Felfedezett egyszerű Ni-Cd akkumulátortöltő áramkörök

A bejegyzés egy egyszerű NiCd töltő áramkört tárgyal, automatikus túltöltés elleni védelemmel és állandó árammal.

A nikkel-kadmium cellák helyes feltöltése esetén szigorúan ajánlott a töltési folyamat leállítása vagy leállítása, amint eléri a teljes töltöttségi szintet. Ennek be nem tartása hátrányosan befolyásolhatja a cella élettartamát, jelentősen csökkentve annak tartalék hatékonyságát.

Az alábbiakban bemutatott egyszerű Ni-Cad töltőáramkör hatékonyan megoldja a túltöltési kritériumot azáltal, hogy olyan szolgáltatásokat tartalmaz, mint az állandó áramú töltés, valamint az áramellátás megszakítását, amikor a cella terminál eléri a teljes töltési értéket.

Főbb jellemzők és előnyök

• Automatikus kikapcsolás teljes töltöttségi szinten
• Állandó áram a töltés során.
• LED jelzés a teljes töltés kikapcsolásához.
• Lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy további szakaszokat adjon hozzá akár 10 NiCd-elem egyidejű töltéséhez.

Kördiagramm

Hogyan működik

Az itt részletezett egyszerű konfiguráció egyetlen 500 mAh 'AA' cella feltöltésére szolgál, ajánlott töltési sebessége megközelíti az 50 mA-t, ennek ellenére kényelmesen testre szabható olcsón, hogy több cellát együtt töltsön, pontozott vonalakkal megismételve a területet.

Az áramellátás tápfeszültségét transzformátor, hídirányító és 5 V-os IC szabályozó veszi fel.

A cellát egy T1 tranzisztor tölti fel, amely állandó áramforrásként van kialakítva.

A T1-et viszont egy feszültség-komparátor vezérli, az N1 TTL Schmitt ravaszt használva. A cella töltése alatt a cella terminálfeszültsége körülbelül 1,25 V körül van tartva.

Úgy tűnik, hogy ez a szint alacsonyabb, mint az N1 pozitív kiváltási küszöbértéke, ami magasan tartja az N1 kimenetét, és az N2 kimenete alacsony lesz, lehetővé téve a T1 számára, hogy az R4 / R5 potenciálosztón keresztül megkapja az alap előfeszültséget.

Amíg a Ni-Cd cella feltöltődik, a D1 LED világít. Amint a cella a teljes töltöttségi szint közelébe ér, a terminálfeszültsége megközelítőleg 1,45 V-ra emelkedik. Emiatt az N1 pozitív kiváltó küszöbértéke emelkedik, ami az N2 kimenetének magasra emelkedését eredményezi.

Ez a helyzet azonnal kikapcsolja a T1-et. A cella leállítja a töltést, és a D1 LED is kikapcsol.

Mivel az N1 pozitív aktiválási határértéke megközelítőleg 1,7 V, és egy adott tűrés szabályozza, R3 és P1 beépítésre kerül, hogy 1,45 V-ra változtassák. A Schmitt-trigger negatív kiváltási határértéke 0,9 V körül van, ami történetesen alacsonyabb mint egy teljesen lemerült cella terminálfeszültsége.

Ez azt jelenti, hogy egy lemerült cella összekapcsolása az áramkörben soha nem fogja elindítani a töltést, hogy automatikusan elinduljon. Ezért egy S1 indítógombot tartalmaz, amely megnyomásakor az NI bemenete alacsony lesz.

Ha több cellát szeretne tölteni, akkor az áramkör pontozott mezőben feltüntetett részét külön meg lehet ismételni, egy-egy elemenként.

Ez biztosítja, hogy a cellák kisülési szintjétől függetlenül mindegyik külön-külön a megfelelő szintre kerüljön.

NYÁK tervezés és alkatrész átfedés

Az alábbi NYÁK-kialakításban két szakasz duplikálódik, hogy két Nicad-cellát egyidejűleg tölthessenek fel egyetlen tábláról.

Ni-Cad töltő ellenállással

Ez a bizonyos egyszerű töltő olyan alkatrészekkel építhető fel, amelyek szinte minden kivitelező szemétkosárban láthatók. Az optimális élettartam (a töltési ciklusok száma) érdekében a Ni-Cad akkumulátorokat viszonylag állandó árammal kell tölteni.

Ezt gyakran meglehetősen egyszerűen úgy lehet megvalósítani, hogy az ellenálláson keresztül töltjük az akkumulátor feszültségénél sokszor nagyobb tápfeszültségről. Az akkumulátor feszültségének változása a töltés során valószínűleg minimális mértékben befolyásolja a töltési áramot. A javasolt áramkör csak egy transzformátort, dióda egyenirányítót és soros ellenállást tartalmaz, amint az az 1. ábrán látható.

A hozzá tartozó grafikus kép megkönnyíti a szükséges soros ellenállás értékének meghatározását.

A transzformátor feszültségén a függőleges tengelyen vízszintes vonal húzódik, amíg az keresztezi az akkumulátor meghatározott feszültségvezetékét. Ezután az a pont, amelyet ettől a ponttól függőlegesen lefelé húztak, hogy megfeleljen a vízszintes tengelynek, ezt követően megadja nekünk a szükséges ellenállás értéket ohmban.

Például a szaggatott vonal azt mutatja, hogy ha a transzformátor feszültsége 18 V és a töltendő Ni-Cd akkumulátor 6 V, akkor az ellenállás értéke 36 ohm körül lesz a tervezett áramszabályozásnál.

Ez a jelzett ellenállás a számítások szerint 120 mA-t szolgáltat, míg néhány más töltőáram esetén az ellenállás értékét megfelelően csökkenteni kell, pl. 18 ohm 240 mA-nél, 72 ohm 60 mA-nél stb. D1.

NiCad töltőáramkör automatikus áramszabályozással

A nikkel-kadmium akkumulátorok általában állandó áramot igényelnek. Az alábbiakban bemutatott NiCad töltőáramkör úgy van kifejlesztve, hogy 50 mA-t szállítson négy 1,25 V-os cellához (AA típus), vagy 250 mA-t négy, 1,25 V-os cellához (C típusú), amelyek sorba vannak kapcsolva, bár egyszerűen módosítható más töltési értékekre.

A tárgyalt NiCad töltőáramkörben az R1 és R2 a terhelés nélküli kimeneti feszültséget kb. 8 V-ra rögzíti.

A kimeneti áram R6 vagy R7 segítségével halad, és emelkedésével a Tr1 tranzisztor fokozatosan bekapcsol.

Ez okozza a pontot Y a Tr2 tranzisztor bekapcsolása és a Z pont kevésbé kevésbé pozitívvá válása.

A folyamat következésképpen csökkenti a kimeneti feszültséget, és hajlamos az áram csökkentésére. Végül elér egy egyensúlyi szintet, amelyet az R6 és R7 értéke határoz meg.

A D5 dióda gátolja a töltendő akkumulátort, biztosítva az áramellátást az IC1 kimenethez, ha a 12 V kiesik, ami egyébként súlyos károkat okozhat az IC-ben.

Az FS2 beépítve van, hogy megvédje a töltés alatt lévő akkumulátorokat.

Az R6 és R7 kiválasztása valamilyen próba és hiba útján történik, ami azt jelenti, hogy szüksége lesz egy megfelelő tartományú ampermérőre, vagy ha az R6 és R7 értékek valóban ismertek, akkor a rajtuk lévő feszültségesést Ohm törvénye alapján lehet kiszámítani.

Ni-Cd töltő egyetlen op erősítővel

Ezt a Ni-Cd töltő áramkört szabványos AA méretű NiCad akkumulátorok töltésére tervezték. Speciális töltőt többnyire a NiCad cellákhoz ajánlanak, mivel rendkívül alacsony belső ellenállással rendelkeznek, ami megnövekedett töltési áramot eredményez, még akkor is, ha a használt feszültség csak valamivel magasabb.

A töltőnek ezért tartalmaznia kell egy áramkört, amely a töltési áramot a megfelelő határértékre korlátozza. Ebben az áramkörben a T1, D1, D2 és C1 úgy működik, mint egy hagyományos lépcsőzetes, leválasztó, teljes hullámú egyenirányító és egyenáramú szűrő áramkör. A további részek a jelenlegi szabályozást kínálják.

Az IC1-et komparátorként alkalmazzák, külön Q1 pufferlépcsővel, amely viszonylag nagy kimeneti áram funkcionalitást biztosít ebben a kialakításban. Az IC1 nem invertáló bemenetét 0,65 V: R1 és D3 kapcsolaton keresztüli referenciafeszültséggel látják el. Az invertáló bemenet R2-n keresztül nyugalmi áramszinteken belül csatlakozik a földhöz, így a kimenet teljesen pozitív lesz. Ha a kimeneten egy NiCad-cella van csatlakoztatva, egy nagy áram erőfeszítéseket tehet az R2-n keresztüli erőfeszítésekre, ami egyenértékű feszültség kialakulását eredményezheti az R2-ben.

Lehet, hogy csak 0,6 V-ra növekszik, ennek ellenére az ezen a ponton növekvő feszültség megfordítja az IC1 bemenetek bemeneti potenciálját, ami a kimeneti feszültség csökkenését eredményezi, és az R2 körüli feszültséget 0,65 V-ra csökkenti. A legnagyobb kimeneti áram (és a kapott töltési áram) ennek eredményeként 0,65 V-val 10 ohmos feszültségen, vagy egyszerűen mondva 65 mA-nél keletkezett áram.

A legtöbb AA NiCad cella optimális előnyös töltőárama nem haladja meg a 45 vagy 50 mA-t, és ennél a kategóriánál az R2-t 13 ohmra kell növelni, hogy megfelelő töltőáramot kapjon.

Néhány gyorstöltő változat működhet 150 mA-vel, és ehhez az R2-t 4,3 ohmra kell csökkenteni (3,3 ohm plusz 1 ohm sorozatban, ha ideális alkatrészt nem lehet beszerezni).

Ezenkívül a T1-et 250 mA-es áramerősségű változatra kell fejleszteni, és a Q1-et egy apró, csavaros bordás hűtőbordával kell felszerelni. A készülék akár négy cellát is képes könnyen feltölteni (6 cellát, ha a T1 12 V-os típusra frissül), és mindezeket a kimeneten, nem párhuzamosan, sorosan kell csatlakoztatni.

Univerzális NiCad töltő áramkör

Az 1. ábra az univerzális NiCad töltő teljes kapcsolási rajzát mutatja be. Áramforrást fejlesztenek ki a T1, T2 és T3 tranzisztorok segítségével, amelyek állandó töltőáramot kínálnak.

Az áramforrás csak akkor válik aktívvá, ha a NiCad cellák a megfelelő módon vannak csatlakoztatva. Az ICI úgy van elhelyezve, hogy ellenőrizze a hálózatot a kimeneti terminálok közötti feszültség polaritásának ellenőrzésével. Ha a sejtek megfelelően vannak felszerelve, az IC1 2. csapja nem képes olyan pozitívra fordulni, mint a 3. tűn.

Ennek eredményeként az IC1 kimenet pozitív lesz, és egy alapáramot táplál a T2-re, amely bekapcsolja az áramforrást. Az aktuális forráskorlát az S1 segítségével rögzíthető. Az R6, R7 és RB értékeinek meghatározása után 50 mA, 180 mA és 400 mA áramot lehet előre beállítani. Az S1 elhelyezése az 1. pontban azt mutatja, hogy a NiCad-cellák tölthetők, a 2. pozíció a C-celláknak szól, a 3. pozíció pedig a D-celláknak van fenntartva.

Egyéb alkatrészek

TR1 = transzformátor 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3 helyzetkapcsoló
S2 = 2 helyzetkapcsoló

A jelenlegi forrás egy nagyon alapelv alapján működik. Az áramkör úgy van bekötve, mint egy aktuális visszacsatoló hálózat. Képzeljük el, hogy az S1 az 1. pozícióban van, és az IC1 kimenet pozitív. A T2 és a 13 most kezdi megkapni az alapáramot, és elindítja a vezetést. Az ezeken a tranzisztorokon keresztüli áram R6 körüli feszültséget képez, amely a T1 működésbe lép.

Az R6 körül növekvő áram azt jelzi, hogy a T1 nagyobb erővel képes vezetni, ezáltal minimalizálva a T2 és T3 tranzisztorok alap meghajtó áramát.

A második tranzisztor ezen a ponton kevésbé képes vezetni, és a kezdeti áramemelkedés korlátozott. Így az R3 és a hozzá kapcsolódó NiCad cellák segítségével viszonylag állandó áram jön létre.

Az áramforráshoz csatlakoztatott néhány LED bármely pillanatban jelzi a NiCad töltő működési állapotát. Az IC1 pozitív feszültséget táplál, ha a NiCad cellák a megfelelő módon fel vannak kapcsolva, és megvilágítják a D8 LED-et.

Ha a cellák nincsenek megfelelő polaritással csatlakoztatva, akkor az IC1 2. érintkezőjénél a pozitív potenciál magasabb lesz, mint a 3. tű, aminek következtében az op amp komparátor kimenete 0 V lesz.

Ebben a helyzetben az áramforrás kikapcsolva marad, és a D8 LED nem világít. Ugyanez a feltétel akkor fordulhat elő, ha egyetlen cellát sem csatlakoztatnak a töltéshez. Ez azért történhet meg, mert a D10-es feszültségesés miatt a 2-es érintkezőnek nagyobb lesz a feszültsége, mint a 3-as pólusban.

A töltő csak akkor aktiválódik, ha egy legalább 1 V-os cellát csatlakoztatnak. A D9 LED azt mutatja, hogy az áramforrás áramforrásként működik.

Ez meglehetősen különösnek tűnhet, azonban az IC1 által generált bemeneti áram csak nem megfelelő, a feszültségszintnek is elég nagynak kell lennie az áram erősítéséhez.

Ez azt jelenti, hogy a táplálásnak mindig nagyobbnak kell lennie, mint a NiCad-cellák feszültsége. Csak ebben a helyzetben a potenciális különbség elegendő lesz ahhoz, hogy az aktuális T1 visszacsatolás beinduljon, megvilágítva a D9 LED-et.

NYÁK tervezés

Az IC 7805 használatával

Az alábbi kapcsolási rajz ideális töltőáramkört mutat egy ni-cad cellához.

Ez alkalmazza a 7805 szabályozó IC egy állandó 5 V-os áram leadása egy ellenálláson, amely az áramot az ellenállás értékétől függ, nem pedig a cella potenciáljától.

Az ellenállás értékét annak a típusnak megfelelően kell beállítani, amelyet 10 Ohm és 470 Ohm közötti értékek feltöltésére lehet használni, a cella mAh besorolásától függően. Az IC 7805 földi potenciáljának lebegő jellege miatt ez a kialakítás alkalmazható egyedi Nicad-cellák vagy néhány cellás sorozat töltésére.

Ni-Cd cellák töltése 12 V-os tápegységről

Az akkumulátortöltő legalapvetőbb elve az, hogy töltési feszültségének nagyobbnak kell lennie, mint az akkumulátor névleges feszültsége. Például egy 12 V-os akkumulátort 14 V-os forrásból kell tölteni.

Ebben a 12 V-os Ni-Cd töltőáramkörben a népszerű 555 IC-n alapuló feszültség-duplázót használnak. Mivel a chip 3. kimenete felváltva van csatlakoztatva a +12 V tápfeszültség és a föld között, az IC oszcillál.

C₃D-n keresztül töltődik fel_kétés D₃majdnem 12 V-ra, amikor a 3. tű logikailag alacsony. Az a pillanat, amikor a 3. tű logikailag magas, a C csatlakozási feszültsége₃és D₃24 V-ra növekszik a C negatív terminálja miatt₃amely +12 V feszültségre van csatlakoztatva, és maga a kondenzátor is ugyanolyan értékű töltést tart. Ezután a D dióda₃fordított elfogultsággá válik, de D₄éppen annyit folytat C-hez₄hogy 20 V fölött töltse fel. Ez több mint elegendő feszültség áramkörünkhöz.

A 78L05 az IC-ben_kétA pozíciók áramszolgáltatóként működnek, amely véletlenül megtartja kimeneti feszültségét, U_n, attól, hogy R-n keresztül megjelenjen₃5 V-on. A kimeneti áram, I_n, egyszerűen kiszámítható az egyenletből:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

A 78L05 tulajdonságai magukban foglalják az áram felvételét, mivel a központi terminál (általában földelt) 3 mA körüli értéket ad a mieinknek.

A teljes terhelési áram körülbelül 10 mA, és ez jó érték a NiCd akkumulátorok folyamatos töltéséhez. A töltőáram áramának megjelenítéséhez egy LED található az áramkörben.

Aktuális grafikon

A 2. ábra a töltőáram tulajdonságait mutatja az akkumulátor feszültségével szemben. Teljesen nyilvánvaló, hogy az áramkör nem teljesen tökéletes, mivel a 12 V-os akkumulátort csak 5 mA körüli árammal töltik fel. Néhány ok erre:

• Úgy tűnik, hogy az áramkör kimeneti feszültsége a növekvő árammal csökken.
• A feszültségesés a 78L05-nél 5 V körül van. De az IC pontos működésének biztosításához további 2,5 V-ot kell beépíteni.
• A LED-en keresztül valószínűleg 1,5 V feszültségesés tapasztalható.

A fentieket figyelembe véve egy 500 V-os névleges kapacitású 12 V-os NiCd akkumulátort 5 mA-es árammal megszakítás nélkül lehet tölteni. Összességében ez csak a kapacitásának 1% -a.