель-металлгидридных аккумуляторов кондиционирование не требуется, чтобы уменьшить эффект памяти, потому что в этом типе аккумуляторов он незначителен. Однако восстановление очень удобно как для NiMH, так и для NiCD аккумуляторов, поскольку новые аккумуляторы не заряжаются, когда вы их получаете, и их необходимо заряжать и разряжать три-пять раз, прежде чем они достигнут своей полной емкости.Кроме того, время от времени кондиционирование перезаряжаемых батарей помогает гарантировать, что они прослужат вам годы или прослужат, и сэкономят вам как можно больше денег, прежде чем вы отправите их на переработку и получите новые.
Вернуться к началу страницы
Что такое канал заряда или цепь заряда?
Зарядные устройстваимеют один или несколько каналов зарядки, также называемых цепями зарядки. Каждый канал зарядки может заряжать одну или несколько батарей. Например, зарядные устройства типа AA и AAA обычно имеют четыре зарядные станции и два канала зарядки.Это означает, что каждый канал заряда заряжает две батареи в одной цепи. Вот почему вы видите, что многие люди рекомендуют хранить батареи в наборах, чтобы оптимизировать их зарядку. В основном это рекомендуется, потому что вы, вероятно, используете зарядное устройство с двумя батареями в каждом канале зарядки, например, наш TurboCharger 4000.
Вернуться к началу страницы
Что такое зарядная станция?
В зарядном устройстве для батареи зарядная станция — это место, куда вы помещаете батарею для ее подзарядки.Многие зарядные устройства имеют зарядные станции, которые подходят для аккумуляторов разных типов и размеров. Например, большинство зарядных устройств типа AA также поддерживают батарейки AAA, а некоторые «универсальные» зарядные устройства также могут работать с другими типами на той же зарядной станции. например, клетки AA, AAA, C и D. У универсальных зарядных устройств других типов есть адаптеры, которые входят в комплект или должны приобретаться отдельно, чтобы использовать батареи разных типов и размеров.
Что делает зарядное устройство «умным зарядным устройством»?
Любое зарядное устройство, использующее компьютерный чип для управления различными аспектами процесса зарядки, можно считать интеллектуальным зарядным устройством.Технически даже зарядное устройство, которое может определять и регулировать скорость зарядки на основе батареи, вставленной в зарядную станцию, может считаться интеллектуальным зарядным устройством, но все, что является либо ручным (постоянная скорость зарядки, пока оно подключено), либо использует таймер Чтобы управлять процессом зарядки, мы не рассматриваем настоящее умное зарядное устройство. Есть даже разные уровни умных зарядных устройств. Различные функции, которые работают вместе, иногда загадочным образом, потому что у аккумуляторов и зарядных устройств очень много переменных.Чтобы мы считали зарядное устройство для аккумулятора умным зарядным устройством, оно должно иметь общую функцию зарядки, известную как отрицательная дельта V. Отрицательная дельта V — это, по сути, технический метод для зарядного устройства, чтобы узнать, когда батарея достигла своей зарядной емкости, а затем выключить отключение зарядки или иногда переход в режим непрерывной зарядки. Другими функциями, которые способствуют «умному» статусу зарядных устройств, являются: Спасение батареи (реализовано различными способами, чтобы попытаться «отскочить» от чрезмерно разряженной батареи — i.е. менее 1,0 или 0,9 вольт — так что он будет заряжаться), датчики температуры, функции разряда и кондиционирования, функции тестирования батареи и даже таймеры, чтобы ограничить общую продолжительность заряда, поэтому, даже если вы оставите его подключенным, он сам поворачивается выключится через заданное время. Помните, что все производители считают свои зарядные устройства «умными» с некоторыми или всеми этими функциями, и все они не одинаковы !? Эй, мы тоже …
Вернуться к началу страницы
% PDF-1.4 % 1 0 obj> поток application / pdf Характеристики аккумуляторных батарей
Автор: Марк Венис Б.A.Sc., M.A.Sc., P.Eng.
Президент Vencon Technologies Inc.
В этой статье я обсуждаю два метода зарядки NiCd и NiMH — стандартный и капельный. Зарядное устройство «ночного времени», которое поставляется с большинством перезаряжаемых устройств, заряжается со скоростью C / 10 (показатель C — это часовая емкость аккумулятора, т. Е. Типичный никель-кадмиевый аккумулятор AA емкостью 600 мАч имеет показатель C 600 мА, а показатель C — это часовая емкость аккумулятора. C / 10 при 60 мА). Производитель не зря выбрал такую ставку.Если зарядное устройство использует более высокую скорость, ему придется определять, когда батареи полностью заряжены, и отключаться, иначе возникнет риск их повреждения. Это сделало бы зарядное устройство более сложным и, следовательно, более дорогим. Более низкие скорости зарядки, чем C / 10, излишне увеличивают время зарядки, и на самом деле при очень низких скоростях (ниже C / 50) батареи никогда не заряжаются полностью, независимо от того, как долго вы ждете.
Таким образом, скорость зарядки C / 10 представляет собой компромисс между простотой зарядного устройства и зарядкой аккумуляторов за приемлемое время.При скорости C / 10 аккумулятор полностью заряжается примерно через 14–16 часов. Если бы фактическая емкость аккумулятора была такой же, как его номинальное значение, а его эффективность зарядки составляла 100%, то для полной зарядки аккумулятора потребовалось бы всего 10 часов. Но фактическая емкость обычно больше номинальной, а эффективность зарядки всегда меньше 100%, поэтому от 14 до 16 часов зарядки C / 10 гарантирует полностью заряженный аккумулятор. На этом этапе любая дальнейшая зарядка приводит только к увеличению температуры и внутреннего давления в ячейке.Это не повреждает батареи, хотя ускоряет их износ и снижает их надежность.
Теперь, когда мы знаем, что такое стандартное зарядное устройство, как его использовать? Самое главное, следуйте инструкциям производителя. Типичный производитель рекомендует 15 часов зарядки для полной зарядки разряженного аккумулятора. Если ваша батарея разряжена только частично, вы можете пропорционально увеличить время зарядки. Например, аккумулятор, разряженный на одну треть, полностью зарядится всего за 5 часов.Если вы не знаете, в каком состоянии находится ваша батарея, вам следует зарядить ее в течение полных 15 часов. Что произойдет, если вы забудете отсоединить зарядное устройство и в итоге зарядите на сумму, превышающую требуемую? Если вы перезарядите всего на несколько часов, не волнуйтесь. Если оставить зарядное устройство подключенным на пару дней, это приведет к чрезмерной нагрузке на аккумуляторы. Если вы забывчивый или тревожный тип, возможно, вы захотите использовать таймер. Мне нравится использовать стандартный 24-часовой таймер безопасности, который используется для включения и выключения света, когда вас нет дома.Он продается практически везде, обычно меньше 10 долларов на распродаже. Чтобы использовать таймер со съемными контактами ВКЛ / ВЫКЛ для стандартной зарядки, сначала поверните циферблат времени до полуночи. Теперь вставьте штифт ВЫКЛ в положение 3 часа дня (15 часов) и удалите все оставшиеся штифты (рисунок 1). Теперь подключите зарядное устройство к таймеру, а таймер к розетке. Поверните переключатель включения / выключения на таймере, пока зарядное устройство не включится, и оставьте его в покое. Через 15 часов ваше зарядное устройство отключится и останется в таком состоянии. Если у вас есть таймер без съемных контактов, установите его, как указано выше, но вместо того, чтобы вставлять контакт ВЫКЛ в 15:00, установите контакт ВКЛ / ВЫКЛ (или, если контакты раздельные, контакты ВКЛ и ВЫКЛ вместе) в 14:30, чтобы Таймер включится в 14:30 и выключится в 15:00 (рисунок 2).Он будет работать так же, как таймер одного цикла, за исключением того, что в последующие дни зарядное устройство будет включаться на полчаса каждый день (на самом деле это преимущество, как мы увидим позже).
Рисунок 1.
Рисунок 2.
Я называю этот раздел «Капельная зарядка», потому что это термин, с которым мы все знакомы. Этот раздел действительно о том, чтобы ваши батареи оставались полностью заряженными. Подзарядка — это один из способов сделать это, а замена заряда — другой.Чтобы избежать путаницы, я буду использовать термин «непрерывная зарядка» для обозначения любого метода поддержания ваших аккумуляторов полностью заряженными.
Теперь, когда мы знаем, как полностью заряжать наши батареи, когда у нас возникает капельная зарядка? Если вы обычно заряжаете аккумуляторы за день до их использования, непрерывная подзарядка не требуется. Если, с другой стороны, вы похожи на меня и хотите, чтобы все ваши батареи были заряжены и готовы к работе, вам понадобится система непрерывной зарядки.
NiCd и NiMH элементы, как и все батареи, саморазряжаются.NiCd и NiMH на самом деле имеют относительно высокую скорость саморазряда около 1% в день при комнатной температуре (то есть элемент на 600 мАч теряет около 6 мАч каждый день). Целью непрерывной зарядки является замена постоянно истекающего заряда.
Капельная зарядка аналогична стандартной зарядке (т. Е. Использует непрерывный зарядный ток), но используется меньший ток, между C / 50 и C / 20 (т. Е. Между 12 мА и 30 мА для элемента 600 мАч). Эта скорость достаточно высока, чтобы поддерживать заряженную батарею полностью заряженной, и в то же время достаточно низкой, чтобы обеспечить непрерывную зарядку, сохраняя при этом температуру элемента и внутреннее давление элемента на безопасном уровне.
Поскольку я сомневаюсь, что в комплекте с вашей батареей идет капельное зарядное устройство, нам нужно проявить немного изобретательности, если мы хотим непрерывно заряжать наши батареи (или вы можете пойти и купить коммерческое капельное зарядное устройство). В нашем хобби используются три основных метода подзарядки.
Самый простой метод непрерывной зарядки (по крайней мере, для производителя) — просто снизить ток зарядки примерно до C / 40. Если зарядное устройство уже заряжается со стандартной скоростью C / 10, то все, что нужно сделать производителю, — это добавить резистор (и, возможно, переключатель для постоянного / стандартного режима и светодиодный индикатор заряда).Этот метод используется в большинстве зарядных устройств.
Если мы включим и выключим стандартное зарядное устройство C / 10 так, что оно будет работать только 10% времени, мы будем постоянно заменять любой потерянный заряд. Мы могли бы сделать это, выключив зарядное устройство C / 10 на одну секунду на девять секунд. Это похоже на метод, используемый Ultimate Battery Analyzer. Для производителя это сложнее, чем метод непрерывного тока, но проще для пользователя.Если мы переключим сторону переменного тока наших стандартных зарядных устройств, мы сможем одновременно заряжать все наши батареи. К сожалению, 24-часовой таймер безопасности не может включаться и выключаться достаточно быстро для этого метода, но он может делать что-то еще, как показано ниже.
Этот метод позволяет аккумулятору саморазрядиться в течение дня, а затем он заменяет потерянный заряд один раз в день. Это простой и недорогой метод. Установите таймер так, чтобы он включался хотя бы на полчаса каждый день.Подключите зарядные устройства к таймеру (здесь вам пригодится панель питания), а таймер — к розетке переменного тока. Каждый день ваши аккумуляторы будут заряжаться и будут готовы к работе.
Что произойдет, если вы случайно подключите полностью или частично разряженный аккумулятор к зарядному устройству? Преимущество метода 1 состоит в том, что он заряжает аккумулятор примерно за 3 дня (хотя это не рекомендуется, поскольку аккумулятор может не достичь максимальной емкости, вам всегда следует заряжать со скоростью C / 10).Способы 2 и 3 с их более медленной зарядкой могут занять больше месяца. Увеличение продолжительности включения в способах 2 и 3 сократит время зарядки, но за счет немного большего нагрева. Вы можете увеличить рабочий цикл метода 2 до 25% (1 секунда включения, 3 секунды выключения) с небольшими побочными эффектами. При рабочем цикле 25% полная зарядка займет в четыре раза больше времени, чем при скорости C / 10 (около 3 дней). Увеличение рабочего цикла метода 3 до 25% будет нагревать батарею в течение 6 часов каждый день.
Важным моментом при выборе метода является проверка того, что батареи находятся на подзарядке.Метод 2 имеет то преимущество, что вы можете видеть мигающие индикаторы зарядки и знать, что система работает. Метод 1 не потребляет достаточный ток от зарядного устройства, чтобы загореться его светодиоды, поэтому, если вы не установили дополнительные светодиоды зарядки, невозможно определить, заряжается ли аккумулятор на самом деле. Так как метод 3 включает зарядное устройство только на полчаса каждый день, трудно проверить его работу. Недостаток метода 1 состоит в том, что он является системой непрерывной зарядки и способствует миграции кадмия.Мы хотим избежать миграции кадмия, а импульсная зарядка (методы 2 и 3) уменьшают вероятность этого.
Какая система подзарядки подойдет вам лучше всего? Если у вас нет удобного метода импульсной зарядки, я рекомендую метод 3 из-за его простоты и экономичности (и это тот метод, который я использую).
Теперь давайте объединим стандартное зарядное устройство и зарядное устройство с постоянным током, чтобы собрать вашу собственную систему зарядки. Вы можете использовать таймер безопасности для зарядки батарей, а затем автоматически заряжать их.Вспомните, где для зарядки батарей использовался таймер без съемных контактов. В течение первых суток аккумуляторы заряжаются за 15 часов. В последующие дни аккумуляторы заряжаются еще полчаса. Это будет держать их полностью заряженными и готовыми к использованию. Вы можете сделать то же самое, используя таймер на один цикл. Просто вставьте контакт ON за полчаса до контакта OFF. Теперь вы можете уйти и забыть об этом.
Если вы знаете, что не собираетесь использовать аккумулятор более двух месяцев, снимите аккумуляторы с зарядного устройства и не забудьте полностью зарядить их перед использованием.Кроме того, даже если ваши батареи постоянно заряжаются, вам все равно необходимо проводить тест на полную разрядку примерно раз в месяц, чтобы убедиться в их состоянии. И последнее предостережение. Первые несколько раз, используя новую систему подзарядки, убедитесь, что батареи действительно полностью заряжены, прежде чем использовать их. В идеале вы должны измерить их емкость по крайней мере за день до их использования с помощью теста разрядки, а затем полностью зарядить их.
Я надеюсь, что эта информация даст вам немного больше знаний о зарядке аккумуляторов.
Аннотация: Электронное оборудование становится все меньше, легче и функциональнее благодаря технологическим достижениям и спросу со стороны клиентов. Результатом этих требований стал быстрый прогресс в технологии аккумуляторов и связанных с ними схем для зарядки и защиты аккумуляторов.
В течение многих лет никель-кадмиевые (NiCd) батареи были стандартом для небольших электронных систем.Несколько более крупных систем, таких как портативные компьютеры и мощные радиоприемники, работали на гелевых свинцово-кислотных аккумуляторах. В конце концов, сочетание экологических проблем и повышенного спроса на батареи привело к разработке новых технологий батарей: никель-металлогидридные (NiMH), перезаряжаемые щелочные, литий-ионные (Li +) и литий-полимерные. Эти новые аккумуляторные технологии требуют более сложных схем зарядки и защиты для максимальной производительности и обеспечения безопасности.
Никель-кадмиевые батареи уже давно являются предпочтительной технологией для перезаряжаемых батарей в портативном электронном оборудовании, и в некоторых отношениях никель-кадмиевые батареи все еще превосходят новейшие технологии.NiCd аккумуляторы имеют меньшую емкость, чем Li + или NiMH аккумуляторы, но их низкий импеданс является привлекательным в приложениях, где требуется высокий ток в течение коротких периодов времени. Например, в электроинструментах на неопределенный срок по-прежнему будут использоваться никель-кадмиевые аккумуляторные батареи.
Хотя NiMH аккумуляторы похожи на NiCd, они имеют большую емкость. Это преимущество в некоторой степени компенсируется более высокой скоростью саморазряда NiMH батареи — примерно вдвое больше, чем у NiCd, которая для начала относительно высока (около 1% емкости в день).Таким образом, никель-металлгидридные батареи не подходят для приложений, в которых ожидается, что батарея будет удерживать свой заряд в течение длительного времени.
NiMH аккумуляторы также отличаются от никель-кадмиевых аккумуляторов способом их быстрой зарядки. Оба типа могут быть быстро заряжены током, равным или превышающим емкость (C) в ампер-часах. Этот метод позволяет зарядить аккумулятор примерно за час или меньше. Из-за внутренних потерь аккумулятор, заряженный при температуре C в течение одного часа, не может достичь полной емкости. Для полной емкости необходимо либо заряжать в течение часа при температуре выше C, либо заряжать при температуре C более часа.Потери при зарядке зависят от скорости зарядки и от аккумулятора к аккумулятору.
При зарядке никель-кадмиевой батареи напряжение на ее клеммах достигает пика, а затем снижается по мере того, как батарея достигает своей емкости. Поэтому приложенный быстрый заряд должен прекратиться, когда это напряжение начинает падать (когда ΔV / Δt становится отрицательным). В противном случае зарядный ток обеспечивает избыточную энергию, которая воздействует на электролит батареи, диссоциируя воду на водород и кислород. Это приводит к повышению внутреннего давления и температуры и снижению напряжения на клеммах.Если быстрая зарядка продолжится, аккумулятор может вылететь (взорваться).
В качестве вторичной или резервной меры зарядные устройства NiCd и NiMH часто контролируют температуру батареи (в дополнение к ее напряжению), чтобы гарантировать, что быстрая зарядка завершится до того, как батарея будет повреждена. Быстрая зарядка должна прекратиться, когда ΔV / Δt NiCd станет отрицательным. Для NiMH аккумуляторов быстрая зарядка должна прекращаться, когда напряжение на клеммах достигает пика (когда ΔV / Δt стремится к нулю).
Капельная зарядка проста для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов.В качестве альтернативы быстрой зарядке использование небольшого тока утечки вызывает относительно небольшое повышение температуры, которое не представляет угрозы повреждения батареи. Нет необходимости прекращать непрерывный заряд или контролировать напряжение аккумулятора. Максимально допустимый ток утечки зависит от типа батареи и температуры окружающей среды, но C / 15 обычно безопасен для обычных условий.
Популярным недавним нововведением в технологии аккумуляторов стало появление литий-ионных (Li +) аккумуляторов.Батареи Li + имеют большую емкость, чем перезаряжаемые аккумуляторы предыдущих поколений, такие как NiCd и NiMH. Преимущество Li + над NiMH составляет всего от 10% до 30% при измерении емкости как энергии на единицу объема, но объемная емкость — не единственное свойство, которое следует учитывать; вес также важен в портативном устройстве. При измерении емкости как энергии на единицу массы Li + батареи явно превосходят (NiMH батареи относительно тяжелые). Поскольку они легче, Li + батареи имеют почти вдвое большую емкость на единицу массы.
Аккумуляторы Li + также имеют много ограничений. Они очень чувствительны к перезарядке и недозаряду. Вы должны зарядить до максимального напряжения, чтобы сохранить максимальную энергию, но чрезмерное напряжение может привести к необратимому повреждению Li + батареи, как и чрезмерный ток заряда или разряда. Разрядка аккумулятора также несет в себе предостережение: повторяющиеся разряды до достаточно низкого напряжения могут вызвать потерю емкости. Следовательно, для защиты аккумулятора схема управления должна ограничивать ток и напряжение аккумулятора при разрядке, а также при зарядке.Большинство литий-ионных аккумуляторов включают в себя схемы отключения при пониженном и повышенном напряжении. Другие типичные особенности включают предохранитель для предотвращения воздействия чрезмерного тока и выключатель, который размыкает цепь батареи, если высокое давление вызывает ее выход из строя.
В отличие от никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов, которым для зарядки требуется источник тока, аккумуляторы Li + необходимо заряжать с помощью комбинированного источника тока и напряжения. Для достижения максимального заряда без повреждений большинство зарядных устройств Li + поддерживают 1% допуск по выходному напряжению.(Небольшая дополнительная емкость, полученная при более жестком допуске, обычно не стоит дополнительных трудностей и затрат, необходимых для ее достижения.)
Для защиты аккумуляторная батарея Li + обычно включает полевые МОП-транзисторы, размыкающие цепь аккумулятора при пониженном или повышенном напряжении. Эти защитные полевые МОП-транзисторы также позволяют использовать альтернативный метод зарядки (применение постоянного тока без ограничения напряжения), при котором полевые МОП-транзисторы включаются и выключаются по мере необходимости для поддержания соответствующего напряжения батареи.Емкость аккумулятора помогает замедлить рост напряжения аккумулятора, но будьте осторожны: емкость аккумулятора сильно варьируется в зависимости от частоты, а также от аккумулятора к аккумулятору.
В некоторых приложениях периодические нагрузки могут превышать мощность основной батареи. Решением этой проблемы является установка дополнительной перезаряжаемой батареи для обеспечения избыточного тока во время переходного процесса при высокой нагрузке. Затем основная батарея заряжает вспомогательную батарею для подготовки к следующему переходному процессу.Небольшие ВЧ-устройства — хороший пример такой схемы. Этот тип устройства обычно работает от одной щелочной батареи AA, но нагрузка во время передачи слишком высока для батареи AA. Передатчик питается от дополнительной никель-кадмиевой батареи, и ее можно заряжать, когда передатчик выключен, а это большую часть времени.
Замена батареи NiCd AA на версию Li + увеличивает общий срок службы батареи без ущерба для необходимой емкости по току. Литий-полимерные (LiPo) батареи технологически эволюционировали из литий-ионных батарей.По сравнению со своими аналогами Li +, элементы LiPo имеют еще более высокую энергоемкость на единицу массы, меньшее последовательное сопротивление и обладают дополнительным преимуществом в виде механической гибкости. Эта гибкость позволяет разработчику батареи придать ей любую форму, удобную для применения.
Батареи LiPo имеют много общих характеристик с Li +, поэтому при их контроле необходимо проявлять такую же осторожность, чтобы максимизировать производительность и гарантировать безопасность.
У каждого химического состава батареи есть преимущества и недостатки; Выбор правильного химического вещества для каждого приложения требует тщательного планирования. Таблица 1 ниже суммирует параметры батарей для нескольких типов химикатов. Эту информацию следует рассматривать только как сводку, и рекомендуется использовать фактические данные от производителей аккумуляторов.
| Таблица 1. Химические параметры батареи | ||||||
| Параметр | Свинцово-кислотный | NiCd | NiMH | Щелочной | Литий-ионный | Литий-полимерный |
| Напряжение элемента (В) | 2.0 | 1,2 | 1,2 | 1,5 | 3,6 | 3,7 |
| Относительная стоимость | Низкий | Умеренная | Высокая | Очень низкий | Очень высокий | Очень высокий |
| Внутреннее сопротивление | Низкий | Очень низкий | Умеренная | Зависит от | Высокая | Низкий |
| Саморазряд (% / месяц) | от 2% до 4% | от 15% до 30% | от 18% до 20% | 0.3% | от 6% до 10% | 5% |
| Срок службы (циклы зарядки для достижения 80% номинальной емкости) | 500 до 2000 | от 500 до 1000 | 500 до 800 | Низкий | от 1000 до 1200 | > 1000 |
| Допуск перезарядки | Высокая | Средний | Низкий | Средний | Очень низкий | Очень низкий |
| Плотность энергии по объему (Втч / л) | от 70 до 110 | от 100 до 120 | 135 до 180 | 220 | 280 к 320 | ~ 400 |
| Плотность энергии по массе (Втч / кг) | от 30 до 45 | от 45 до 50 | от 55 до 65 | 80 | от 90 до 110 | от 130 до 200 |
Для сотовых телефонов и многих других устройств предпочтительный метод зарядки аккумулятора включает использование отдельного «зарядного устройства», в которое вы помещаете устройство или аккумулятор (как ребенок в колыбели).Поскольку зарядное устройство является отдельным, выделяемое им тепло вызывает меньшую озабоченность, чем было бы, если бы зарядное устройство было интегрировано в устройство.
Самая простая схема для использования в зарядном устройстве — это обычно зарядное устройство с линейным стабилизатором. Линейные регуляторы понижают разность напряжений (между источником питания постоянного тока и батареей) на проходном транзисторе, работающем в его линейной области (отсюда и название линейный регулятор). Однако рассеиваемая мощность (зарядный ток, умноженный на падение на этом транзисторе) может вызвать перегрев, если зарядное устройство ограничено небольшим пространством без воздушного потока.
Например, рассмотрим четырехэлементную никель-кадмиевую батарею, заряжаемую током 1 А. Никель-кадмиевые батареи обычно прекращают зарядку при напряжении примерно 1,6 В или 1,7 В на элемент, но напряжение может достигать 2 В на элемент, в зависимости от состояния аккумулятора и скорости его зарядки. Следовательно, напряжение источника постоянного тока должно быть больше 4 × 2 В = 8 В. Уровень напряжения ячеек в полностью разряженной батарее может составлять всего 0,9 В каждая; в этом случае напряжение аккумулятора составляет 4 × 0,9 В = 3,6 В. Если источник постоянного тока составляет 8 В, проходной транзистор видит 8 В — 3.6 В = 4,4 В.
При зарядке полностью разряженного аккумулятора рассеиваемая мощность составляет 4,4 Вт в зарядном устройстве и 3,6 Вт в аккумуляторе — эффективность всего 45%! Фактический КПД еще ниже, потому что напряжение источника постоянного тока должно быть выше 8 В, чтобы учесть падение напряжения в проходном транзисторе и допуск в источнике.
Линейное одноэлементное зарядное устройство Li + подходит для использования в базовом зарядном устройстве (, рис. 1, ). Он управляет внешним силовым транзистором (Q1), который понижает напряжение источника до напряжения батареи.На внешний транзистор приходится большая часть рассеиваемой мощности схемы; следовательно, температура регулятора остается относительно постоянной. Результат является более стабильной, внутренней ссылкой, что дает более стабильный предел батарея напряжения.
R1 и R3 определяют выходной ток. R1 определяет зарядный ток, а R3 устанавливает уровень, на котором ток регулируется.Ток на выходе ISET равен 1/1000 напряжения между CS + и CS-. Регулятор тока контролирует напряжение ISET на уровне 2 В; в этом случае ограничение по току [2000 / (R3 * R1)] составляет 1 А.
Контуры управления для пределов напряжения и тока имеют отдельные точки компенсации (CCV и CCI), что упрощает задачу стабилизации этих пределов. Клеммы ISET и VSET позволяют регулировать пределы тока и напряжения.
Для некоторых более крупных систем, включая портативные компьютеры, зарядное устройство встроено как часть системы.Эффективность зарядного устройства в такой конфигурации имеет решающее значение — не для обеспечения максимальной передачи энергии, а просто для минимизации тепловыделения. Тепло повышает температуру, а работа при повышенных температурах сокращает срок службы батареи. Поскольку это приложение требует высокой эффективности во всем диапазоне напряжений батареи, зарядное устройство должно полагаться на импульсный стабилизатор, рассеиваемая мощность которого относительно низка и не зависит от падения напряжения на входе и выходе.
Основным недостатком импульсных регуляторов является необходимость использования пассивного фильтра индуктивности / конденсатора, который преобразует коммутируемое выходное напряжение в уровень постоянного тока, подходящий для аккумулятора.В некоторых случаях емкости аккумулятора достаточно для замены конденсатора в этом фильтре; однако, как упоминалось ранее, емкость батареи может сильно варьироваться в зависимости от частоты. Тщательно охарактеризуйте его, прежде чем переходить к дизайну.
Еще один недостаток импульсных регуляторов — это шум, создаваемый их переключающим действием. Этой проблемы обычно можно избежать с помощью правильной разводки и экранирования. Для приложений, в которых следует избегать определенных частот, многие переключаемые зарядные устройства могут быть синхронизированы с внешним сигналом — возможность, которая позволяет вам смещать переключающий шум зарядного устройства от чувствительных полос частот.
Линейный регулятор обычно больше, чем эквивалентный импульсный стабилизатор, потому что он рассеивает больше энергии и требует большего радиатора. Следовательно, дополнительное время, необходимое для разработки более компактного и более эффективного коммутационного зарядного устройства, обычно оправдано. Одной из таких конструкций является зарядное устройство NiCd / NiMH с 4 элементами, показанное на Рисунке 2. В нем нет условий для прекращения заряда; он работает вместе с контроллером, который контролирует напряжение на батарее и отключает зарядное устройство при выполнении условий.Многие системы уже включают в себя контроллер, подходящий для этой цели. Если в вашей системе его нет, вам понадобится недорогой автономный микроконтроллер (µC), который включает встроенный аналого-цифровой преобразователь (ADC). Доступно несколько таких микроконтроллеров.
Помимо «выключенного», MAX1640 работает в одном из трех режимов, определяемых цифровыми входами D0 и D1: быстрая зарядка, импульсная подзарядка и подзарядка (, таблица 2, ). В режиме быстрой зарядки ток зарядки составляет 150 мВ, деленное на значение резистора для измерения тока (0,1 Ом), или 1.5А в данном случае. В режиме дополнительной зарядки напряжение на SET дает 25,4% тока быстрой зарядки, или в данном случае 381 мА. Ток в импульсном режиме подзарядки такой же, как и в режиме пополнения, но он импульсный с рабочим циклом 12,5%. Частота определяется резистором, подключенным к TOFF (68 кОм). В данном случае частота составляет 3,125 МГц / R3 = 46 Гц. Таким образом, средний импульсный ток составляет 0,125 × 381 мА = 47,6 мА.
| Таблица 2. Состояния зарядки MAX1640 | |||
| D0 | D1 | Режим | Выходной ток |
| 0 | 0 | выкл. | – |
| 0 | 1 | Пополнение баланса | V НАБОР / (13.3R Смысл ) |
| 1 | 0 | Импульсно-капельный заряд | V SET /( 13.3R SENSE ) (рабочий цикл 12,5%) |
| 1 | 1 | Быстрая зарядка | V REF /(13.3R SENSE ) |
Схема на рисунке 2 должна прекратить заряд, когда ΔV / Δt станет равным нулю или станет отрицательным (в зависимости от того, заряжается ли батарея NiMH или NiCd).Однако, если завершение не происходит, схема накладывает ограничение вторичного напряжения, чтобы предотвратить слишком высокое напряжение батареи. Как абсолютный максимум, напряжение зарядки для никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов не должно превышать 2 В на элемент или 8 В для 4-элементного аккумулятора в этой цепи. R6 и R7 устанавливают этот предел напряжения как V LIMIT = V REF [R7 / (R6 + R7)].
Аналогичная схема заряжает два Li + -элемента последовательно (, рис. 3, ). Он отличается в основном точностью своего зарядного напряжения, которое лучше, чем 1%, требуемый для литий-ионных аккумуляторов.Также в отличие от зарядного устройства, показанного на Рисунке 2, в этом зарядном устройстве используется n-канальный MOSFET для переключающего транзистора верхнего плеча. При включении напряжения истока и стока этого транзистора приблизительно равны V IN , но напряжение затвора должно быть выше, чем V IN , чтобы можно было использовать недорогие n-канальные полевые МОП-транзисторы. Этот повышенный привод затвора достигается за счет зарядки C7 и добавления его напряжения к V IN .
Зарядный ток для схемы, показанной на рисунке 3, определяется резистором измерения тока R1: 185 мВ / R1 = 925 мА для показанного значения 200 мОм. Этот ток можно линейно отрегулировать до более низких значений, изменяя напряжение на клемме SETI. Точно так же вы можете отрегулировать V OUT , изменяя напряжение на клемме VADJ. Поскольку изменение VADJ во всем диапазоне (от 0 В до 4,2 В) изменяет V OUT только на 10% (0,4 В на ячейку), вы можете достичь точности выхода лучше 1%, используя резисторы 1%.(Резисторы с точностью до одного процента ухудшают выходную точность всего на 0,1%.)
Клеммы CELL0 и CELL1 устанавливают количество ячеек батареи, как показано в Таблица 3 . (VL указывает уровень 5 В, который питает микросхему.) Зарядное устройство может обрабатывать до четырех последовательных элементов Li +. Хотя это не показано на рисунке 3, MAX745 также может прекратить зарядку при достижении предела температуры, контролируемого термистором. Когда температура батареи превышает этот предел (определяемый внешним резистором и термистором, подключенным к клемме THM / активный низкий уровень SHDN), зарядное устройство отключается.Гистерезис, связанный с этим порогом, позволяет системе возобновить зарядку, когда снижение температуры батареи приводит к падению напряжения THM / активного низкого напряжения SHDN на 200 мВ ниже порогового значения 2,3 В.| Таблица 3. Настройка подсчета ячеек для MAX745 | ||
| ЯЧЕЙКА 0 | ЯЧЕЙКА1 | Количество ячеек |
| ЗЕМЛЯ | ЗЕМЛЯ | 1 |
| VL | ЗЕМЛЯ | 2 |
| ЗЕМЛЯ | VL | 3 |
| VL | VL | 4 |
Умные батареи представляют собой новую технологию, которая помогает дизайнерам и потребителям.Интеллектуальные аккумуляторные блоки включают в себя контроллер, который может «разговаривать» через свой последовательный порт, чтобы сообщить внешнему зарядному устройству, какой режим зарядки требуется для аккумулятора. Такая компоновка помогает дизайнерам, поскольку они могут разработать единое зарядное устройство, способное работать со всеми батареями, соответствующими стандарту интеллектуальных батарей.
Умные батареи также приносят пользу потребителям, которые могут заменить данную батарею независимо от ее типа, если такая замена совместима с интеллектуальной батареей. Спецификация интеллектуальной батареи позволяет любому производителю участвовать на рынке, и в результате конкуренция приводит к стандартным продуктам и более низким ценам.
Спецификация интеллектуальной батареи была определена консорциумом компаний, производящих батареи, компьютеры и сопутствующие товары. Он определяет способ подключения аккумуляторной батареи к хост-системе и способ связи с хостом. Он обменивается данными через двухпроводной последовательный интерфейс, известный как шина управления системой (SMBus), который является производным от протокола I²C. Уже доступна большая база микроконтроллеров, совместимых с I²C, способных управлять периферийными устройствами на шине SMBus.
Умные аккумуляторы также представляют собой элегантное решение проблемы измерения уровня топлива.В системе, работающей от обычных некоммуникационных батарей, хост знает состояние батареи только тогда, когда она полностью заряжена или разряжена. С другой стороны, интеллектуальные батареи запоминают свой уровень заряда. Когда такие батареи включаются и выключаются из хоста, указатель уровня топлива может поддерживать тот же уровень точности, что и при непрерывной работе.
В зарядном устройстве, совместимом с интеллектуальной батареей, показанном на рис. 4 , ИС контроллера включает интерфейс SMBus, который позволяет ему обмениваться данными с главным компьютером и заряжаемой интеллектуальной батареей.Поскольку импульсный стабилизатор и его небольшой энергоэффективный резистор для измерения тока не могут обеспечить разрешение 1 мА (мин) по току зарядки, первые 31 мА (5 младших разрядов) выходного тока подаются от внутреннего линейного источника тока.
Для сохранения высокого КПД (89%) система активирует импульсный источник тока, если он запрограммирован на выходные токи 32 мА или более.тем не менее, линейный источник остается включенным, чтобы гарантировать монотонность выходного тока независимо от значения резистора считывания тока или смещения в усилителе считывания тока. Транзистор Q1 снимает нагрузку с сильно рассеиваемой мощности во внутреннем линейном регуляторе, которая возникает, когда входное напряжение намного больше, чем напряжение батареи. База Q1 находится примерно на 5 В ниже входного напряжения. Напряжение на внутреннем источнике тока менее 5 В; следовательно, рассеиваемая мощность в источнике тока остается ниже 160 мВт.
Диод (D3) включен последовательно с индуктором, чтобы предотвратить протекание обратного тока из батареи. Высокая частота переключения MAX1647 (250 кГц) позволяет использовать небольшую катушку индуктивности. Схема принимает входные сигналы с напряжением до 28 В и обеспечивает выбираемые по выводу максимальные выходные токи 1 А, 2 А и 4 А.Мы рекомендуем покупать топливо только для выполнения работы. Всегда проверяйте дату на дне банки перед покупкой или использованием топливного элемента, чтобы убедиться, что срок годности не истек.
Технология La Crosse BC1000 Alpha Power — лучший вариант для людей, которые хотят внимательно отслеживать и настраивать производительность своих батарей , и не обращайте внимания на дополнительное время и усилия, которые потребуются для этого.Это перебор для большинства людей, но если вы не привередливы к внешнему виду или индикаторам уведомлений и готовы доплатить за дополнительные возможности, которые предлагает это зарядное устройство, — настраиваемая скорость зарядки, а также режимы разрядки, обновления и тестирования. — это зарядное устройство для вас.
Alpha Power показал себя так, как мы и ожидали. В нашем тесте емкости мы измерили 2081 мАч и 2098 мАч от двух протестированных нами батарей, что было аналогично результатам других тестируемых нами зарядных устройств.Он может заряжать от одной до четырех батарей одновременно, а его экран четко показывает, когда батареи вставлены правильно. На него также распространяется гарантия сроком на один год, что на девять месяцев дольше, чем у Panasonic.
Как мы объясняем в разделе по уходу и техническому обслуживанию, вы можете сделать несколько вещей, чтобы максимизировать производительность и долговечность ваших аккумуляторных батарей, а Alpha Power — лучшее зарядное устройство, которое мы нашли, которое позволяет вам предпринимать эти дополнительные действия. Над каждым слотом батареи на экране отображается напряжение, сила тока в мА, время, прошедшее (часы) во время зарядки или разрядки, а также накопленная емкость в Ач или мАч.
Скорость зарядки Alpha Power по умолчанию составляет 200 мА, но вы также можете установить ток на 500, 700 или 1000 мА (для четырех батарей) или 1500 или 1800 мА (для двух батарей), если хотите. Установленный на 200 мА, потребовалось около 6 часов, чтобы зарядить две батареи AA от разряженных до полностью заряженных в нашем тестировании, но, как и другие наши выборы, потребовалось всего 1,5 часа при установке на 1000 мА.
Это зарядное устройство уникально среди наших продуктов тем, что в нем есть режим обновления, позволяющий полностью заряжать, разряжать и перезаряжать аккумуляторы, которые вы нечасто используете.Это приятно, так как большинство аккумуляторов разлагаются, если не использовать их в течение шести или более месяцев. Его режим разряда также позволяет вам вручную разряжать батареи, а его тестовый режим измеряет их емкость, заряжая их, разряжая их и отображая измерение емкости.
В отличие от Panasonic, это зарядное устройство не имеет индикаторов, сообщающих вам о состоянии зарядки каждой батареи, но, поскольку Alpha Power сообщает вам скорость зарядки и прошедшее время, вы все равно можете приблизительно рассчитать, когда ваши батареи будут готовы.