|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Безпечний зарядний пристрій
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи У пропонованій конструкції акцент зроблений на безпеку заряджання. Пристрій перевіряє правильність підключення акумулятора, автоматично відключає його після закінчення зарядки, припиняє зарядку при нагріванні акумулятора вище заданої температури. Відомо, що навіть алгоритм швидкого заряджання (струмом 1...2С, де С - ємність акумулятора) передбачає тривалість процесу зарядки 1...5 год [1]. Важко уявити, що весь цей час за процесом вестиметься спостереження. І це при тому, що саме швидка зарядка є найнебезпечнішою. Навіть при невеликому недотриманні режиму можливий розрив корпусу акумулятора з усіма наслідками. Значно безпечніша стандартна зарядка струмом 0,1С, але вона триває занадто довго (до 14...16ч). Цей пристрій забезпечує прискорену зарядку (4...7 год) одного Ni-Cd або Ni-MH акумулятора ємністю від 250 до 1000 мАг. Широкий інтервал струму заряджання аж ніяк не сприяє безпеці роботи пристрою через можливі помилки користувача при установці струму заряджання, тому передбачені різні способи захисту акумулятора та самого зарядного блоку. В результаті вийшов пристрій, який може здатися надмірно складним. Однак ця складність окупиться продовженим терміном служби акумулятора та спокоєм за протипожежну обстановку у квартирі. Можливість заряджання лише одного акумулятора обумовлена бажанням забезпечити повну і знову ж таки безпечну зарядку. З технічних характеристик пристрою слід відзначити "м'який" режим прискореної зарядки, автоматичне відключення акумулятора після закінчення зарядки, захист від неправильної полярності його підключення та від перегріву, індикацію режимів, звукове сповіщення про аварійний режим і, нарешті, досить низьку напругу живлення (від 3,5, XNUMX В), що в деяких випадках може виявитися дуже бажаним. Принципова схема пристрою зображено на рис. 1.
Його основна частина - стабілізатор струму - складається з трьох вузлів: стабілізатора напруги, що задає, і двох ідентичних за схемою регуляторів струму. Основний регулятор (DA6.1, VT3) забезпечує струм зарядки, що дорівнює 0,1С, і працює протягом усього циклу. Другий регулятор (DA6.2, VT4) - його можна назвати форсованим - видає струм, що дорівнює 0,ЗС, і включається, коли напруга на акумуляторі більше 0,6 В, але не досягла 1,4 В. У цей час працюють обидва регулятори та, будучи включеними паралельно, живлять акумулятор сумарним струмом 0,4С. Обмеження працювати форсованого регулятора струму обумовлені наступним. Якщо акумулятор сильно розряджений (напруга на ньому Uакк< 0,6 В), заряджати його великим струмом небезпечно, тому заряджання здійснюється струмом 0,1С за участю тільки основного регулятора струму. Коли ж напруга Uак досягає 1,4 В, форсований регулятор відключається, так як ця напруга близька до граничного, і подальшу зарядку доцільно виробляти стандартним струмом 0,1С. По досягненні Uакк = 1,48 відключається і основний регулятор - зарядка припиняється. При цьому світлодіод HL3 ("Заряджання") гасне, а HL1 ("Заряджання закінчено") спалахує. Діоди VD1, VD2 запобігають розрядженню акумулятора після припинення зарядки. Обидва регулятори є джерелами струму, керованими напругою. Керуюча напруга (щодо плюсового проводу живлення) формується стабілізатором напруги DA3, що задає, і регулюється змінним резистором R23 (їм встановлюють необхідний струм зарядки в залежності від ємності акумулятора). Особливість застосованих у регуляторах струму ОУ КР1446УД1А [2] - здатність працювати при низьких напругах живлення (від 2,5 В при однополярному), а головне, у тому, що розмах вхідних та вихідних сигналів у них практично дорівнює сумі напруг живлення. У нашому випадку DA6.1 працює з вхідною напругою, що дорівнює Us - UR25, де Us - позитивна напруга живлення, a UR25 - падіння напруги на вимірювальному резисторі R25. Останнє, по суті, є копією керуючого напруги (як відомо, напруги на обох входах ОУ, охопленого ООС, збігаються з точністю до напруги зміщення нуля). Таким чином, при зарядному струмі 25 мА (для акумулятора ємністю 250 мА · год) UR25 = 0,2 В. Це означає, що вхідна напруга може бути всього на 0,2 В менше позитивної напруги живлення ОУ DA6.1. Поширені ОУ допускають роботу з вхідною напругою не більше (Us - 1,5...2). Те саме можна сказати і про вихідні напруги. У процесі зарядки DA6.1 забезпечує вихідну напругу, що дорівнює Us - UR25 - UBE VT3, де UBE VT3 - пряма напруга на емітерному переході VT3 (0,6 ... 0,8 В). Для припинення роботи регулятора струму ОУ забезпечує напругу, що дорівнює Us, закриваючи таким чином транзистор. Все сказане вище стосується і форсованого регулятора на DA6.2. Вимикаються обидва регулятори транзисторами VT1 і VT2 відповідно (точніше, це робить VT1, тому що відкрившись, він шунтує резистори R21, R23, з яких подається напруга на входи обох ОУ). У вимкненому стані вихідний струм регулятора не дорівнює нулю, тому що не дорівнює нулю напруга на резисторі R25. Тому дві причини. По-перше, на відміну від нуля опір каналу відкритого польового транзистора VT1, тому і напруга UСІ VT1 становить кілька мілівольт. Друга причина – напруга зміщення нуля ОУ DA6.1. В результаті напруга на резисторі R25 залежить від знака напруги усунення нуля і дорівнює UСІ VT1 ± UCM DA6.1. В даному випадку краще використовувати ОУ КР1446УД1А, у нього напруга усунення не перевищує ±3 мВ, тому у вимкненому стані регулятор видає невеликий залишковий струм 1...3 мА. Так само поводиться і форсований регулятор струму. В результаті після закінчення зарядки стабілізатор струму підтримує на акумуляторі деяку напругу, що перешкоджає його розрядженню за рахунок саморозрядження та струму витоку через ланцюги пристрою. Заподіяти акумулятору шкоду такий малий струм не може. Крім того, така особливість забезпечує пристрою стабільність при вийманні акумулятора та поданому вхідному напрузі. Струм, що задається основним регулятором, дорівнює Uрег/R25, де Uрег - падіння напруги на резисторах R21+R23 (без урахування напруги зміщення нуля ОУ DA6.1, його вхідного струму та струму витоку закритого каналу VT1).Uрег залежить від напруги стабілізації DA3 ( 2,5) і коефіцієнта поділу дільника напруги R21-R23 (як зазначалося, воно відраховується від "плюсу" харчування). Струм, що задається форсованим регулятором, визначається аналогічно. Звернемося тепер до другої частини пристрою, що складається з формувача зразкових напруг, компараторів, як використані ОУ мікросхем DA4, DA5, і логічного вузла. Як видно зі схеми, напруга з акумулятора подається на входи DA4.1-DA4.4 компараторів не безпосередньо, а через резистори R14, R16-R18, щоб уникнути пошкодження ОУ при вставленому акумуляторі і відключеному живленні зарядного пристрою. Резистори на "зразкових" входах усувають похибку, викликану вхідними струмами ОУ (але не різницею вхідних струмів). "Зразковий" вхід ОУ DA4.3 такого резистора не має, тому що від цього компаратора високої точності не вимагається. Компаратор DA4.1 визначає момент відключення форсованого регулятора струму (при досягненні напруги на акумуляторі 1,4), DA4.2 - момент закінчення зарядки і видає сигнал на відключення основного регулятора струму. Резистор R24, що створює позитивний зворотний зв'язок, формує невеликий (близько 40 мВ) гістерезис, що дозволяє уникнути нестійкого компаратора стану після припинення зарядки. Компаратор DA4.3 видає сигнал на включення форсованого регулятора струму, коли напруга на акумуляторі перевищить 0,6 В, a DA4.4 "перевіряє" правильність підключення акумулятора: при неправильній полярності регулятори струму відключаються і п'єзоелектричний дзвінок НА1 видає попереджувальний сигнал. Для визначення полярності використана здатність ОУ КР1401УД2А працювати з вхідною напругою, меншою напруги живлення негативної полярності. Важлива особливість описуваного пристрою - контроль температурного режиму акумулятора, що заряджається. Він здійснюється за допомогою датчика температури DA2 та ОУ DA5.1. LM335Z – інтегральний стабілізатор напруги з лінійною температурною характеристикою: його вихідна напруга збільшується на 10 мВ при підвищенні температури на кожний градус Цельсія. При температурі +25°С (298 К) вихідна напруга дорівнює 2,98 В. При розігріванні акумулятора приблизно до +33°С спрацьовує компаратор DA5.1, заряджання припиняється, загоряється світлодіод HL2 ("Перегрів") і лунає звуковий сигнал (такий так само, як і при неправильній полярності підключення акумулятора). Зразкова напруга на компаратори надходять з формувача, виконаного на DA1. Логічне пристрій на елементах мікросхеми DD1 обробляє сигнали, що надходять з компараторів, керує світлодіодними індикаторами, дзвінком та регуляторами струму. Замість К1401УД2А у пристрої можна застосувати мікросхему К1401УД2Б, а також зарубіжний аналог LM124. КР1446УД1А замінена мікросхемою цієї серії з індексом Б або В, проте при цьому не виключена ситуація, коли залишковий струм (після відключення регуляторів струму) або буде занадто великим, або його не буде зовсім. І те, й інше небажано. КР142ЕН19А можна замінити зарубіжним аналогом TL431 у будь-якому виконанні. Крім зазначених на схемі, у пристрої допустимо використання польових транзисторів серії КП303 з іншими літерними індексами, проте їх напруга відсічення має бути не більше 3 і, бажано, не менше 0,5 В. КТ814А можуть бути замінені транзисторами цієї серії з індексами Б, В Примірник, який використовуватиметься у форсованому регуляторі струму (VT4), повинен мати статичний коефіцієнт передачі струму бази не менше 70 при струмі емітера 300 мА. За умови дотримання цієї умови можливе застосування транзистора серії КТ816. КТ3107А заміняються будь-якими з цієї серії. Діоди КД212 – з будь-яким буквеним індексом. Світлодіоди L-53LYD (жовтого кольору світіння) та L-53LID (червоного) фірми Kingbright характеризуються малим робочим струмом (світлотехнічні параметри нормовані при струмі 2 мА) і можуть бути замінені аналогічними із гранично допустимим прямим струмом не менше 7 мА. HL3 – будь-який світлодіод зеленого кольору світіння. П'єзоелектричний випромінювач НА1 – НРМ14АХ фірми JL World з вбудованим генератором 3Ч (споживаний струм – не більше 7 мА). Для встановлення зарядного струму (R23) рекомендується використовувати дротяний змінний резистор, наприклад, ППЗ-40, ППЗ-41, а для встановлення зразкових напруг (R3, R6, R11) - дротяні багатооборотні СП5-2, СП5-3 та подібні до них. Деталі зарядного пристрою змонтовані на друкованій платі, вміщеній у пластмасовий корпус. Відсік для акумулятора, що заряджається, - відкритий, в якості контактів використані контакти того ж призначення від вітчизняного авометра М4317. Особливу увагу необхідно приділити кріпленню термодатчика DA2 (рис. 2, 4).
Мікросхема LM335Z має пластмасовий "транзисторний" корпус КТ-26 (ТО-92). Його кріплять плоскою стороною до позитивного контакту акумуляторного 2 відсіку через тонкий шар невисихаючої теплопровідної пасти. Якщо між позитивним виведенням акумулятора 1 і контактом 2 забезпечено низький електричний опір, то тепловий контакт буде хорошим. Необхідно пам'ятати, що маса і площа поверхні контакту і металевих частин, що примикають до нього, повинні бути якнайменше. Це забезпечить меншу втрату тепла "по дорозі" від акумулятора до датчика і, отже, збільшить точність визначення температури. Саме з цією метою під головки гвинтів 6, що кріплять контакт 2 до основи 8, підкладені шайби 7 з діелектрика. Датчик 4 "прихоплений" до контакту відрізком дроту МГТФ 5 (його кінці припаяні до контакту) та по периметру корпусу залитий тонким шаром епоксидного клею. Стінка корпусу 3 служить упором, обмежуючи відгин контакту 2. При зарядці на транзисторі VT4 виділяється потужність до 1,5 Вт, тому він встановлений вертикально на дюралюмінієвій пластині розмірами 20×30×0,8 мм. На верхній стінці корпусу пристрою розташовані світлодіоди HL1 – HL3 та змінний резистор R23, ручка управління якого забезпечена круглою шкалою установки зарядного струму. В авторському варіанті шкала проградуйована у значеннях ємності (від 250 до 1000 мАг), так простіше уникнути помилок встановлення струму. П'єзоелектричний дзвінок НА1 має невеликі розміри та жорсткі висновки, тому встановлений на платі без додаткового кріплення. Налагодження пристрою починають із калібрування термодатчика DA2. Спочатку встановлюють на виведенні 3 DA5.1 зразкову напругу UT. Для цього подають на вхід постійну напругу 4,5...5,5, вимірюють температуру Т (у градусах Кельвіна) у місці установки зарядного пристрою і обчислюють зразкову напругу Uoбр= Т/100, відповідне цій температурі. Нагадаємо, що температура в градусах Кельвіна дорівнює температурі в градусах Цельсія + 273. Потім вимірюють реальну напругу Uізм на виведенні 2 DA2 (або, що те ж саме, на однойменному виведенні DA5.1) і розраховують зсув температурної характеристики DA2 за формулою Δ = Uoбр - Uізм. Після цього резистором R3 встановлюють зразкову напругу UT = 3,06 - (з урахуванням знака зсуву). Потім підстроєними резисторами R6 і R11 послідовно встановлюють зразкові напруги 1,4 і 1,48 відповідно (допустиме відхилення - не більше ±0,02). На закінчення градуюють шкалу змінного резистора R23. Для цього до контактів акумуляторного відсіку підключають амперметр, подають на вхід напругу 4,5...5,5 і поворотом движка резистора R23 домагаються струму, рівного 25 мА. На шкалі позначку, що відповідає цьому значенню струму, позначають як 250 мА год. Аналогічно калібрують позначки 350, 500, 750 та 1000 мА·год. література
Автор: М.Богданов, м.Сарів Нижегородської обл.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ DVD-записувальні пристрої витіснять відеомагнітофони ▪ Перенесення даних з комп'ютера до генома живих бактерій ▪ Печінку вийняли, полагодили, вставили назад ▪ У Африці утворилася тріщина, яка може розламати континент
▪ розділ сайту Інструкції з експлуатації. Добірка статей ▪ стаття Залізна завіса. Крилатий вислів ▪ стаття Велокомп'ютер. Поради туристу ▪ стаття Генератор звукових ефектів Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page