Автоматичний розрядний зарядний пристрій (АРЗУ) Ni-Cd батареї. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Автоматичний розрядний зарядний пристрій (АРЗУ) Ni-Cd батареї. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи

Коментарі до статті

Велика кількість апаратури з автономними джерелами живлення, яка знаходиться в експлуатації у споживача, вимагає від останнього витрат на джерела живлення. Набагато вигідніше експлуатувати акумулятори Ni-Cd, які при правильному їх використанні здатні витримати до 1000 циклів розряд-заряд. Однак до акумуляторного блоку живлення (АБП) необхідно додатково мати зарядний пристрій, і тестер для швидкого визначення придатності елементів живлення.

За останнє десятиліття у популярній радіотехнічній літературі з'явилася чимала кількість описів автоматичних зарядних пристроїв. Використовуючи мінімальні матеріальні та тимчасові ресурси, радіоаматор розробляє та виготовляє напівавтоматичні зарядні пристрої. Вони не відповідають повному технологічному циклу обслуговування АБП або його окремих елементів (далі виріб), затвердженому ГОСТом [1], не забезпечують їх повний заряд, а також надійну і довготривалу експлуатацію, особливо в тих випадках, коли заряд закінчується за величиною напруги на висновках Вироби. А як відомо, систематичний недозаряд призводить до зменшення активності електродів та зменшення ємності виробу. Зазначений ДЕРЖСТАНДАРТ вимагає спочатку розрядити виріб нормативним розрядним струмом до величини, при якій на елементі АБП буде напруга 1, а потім заряджати струмом, рівним десятої частини його ємності протягом певного часу. Вказані режими дозволяють заряджати АБП без ризику накопичення надлишкового заряду, без ризику недозаряджання, без ризику перегріву або вибуху.

Найбільш близько по виконуваних функцій пропонованого пристрій, описаний в [2], але на відміну від нього воно виконано на доступній елементарній базі, не вимагає налаштування ланцюга, що задає час за допомогою частотоміра.

Автор пропонує пристрій для елемента Д-0,55С та батареї з 10 шт. зазначених елементів з номінальною напругою 12, тим самим виключаються багатопозиційні перемикачі, зменшуються габарити і вартість АРЗУ. Для роботи з будь-якими іншими Ni-Cd виробами описане АРЗУ можна використовувати, замінивши кілька резисторів, що визначають розрядно-зарядні струми та дільник вимірювальної напруги, встановлений на вході вузла порівнянь напруг.

АРЗУ забезпечує такі режими:

розряд АБП до напруги 10 В та елемента до 1 В;
автоматичне перемикання з режиму "розряд" на режим "заряд";
заряд виробу за часом;
автоматичне відключення виробу після закінчення часу заряду;
індикацію всіх режимів;
тестування виробів за умов нормованого розрядного струму за рівнем заряду.

Основні параметри АРЗУ типу Д-0,55С:

Кількість елементів.......10
Uном АБП.......12 В
Iзар.......50±5 мА
Iраз.......100±20 мА
tзар.......15±0,1 год
Uраз.......10±0,2 В
Кількість циклів розряд-заряд, щонайменше.......500...1000
Напруга мережі живлення.......220±15 В

За технічними умовами акумулятор заряд йде при температурі 20...30°С.

Принципова схема АРЗ показана на рис.1.

(Натисніть для збільшення)

АРЗУ складається з силової частини заряднорозрядного ланцюга, виконаної на дискретних елементах, та схеми управління на мікросхемах. Силова частина (крім трансформатора Т1 з діодним мостом VD1...VD4 та конденсатора фільтра С1) включає транзисторний ключ VT4 з розрядними резисторами R12, R15 та генератор струму на транзисторі VT3. Транзистори VT1 і VT2 керують відповідно роботою розрядного та зарядного ланцюгів. Резистор R12 визначає струм розряду АБП, а у разі підключення елемента струм розряду визначає резистор R15 при включеному перемикачі SA2.1. Заряд виробу можливий при відкритому ключі VT2, розряд при закритому ключі VT1. Діод VD8 забороняє витік заряду з виробу після закінчення процесу заряду, хоча невеликий витік струму (~ 1 мА) йде через резистори R19, R20.

Напруга з вторинної обмотки трансформатора, випрямлене діодним мостом і згладжене конденсатором фільтра С1, надходить через роздільний діод VD10 параметричний стабілізатор напруги (резистор R26, стабілітрон VD14, транзистор VT7). З емітера останнього знімають напругу (8,5) для живлення мікросхем. На вихід цього стабілізатора підключені через резистор R27 два транзистори з комплементарною симетрією, що утворюють джерело еталонної напруги 1,25, необхідний для роботи схеми порівняння напруг. Необхідна величина цієї напруги визначається на вхід схеми порівнянь потенціометром R23. Розряд АБП відбувається через транзистор VT4, що працює в режимі ключа, і розрядний резистор R12 до напруги 10, яке після дільника напруги АБП на 10 (тобто до 1 В) резисторами R19, R20 надходить на інверсний вхід компаратора DA1.2. На прямий вхід DA1.2 надходить від еталонного джерела напруга 1 В. На шині живлення стабілізатора напруги через діодну схему АБО (діоди VD9 і VD10) логічно підсумовуються напруги від двох джерел: випрямлена і згладжена напруга вторинної обмотки трансформатора і напруга АБП, пропаданні напруги мережі протягом циклу заряду АБП, заряд останнього припиняється, але час розряду, що минув до моменту зникнення напруги мережі, залишається в пам'яті лічильників таймера і тригерів пам'яті управління, так як їх харчування йде від заряджається АБП через діод VD9. При появі напруги мережі заряд автоматично продовжується без натискання кнопки ПУСК з урахуванням напрацьованого часу заряду.

Схема управління розрядно-зарядним ланцюгом включає компаратор DA1.2, тригерний формувач лічильних імпульсів з напруги мережі - транзистор VT5, мікросхему DA1.1 з резисторами R17, R18 в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку та дві схеми пам'яті - одна на DD1.1 та DD. 1.2, друга на DD1.3 та DD1.4.

На вхід формувача лічильних імпульсів подають з обмотки трансформатора синусоїдальну напругу мережі, а з його входу знімають нормовані тимчасові імпульси з крутими фронтами та спадами з періодом 20 мс. По спадах спрацьовує таймер, що задає час заряду виробу. Таймер виконаний на двох паралельно включених двійкових лічильниках - мікросхемах на DD2 та DD3. Підрахувавши певну кількість вхідних імпульсів із періодом 20 мс за 15 год, ці мікросхеми видають на трьох виходах (VD11...VD13) поодинокі логічні рівні. Схема збігів цих діодах спрацьовує й у своє чергу видає через діод VD6 лог."1" на вхід "скидання" схеми пам'яті. Це сигнал закінчення заряду виробу. Транзистор VT6, керований з виходу лічильника, де сигнал з'являється з періодом 0,64 с, задає невеликий струм підсвічування світлодіод HL3 "заряд". У процесі заряджання виробу при працюючих лічильниках на ньому видно неяскраві спалахи, тим самим поруч із контролем струму заряду можна візуально контролювати роботу таймера або виявляти його несправність.

Призначення тригерів пам'яті таке. Перший тригер на DD1.1, DD1.2 (тригер закінчення розряду виробу) з моменту його запуску кнопкою ПУСК зберігатиме інформацію про розряд виробу, після того як на виході компаратора з'явиться сигнал лог. "1". Другий тригер DD1.3, DD1.4 (тригер закінчення заряду виробу) з моменту його запуску кнопкою ПУСК зберігатиме інформацію про закінчення заряду виробу після того, як на виході таймера з'явиться сигнал лог."1".

У цілому нині робота АРЗУ відбувається так. Встановлюють пристрій батарею або елемент. Якщо встановлюють батарею, необхідно простежити, щоб перемикач SA2 був у вихідному положенні (вниз). Якщо встановлюють елемент, необхідно включити SA2 вгору. Потім включають перемикач МЕРЕЖА. Контроль наявності напруги - по індикатору HL1. При цьому стани тригерів управління невизначені і не виключена ситуація, коли напруги з їх виходів будуть тримати закритим транзистором VT1 і відкритим транзистором VT2. Це означає, що одночасно будуть відкриті розрядно-зарядні транзистори VT4 та VT3. Однак короткочасно такий режим допустимо, до аварії він не веде – зменшується розрядний струм виробу на величину зарядного струму.

Після включення перемикача МЕРЕЖА одразу ж натискають кнопку ПУСК – встановлюють вихідні стани тригерів. Їхні стану стануть такими, що транзистори VT1 і VT2 будуть закритими, і на виході 10 одного з тригерів - сигнал лог. "1". Поданий на вхід СКИДАННЯ лічильників він блокує їх роботу лічильники під час розряду виробу залишаться скинутими в нуль. Транзистор VT5 буде відкритим, і лічильний імпульс формуватися не буде. Закриті транзистори VT1 та VT2 забезпечать відкриття розрядного ключа VT4 та розряд виробу через резистори R12 або R15. Коли напруга виробленого нормованим навантажувальним струмом виробу зрівняється з опорною напругою 1 В, на виході схеми порівняння сигнал лог."0" зміниться на сигнал лог."1". Цей одиничний сигнал змінить стан виходів тригерів управління так, що тригер DD1.1, DD1.2 відкриє транзистор VT1, а тригер DD1.3, DD1.4 відкриє транзистор VT2. З цього моменту запуститься генератор зарядного струму на транзисторі VT3 та закриється розрядний ключ VT4. Почнеться заряд виробу. Одночасно на виході другого тригера сигнал лог."10" зміниться на сигнал лог."1", лічильники таймера і формувач лічильного імпульсу знімаються з блокування, почнеться відлік часу заряду. Коли після 0-годинного проміжку часу стану виходів лічильника DD15 приймуть значення лог."3", другий тригер через діод VD1 буде повернений у вихідне положення, яке він мав після натискання кнопки ПУСК: завершився розрядно-зарядний цикл. Цей стан схеми стійкий, при цьому всі мікросхеми та транзистори не перемикаються і споживають мінімальний струм. Про закінчення розрядно-зарядного циклу судять із гасіння світлодіода ЗАРЯД. Тепер слід вимкнути перемикач МЕРЕЖА та зняти виріб із пристрою.

Можлива ситуація, коли виріб з напругою на елементі менше 1 В буде встановлено в пристрій. Тоді на виході схеми порівняння відразу після установки виробу в пристрій і включення перемикача МЕРЕЖА з'явиться сигнал лог."1" і після натискання кнопки ПУСК стану тригерів будуть визначатися сигналом з виходу схеми порівняння, який встановить обидва тригери стан, при якому неможливий розряд (розряд стався раніше у користувача) і розпочнеться 15-годинний заряд виробу, що відповідає нормальному укороченому технологічному циклу. Кінець заряду, як завжди, закінчиться встановленням другого тригера у вихідне положення та гасінням світлодіода ЗАРЯД.

Світлодіод HL4 та кнопка SB2 встановлені для тестування зарядного стану виробу. Оскільки стандартом такі стани виробу не встановлені, їх можна умовно поділити на три групи. Вироби третьої групи, напруга яких при нормованому навантажувальному струмі менше 2 (10 В для АБП), "погані", розряджені, відрізняються тим, що відразу після запуску АРЗУ вони стають на заряд (укорочений цикл). Вироби другої групи, напруга яких більше 1 (10), але менше 1,15 (11,5), " хороші " , готові ще працювати, тобто. розряджатися і лише після цього переходять на заряд. Тут цикл "розряд-заряд" повністю витримується. Вироби першої групи "дуже хороші", їх напруга більше 1,15 (11,5 В), вони не вимагають зарядки. Після тестування їх можна вимкнути від пристрою.

При встановленому в АРЗУ виробі та увімкненому перемикачі МЕРЕЖА після натискання кнопки ПУСК та навантаження виробу нормованим розрядним струмом, слід натиснути кнопку ТЕСТ. Після цього змінюється опорна напруга на прямому вході схеми порівнянь напруг з 1 до 1,15, і на вихід схеми порівнянь через нормально відкриті контакти кнопки ТЕСТ підключається світлодіод HL4 ЗАРЯД 80 ... 100%. Якщо напруга на виробі при навантаженні його нормованим струмом більше опорного, на виході схеми порівняння буде сигнал лог."0" і світлодіод HL4 буде світитися. Такий виріб не слід розряджати-заряджати. Його можна відключити від АРЗУ. Якщо виріб не знімається з пристрою, після відпускання кнопки ТЕСТ слід повторно натиснути кнопку ПУСК і залишити виріб на розрядно-зарядний цикл.

У конструкції застосовані тримач запобіжника ДВП4-1 та вставка плавка ВП1-1 0,16 А, перемикачі типу тумблер SA1 (МЕРЕЖА) та S2 (ВВЕРХ/ВНИЗ) – МТ3, кнопка SB1 (ПУСК) – КМ1-1, кнопка SB2 (ТЕСТ) ) - КМ2-1. Замість вказаних перемикачів та кнопок можна використовувати перемикачі та кнопки П2К. При цьому конструкція пристрою змінюється. Для приєднання виробу до конструкції використані малогабаритні здвоєні гнізда МГК1-1 та штепсель МШ-1. Можна застосовувати одиночні гнізда, наприклад, ГІ1,2 та штепселі ШЦ1,2. Трансформатор - будь-який малогабаритний потужністю 3...5 Вт з напругою на вторинній обмотці 22...23 і струмом 65...100 мА. Можна застосувати трансформатор від електронного годинника "Старт", виконаний на магнітопроводі ШЛМ 10х20 або трансформатор від блоку живлення БП2-3 калькулятора, перемотавши вторинну обмотку на потрібну напругу. Автор використав трансформатор ТС-4-1 аФО.470003ТУ, додавши до вторинної обмотки 100 витків дроту ПЕВ-2 0,23. Перетин магнітопроводу 10х15 мм2.

Усі резистори типу МЛТ. Підстроювальні резистори - СП3-38а. Конденсатор С1-К50-35 40В 220 мкФ; С2 – КМ-6б-Н90 0,1 мкФ; С3 - К73-17В 63В 0,22 мкф. Неполярні конденсатори типів КЛС, КМ, КД. Замість діодів КД522Б, вказаних на схемі, можна використовувати КД522А, КД521А,В,Г або КД103А,Б. Стабілітрон КС191Ж можна замінити на КС210Ж або двома послідовно включеними стабілітронами КС147В,Г з мінімальним струмом стабілізації 1 мА. Транзистори КТ3102БМ із літерними позначеннями В,Д,Е (b>200) або замінити їх на КТ342А,Б. Транзистор КТ3107БМ з літерами Г,Е (b>120...220) або замінити на КТ352Б. Транзистор КТ817 можна використовувати з літерами А...Г або замінити на КТ815А,Б,В замість КТ816 з літерами А,Б,В вибрати КТ814А,Б,В.

Всі деталі пристрою, крім настановних електроелементів, органів управління та підключення виробу, що перевіряється, змонтовані на трьох друкованих платах з одностороннього фольгованого склотекстоліту товщиною 1,5 мм. Плати можна виготовити без "хімії" – нарізати різаком. Елементи індикації (світлодіоди та його резистори) встановлені платі П1 (рис.2).