Raziskana preprosta vezja za polnilnike baterij Ni-Cd

Prispevek govori o preprostem vezju polnilnika NiCd z avtomatsko zaščito pred prekomernim polnjenjem in polnjenjem s konstantnim tokom.

Ko gre za pravilno polnjenje nikelj-kadmijeve celice, je strogo priporočljivo, da se postopek polnjenja ustavi ali prekine, takoj ko doseže polno raven napolnjenosti. Če tega ne upoštevate, lahko škodljivo vpliva na življenjsko dobo celice in znatno zmanjša njeno varnostno učinkovitost.

Spodaj predstavljeno preprosto vezje polnilnika Ni-Cad učinkovito rešuje merilo prekomernega polnjenja, tako da vključuje naprave, kot je polnjenje s konstantnim tokom, in prekinitev dovoda, ko celični terminal doseže polno vrednost napolnjenosti.

Glavne značilnosti in prednosti

• Samodejni izklop pri polni napolnjenosti
• Stalni tok med polnjenjem.
• LED indikacija za popolno polnjenje je odrezana.
• Uporabniku omogoča dodajanje več stopenj za polnjenje do 10 celic NiCd hkrati.

Shema vezja

Kako deluje

Preprosta konfiguracija, ki je podrobno opisana tukaj, je zasnovana za polnjenje ene celice AA AA s priporočeno hitrostjo polnjenja blizu 50 mA, kljub temu pa bi jo lahko prikladno prilagodili tako, da napolnite več celic skupaj s ponovitvijo območja, prikazanega s pikčastimi črtami.

Napajalna napetost za vezje se pridobi iz transformatorja, mostičnega usmernika in 5 V IC regulatorja.

Celica je napolnjena s tranzistorjem T1, ki je konfiguriran kot konstanten tok.

Po drugi strani T1 krmili napetostni primerjalnik s pomočjo TTL Schmittovega sprožilca N1. V času polnjenja celice je končna napetost celice približno 1,25 V.

Zdi se, da je ta raven nižja od pozitivnega praga sprožitve N1, ki ohranja izhod N1 visok, izhod N2 pa nizek, kar omogoča T1, da dobi osnovno napetost prednapetosti skozi potencialni delilnik R4 / R5.

Dokler se celica Ni-Cd napolni, LED D1 sveti. Takoj, ko se celica približa statusu polne napolnjenosti, se njena napetost priključka povzpne na približno 1,45 V. Zaradi tega se pozitivni sprožilni prag N1 dvigne, zaradi česar se izhod N2 poveča.

Ta situacija takoj izklopi T1. Zdaj se celica neha polniti in tudi LED D1 se izklopi.

Ker je pozitivna meja aktivacije N1 približno 1,7 V in jo nadzira posebna toleranca, sta R3 in P1 vključena, da jo spremenita na 1,45 V. Negativna meja sprožilca Schmittovega sprožilca je približno 0,9 V, kar je slučajno nižje kot končna napetost celo popolnoma izpraznjene celice.

To pomeni, da priključitev izpraznjene celice v vezje ne bo nikoli sprožila samodejnega polnjenja. Iz tega razloga je vključen gumb za zagon S1, ki ob pritisku zniža vnos NI.

Za polnjenje večjega števila celic lahko del vezja, ki je razkrit v pikčastem polju, ponovimo ločeno, po eno za vsako baterijo.

To zagotavlja, da se vsaka od njih ne glede na stopnjo praznjenja celic napolni na pravilno raven.

Oblika PCB in prekrivanje komponent

Pri načrtovanju PCB sta spodnji dve stopnji podvojeni, da omogočimo polnjenje dveh celic Nicad hkrati z ene same plošče.

Ni-Cad polnilnik z uporom

Ta preprost polnilnik je lahko sestavljen iz delov, ki jih lahko vidite v skoraj vseh kontejnerskih posodah za smeti. Za optimalno življenjsko dobo (število polnilnih ciklov) je treba baterije Ni-Cad polniti s sorazmerno konstantnim tokom.

To pogosto dosežemo precej enostavno s polnjenjem preko upora iz napajalne napetosti, ki je večkrat višja od napetosti akumulatorja. Sprememba napetosti akumulatorja med polnjenjem bo verjetno imela minimalen vpliv na polnilni tok. Predlagano vezje je sestavljeno samo iz transformatorja, diodnega usmernika in serijskega upora, kot je prikazano na sliki 1.

S tem povezana grafična slika olajša določitev potrebne serijske vrednosti upora.

Skozi napetost transformatorja na navpični osi se potegne vodoravna črta, dokler ne prečka določene napetostne črte akumulatorja. Nato nam črta, potegnjena navpično navzdol od te točke, da doseže vodoravno os, nato zagotovi potrebno vrednost upora v ohmih.

Na primer, črtkana črta dokazuje, da če je napetost transformatorja 18 V in Ni-Cd baterija, ki jo je treba napolniti, 6 V, bo vrednost upora približno 36 ohmov za predvideno krmiljenje toka.

Ta označena upornost je izračunana tako, da odda 120 mA, medtem ko bo treba pri nekaterih drugih stopnjah polnilnega toka vrednost upora ustrezno zmanjšati, npr. 18 ohmov za 240 mA, 72 ohmov za 60 mA itd. D1.

Polnilno vezje NiCad z uporabo samodejnega nadzora toka

Nikelj-kadmijeve baterije običajno zahtevajo polnjenje s stalnim tokom. Spodaj prikazano vezje polnilnika NiCad je razvito tako, da napaja bodisi 50 mA do štirih 1,25 V celic (tip AA) ali 250 mA do štirih 1,25 V celic (tip C), ki so povezane zaporedoma, čeprav bi ga lahko preprosto prilagodili za različne druge vrednosti polnjenja.

V obravnavanem vezju polnilnika NiCad R1 in R2 pritrdite izhodno napetost brez obremenitve na približno 8V.

Izhodni tok potuje bodisi z R6 bodisi z R7 in z naraščanjem se tranzistor Tr1 postopoma vklopi.

To povzroča bistvo Y. povečati, vklopiti tranzistor Tr2 in omogočiti, da postane točka Z manj manj pozitivna.

Postopek posledično zmanjša izhodno napetost in ima tendenco, da zmanjša tok. Na koncu se doseže ravnotežna raven, ki je določena z vrednostjo R6 in R7.

Dioda D5 zavira baterijo, ki se polni, in zagotavlja napajanje izhoda IC1 v primeru, da se 12V odstrani, kar bi sicer lahko povzročilo resno škodo na IC.

FS2 je vgrajen za zaščito pred poškodbami polnjenih baterij.

Izbira R6 in R7 je narejena s pomočjo poskusov in napak, kar pomeni, da boste potrebovali ampermeter z ustreznim obsegom, ali če so vrednosti R6 in R7 resnično znane, potem lahko padec napetosti na njih izračunamo po Ohmovem zakonu.

Ni-Cd polnilec z uporabo enega opcijskega ojačevalnika

To vezje Ni-Cd polnilnika je zasnovano za polnjenje standardnih NiCad baterij velikosti AA. Za celice NiCad se večinoma priporoča poseben polnilnik, ker imajo izredno nizek notranji upor, kar povzroči povečan polnilni tok, četudi je izkoriščena napetost le nekoliko večja.

Polnilnik mora zato vključevati vezje za omejevanje polnilnega toka na pravilno mejo. V tem vezju T1, D1, D2 in C1 delujejo kot tradicionalni odstopni, izolacijski, polnovalni usmernik in enosmerni filtrirni tokokrog. Dodatni deli ponujajo trenutno ureditev.

IC1 je uporabljen kot primerjalnik z ločeno stopnjo medpomnilnika Q1, ki zagotavlja razmeroma visoko funkcionalnost izhodnega toka v tej zasnovi. Neinvertirni vhod IC1 je dobavljen z 0,65 V: referenčno napetostjo, prikazano prek R1 in D3. Invertirni vhod je povezan z zemljo prek R2 znotraj mirujočih nivojev toka, kar omogoča, da izhod postane popolnoma pozitiven. Če je celica NiCad pritrjena čez izhod, se lahko velik tok potrudi prek R2, kar povzroči, da se na R2 razvije enakovredna napetost.

Lahko se zgolj poveča na 0,6 V, vendar naraščajoča napetost na tej točki spremeni vhodne potenciale vhodov IC1, kar povzroči zmanjšanje izhodne napetosti in znižanje napetosti okoli R2 nazaj za 0,65 V. Najvišji izhodni tok (in tudi prejeti polnilni tok) je posledično tok, ustvarjen z 0,65 V v 10 ohmih ali 65 mA poenostavljeno.

Večina AA NiCad celic ima optimalen polnilni tok največ 45 ali 50 mA in za to kategorijo je treba R2 povečati na 13 ohmov, da boste lahko imeli ustrezen polnilni tok.

Nekaj ​​vrst hitrih polnilnikov lahko deluje s 150 mA, kar zahteva znižanje R2 na 4,3 ohma (3,3 ohma in 1 ohma zaporedno, če idealnega dela ni mogoče dobiti).

Poleg tega je treba T1 izboljšati na različico s trenutno močjo 250 mA., Q1 pa je treba namestiti z uporabo drobnega hladilnika z vijaki. Naprava lahko zlahka napolni do štiri celice (6 celic, ko T1 nadgradite na 12 V), vse te pa je treba zaporedno pritrditi na izhod in ne vzporedno.

Univerzalno vezje polnilnika NiCad

Slika 1 prikazuje celoten diagram vezja univerzalnega polnilnika NiCad. Vir toka je razvit s tranzistorji T1, T2 in T3, ki ponujajo konstanten polnilni tok.

Trenutni vir postane aktiven šele, ko so celice NiCad pravilno pritrjene. ICI je nameščen za preverjanje omrežja s preverjanjem polarnosti napetosti na izhodnih terminalih. Če so celice pravilno nameščene, zatič 2 IC1 ne more obrniti tako pozitivno kot na zatiču 3.

Kot rezultat izhod IC1 postane pozitiven in oskrbi osnovni tok z T2, ki vklopi trenutni vir. Trenutno omejitev vira je mogoče določiti s pomočjo S1. Ko se določijo vrednosti R6, R7 in RB, je mogoče prednastaviti tok 50 mA, 180 mA in 400 mA. Če postavimo S1 na točko 1, je mogoče napolniti celice NiCad, položaj 2 je namenjen celicam C, položaj 3 pa je rezerviran za celice D.

Razni deli

TR1 = transformator 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3-položajno stikalo
S2 = 2 pozicijsko stikalo

Trenutni vir deluje po zelo osnovnem principu. Vezje je ožičeno kot trenutno povratno omrežje. Predstavljajte si, da je S1 v položaju 1, izhod IC1 pa pozitiven. T2 in 13 zdaj začneta dobivati ​​osnovni tok in sprožita prevodnost. Tok prek teh tranzistorjev predstavlja napetost okoli R6, ki sproži T1.

Naraščajoči tok okoli R6 pomeni, da lahko T1 vodi z večjo močjo in tako minimizira osnovni pogonski tok za tranzistorje T2 in T3.

V tem trenutku lahko drugi tranzistor vodi manj in začetni porast toka je omejen. Tako se implementira razmeroma konstanten tok s pomočjo R3 in pritrjenih celic NiCad.

Nekaj ​​diod LED, pritrjenih na trenutni vir, v vsakem trenutku prikaže stanje delovanja polnilnika NiCad. IC1 dobi pozitivno napetost, ko se celice NiCad pravilno priključijo in osvetlijo LED D8.

Če celice niso povezane s pravilno polariteto, bo pozitivni potencial na zatiču 2 IC1 večji od zatiča 3, zaradi česar bo izhod primerjalnega ojačevalnika postal 0 V.

V tem primeru bo trenutni vir ostal izključen in LED D8 ne bo svetil. Enako stanje se lahko zgodi, če za polnjenje ni priključena nobena celica. To se lahko zgodi, ker bo pin 2 zaradi padca napetosti na D10 imel povečano napetost v primerjavi s kontaktom 3.

Polnilnik se bo aktiviral šele, ko bo priključena celica z najmanj 1 V. LED D9 prikazuje, da trenutni vir deluje kot trenutni vir.

To se lahko zdi precej nenavadno, vendar vhodni tok, ki ga ustvari IC1, preprosto ni primeren, tudi napetost mora biti dovolj velika, da ojača tok.

To pomeni, da mora biti napajanje vedno večje od napetosti na celicah NiCad. Samo v tem primeru bo potencialna razlika zadostovala za sprožitev trenutne povratne informacije T1, ki osvetli LED D9.

Oblika PCB

Uporaba IC 7805

Spodnji diagram vezja prikazuje idealno vezje polnilnika za celico ni-cad.

Ta zaposluje 7805 IC regulatorja dovajati konstantno 5V preko upora, zaradi česar je tok odvisen od vrednosti upora, namesto od potenciala celice.

Vrednost upora je treba prilagoditi glede na tip, ki se uporablja za polnjenje katere koli vrednosti med 10 Ohm in 470 Ohm, odvisno od ocene celic mAh. Zaradi plavajoče narave IC 7805 glede na potencial tal se lahko ta zasnova uporablja za polnjenje posameznih celic Nicad ali serij nekaj celic.

Polnjenje Ni-Cd celice iz 12V napajalnika

Najbolj temeljno načelo polnilca baterij je, da mora biti njegova polnilna napetost večja od nazivne napetosti akumulatorja. Na primer, 12 V baterijo je treba polniti iz 14 V vira.

V tem 12V Ni-Cd vezju polnilnika je uporabljen podvojitelj napetosti, ki temelji na priljubljeni 555 IC. Ker je izhod 3 čipa izmenično povezan med napajalno napetostjo +12 V in ozemljitvijo, IC niha.

C_3.se zaračuna prek D_dvain D_3.na skoraj 12 V, ko je pin 3 logično nizek. Momentni zatič 3 je logično visok, napetost spoja C_3.in D_3.poveča na 24 V zaradi negativnega priključka C_3.ki je priključen na +12 V, sam kondenzator pa ima naboj enake vrednosti. Nato dioda D_3.postane obratno pristranski, toda D_4.vodi ravno toliko za C_4.da se napolnimo nad 20 V. To je več kot dovolj napetosti za naše vezje.

78L05 v IC_dvapoložaji deluje kot dobavitelj toka, ki zadrži svojo izhodno napetost, U_n, od prikaza čez R_3.pri 5 V. Izhodni tok, I_n, lahko preprosto izračunamo iz enačbe:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Lastnosti 78L05 vključujejo sam tok vlečenja, saj osrednji terminal (običajno ozemljen) daje našemu približno 3 mA.

Skupni tok obremenitve je približno 10 mA, kar je dobra vrednost za stalno polnjenje NiCd baterij. Za prikaz polnilnega toka je v vezje vključena LED.

Grafikon polnilnega toka

Slika 2 prikazuje lastnosti polnilnega toka glede na napetost akumulatorja. Povsem očitno je, da vezje ni povsem popolno, saj bo 12 V baterija napolnjena s tokom, ki meri le približno 5 mA. Nekaj ​​razlogov za to:

• Zdi se, da izhodna napetost vezja pada s stopnjevalnim tokom.
• Padec napetosti na 78L05 je približno 5 V. Vendar je treba vključiti dodatnih 2,5 V, da zagotovite natančno delovanje IC.
• Čez LED je najverjetneje 1,5-voltni padec napetosti.

Glede na vse zgoraj navedeno bi lahko 12 V NiCd baterijo z nazivno zmogljivostjo 500 mAh neprekinjeno polnili s tokom 5 mA. Skupno je le 1% njene zmogljivosti.