Зарядний пристрій для Ni-Cd та Ni-MH акумуляторів на мікросхемі TEA1101. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

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

 Коментарі до статті

У статті описано "інтелектуальний" зарядний пристрій зарубіжного виробництва для прискореної зарядки нікель-кадмієвих та нікель-металогідридних акумуляторів, виконаний на мікросхемі ТЕА1101 (Phillips), та його доопрацювання з метою розширення можливостей.

Вже багато років у магазинах та на ринках можна зустріти Ni-Cd (нікель-кадмієві) акумулятори та батареї, які за відповідних умов експлуатації витримують до 1000 циклів зарядки – розрядки. До недоліків цих акумуляторів належить так званий ефект пам'яті. Полягає він у тому, що використовуваний акумулятор необхідно доводити до стану повної розрядки (близько 1 на акумулятор) і тільки тоді починати новий цикл зарядки.

Поряд із широко поширеними нікель-кадмієвими акумуляторами з'явилися і також широко стали застосовуватися відносно нові - Ni-MH (нікель-металогідридні). При тих же габаритах, як і Ni-Cd, ці акумулятори мають майже вдвічі більшу ємність. Звісно, ​​вони також дорогі і позбавлені недоліків. Ni-MH акумуляторів має великий внутрішній опір і малі значення пікового струму розрядки, тому вони не призначені для живлення енергоспоживаючих пристроїв, таких як електродрилі, електровикрутки, компресори, пилососи і т.д.

Внаслідок неправильних методів заряджання "життєздатність" акумуляторів скорочується до 30%. Пошкоджені акумулятори, у свою чергу, при утилізації завдають непоправної шкоди навколишньому середовищу. Отже, правильна і грамотна зарядка акумуляторів принесе не лише принципову фінансову економію, а й позитивний екологічний ефект.

Найдешевші та найпростіші пристрої для заряджання акумуляторів складаються з трансформатора, випрямного діода, струмообмежувального резистора та світлодіода. Трансформатор знижує мережну напругу 220 до 4...12 В, яке потім випрямляє однополуперіодний випрямляч. Резистор обмежує зарядний струм, а світлодіод сигналізує, що акумулятор підключено до зарядного пристрою. Пристрої переважно виробництва азіатських країн із подібними чи ідентичними схемами нерідко можна зустріти у магазинах. Виготовлення таких пристроїв не тягне за собою накладних витрат, проте слід пам'ятати, що вони не захищають акумулятори від перезарядки. Вже через кілька циклів в акумуляторах можуть з'явитися незворотні зміни, що скорочують термін служби.

Під час заряджання необхідно постійно стежити за струмом, підтримуючи його на певному рівні. Для скорочення часу зарядний струм збільшують, може досягати значення, чисельно рівного 100 % ємності акумулятора. Якщо за таких умов не відстежити момент повної зарядки, можливе накопичення газів усередині акумулятора та збільшення тиску аж до його механічного пошкодження та виходу з ладу.

Ступінь зарядженості можна контролювати, постійно вимірюючи температуру корпусу акумулятора. Цей метод заснований на так званому негативному температурному коефіцієнті (близько -1 мВ/°С) Ni-Cd та Ni-MH акумуляторів. Зарядку припиняють за відповідного значення температури, яке розраховують для кожного конкретного випадку. Однак цей метод не має широкого поширення, зважаючи на труднощі, які виникають при спробах точного вимірювання температури та необхідності ведення точних розрахунків.

Є ще один спосіб контролю повної зарядки акумулятора, заснований на виявленні зменшення напруги, в літературі часто називають метод ΔV [1-6]. Він полягає у відстеженні зміни напруги на висновках акумулятора в часі та припинення зарядки в момент досягнення максимуму характеристики. Саме цей метод – вимірювання знака ΔУ – і лежить в основі принципу роботи пристрою, про який йтиметься далі.

Метод виявлення максимуму є сьогодні найточнішим способом визначення моменту закінчення зарядки Ni-Cd та Ni-MH акумуляторів. Напруга на виводах акумулятора при постійному зарядному струмі є монотонно зростаючою функцією. Коли акумулятор повністю зарядиться, він перестає запасати енергію, а біля плюсового електрода починає накопичуватись газ. Це призводить до швидкого підвищення температури та зменшення напруги на виводах акумулятора. Спеціалізована мікросхема (в описуваному зарядному пристрої ТЕА1101) через певні інтервали вимірює поточну напругу на акумуляторі, що заряджається, і порівнює його з попереднім вимірюванням. Якщо результат порівняння набуває негативного значення, тобто поточна напруга менша за попередню, і подібне явище повторюється при декількох десятках вимірювань - зарядний пристрій переходить в режим консервативної зарядки струмом в межах 1/20...1/80 від номінальної ємності акумулятора. Консервативна зарядка не викликає подальшого виділення газу в акумуляторі та не завдає йому шкоди.

Значення ΔV, яке може виміряти зарядний пристрій, залежить від застосовуваної мікросхеми, а точніше, від розрядності вбудованого в неї аналого-цифрового перетворювача, що перетворює напругу в цифровий код. У мікросхемі ТЕА1101 число розрядів дорівнює 12, що забезпечує дискретність 0,025 % від абсолютного значення напруги. Цього достатньо для акумуляторів обох типів, у той час як, наприклад, мікросхема ТЕА1100 має лише 10-розрядний АЦП, точності якого вистачить тільки для роботи з Ni-Cd акумуляторами.

Схема "інтелектуального" зарядного пристрою показано на рис. 1. Позиційні позначення всіх елементів відповідають схемою фірми-виробника.

Основа пристрою – спеціалізована мікросхема ТЕА1101 (DA1). Напруга живлення мікросхеми стабілізує стабілізатор VT3VD4R6R7 на рівні 8 В, проте вона зберігає працездатність до напруги 11,5 В. На вхід IB (висновок 5) мікросхеми надходить напруга, пропорційна зарядному струму акумулятора, з датчика струму - резистора R4, яке порівняється струму прискореної та консервативної зарядки, що визначаються відповідно резисторами R13 та R12. У разі відхилення зарядного струму від заданого значення на виході аналогового управління АТ (висновок 2) виникає керуюча напруга Якщо в зарядному пристрої застосований лінійний регулятор, то ця напруга надходить на транзистор, що регулює, який і здійснює корекцію. Однак у мікросхемі ТЕА1101 є вбудований широтно-імпульсний модулятор і відповідно вихід широтно-імпульсного керування PWM (висновок 1).

Імпульсне регулювання зарядного струму має всі переваги ШІ-регуляторів перед лінійними - вищий ККД, мале розсіювання потужності на регулювальному елементі і т. п. Зарядний пристрій, що описується, побудовано саме за принципом ШІ-регулювання, а аналоговий сигнал поданий на вузол управління VT4R16 - R18 світлодіодом HL2, за кольором та яскравістю свічення якого можна приблизно судити про зарядний струм. Максимально яскраве світло червоного світлодіода означає, що акумулятор заряджається прискорено (транзистор VT4 максимально відкритий). Плавний перехід від червоного через помаранчевий колір до зеленого говорить про зменшення регулюючої напруги та прикриття регулюючого елемента. Яскраве зелене свічення настає з переходу в режим консервативної зарядки.

На жаль, подібна індикація не дозволяє точно визначити момент досягнення повного заряду. Однак у мікросхеми ТЕА1101 передбачено спеціальний вихід LED (висновок 15) для управління світлодіодом. Цей світлодіод (HL1) в різні фази заряджання поводиться по-різному, тим самим надаючи повну інформацію про процеси, що відбуваються в зарядному пристрої. Якщо світлодіод не світиться або світиться дуже слабо, можливо пульсує з малим рівнем яскравості, акумулятор не підключений до зарядного пристрою. Постійно та яскраво світить – йде прискорена зарядка акумулятора. Яскраво блимає - акумулятор повністю заряджений. Якщо при першому увімкненні сигналізація така сама, як і при закінченні зарядки, акумулятор, швидше за все, вийшов з ладу і відновлення не підлягає. Природно, у всіх цих ситуаціях треба звертати увагу ще й на двоколірний світлодіод, його світіння говорить про те, чи реально йде зарядка чи ні.

Спочатку промисловий пристрій був призначений для заряджання акумуляторів або батарей, що складаються з двох або трьох акумуляторів ємністю 600...700 мА-год. Однак цей пристрій можна піддати нескладному доопрацюванню, в результаті якого його можливості суттєво розширюються. Справа в тому, що всі параметри зарядного пристрою можна задати шляхом підбору відповідних елементів і напруги живлення.

Струм режиму швидкої зарядки розрахуємо за формулою

lfаst = R8 · Uref / (R4 · R13) = 3,9 · 10³ · 1,25 / / (0,27 · 27 · 10³) = 0,669А,

де Uref = 1,25 - зразкова напруга на виході Rref (висновок 10).

Струм режиму консервативної зарядки

lnorm = 0,1 R8 · Uref / (R4 · R12 · P) = 0,1 х З,9 · 10³ · 1,25 / (0,27 · 6,2 · 10³ · 4) = 0,073 А,

де Р - множник, значення якого визначається підключенням 8 висновку (PR) мікросхеми ТЕА1101. Коли цей висновок з'єднаний з виводом 6 (Us) мікросхеми, Р = 1, якщо з виводом 16 (GND) - Р = 4, а при непідключеному виводі - Р = 2.

Таким чином, з наведених співвідношень видно, що якщо на місце R8 підключати резистори різного опору, можна заряджати акумулятори і батареї різної ємності С. У табл. 1 наведено розрахункові значення опору R8 та струму режимів швидкої та консервативної зарядки.

Крім того, щоб заряджати батареї з великим числом акумуляторів, слід змінити коефіцієнт передачі резистивного дільника R14R15 на вході мікросхеми UАС (висновок 7). У табл. 2 наведено шість варіантів батарей, що містять від одного до шести акумуляторів. Враховуючи, що максимальний струм швидкої зарядки для акумуляторів ємністю 1000...1200 мА-год повинен бути приблизно 1 А, а падіння напруги на регулювальному елементі та двох діодах складе близько 2,5 В, необхідна напруга джерела живлення при зарядці батарей, що складаються з чотирьох і більше акумуляторів, вибираємо рівним 18 ст.

Схема доопрацьованого варіанта пристрою показано на рис. 2.

Оцінка мінімально необхідної напруги живлення для забезпечення того чи іншого зарядного струму проводилася дуже приблизно, проте наступні експерименти показали правильність розрахунків.

література

1. Nachrustung von Ladenstationen fue NC-Akkuwerzeuge mit dem Ladecontroller TEA1101. - Funk Amateur, 2000 № 2, p. 164-167.
2. "Інтелектуальний" зарядний пристрій для Ni-Cd акумуляторів. - Радіо, 2001. № 1.С.72.
3. Григор'єв Б. Алгоритм швидкого заряджання акумуляторів. – Радіо, 2001, № 8, с. 38.
4. Boshboom W. Batteries recharge characteristics under TEA1101 charge management. Report No: NPO/AN9301.
5. Battery monitor для Ni-Cd та Ni-MH chargers. Philips Semiconductors - попередній конкретний. Дек. 1992.
6. Inteligentna ladowarka akkumulatorow Ni-MH і Ni-Cd. - Radioelectronic Audio Hi-Fi-Video, 1998 № 7-8. s. 21-26.

Автор: В.Голутвін, м.Львів, Україна

Дивіться інші статті розділу Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих ​​для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву Графенова мікросхема 20.05.2006 Вчені з Франції та США створили мікросхему з одношарового графіту. Років два тому американські вчені отримали чергову (якщо рахувати в ряді графіт-алмаз-карбін-фулерен-нанотрубка, то шосту) форму вуглецю, а саме графітовий лист завтовшки в один атом. Цю форму назвали графеном. Як виявилося, така речовина цілком може скласти конкуренцію нанотрубкам у майбутніх пристроях мікро-(точніше, нано-) електроніки. Нанотрубки тому вважаються дуже перспективними, що вони непогано проводять електричний струм, електрон же в них виявляє цікаві квантові властивості. А ось збирати з нанотрубок мікросхеми складно. Для цього потрібне нестандартне обладнання, виготовлене на основі зондових мікроскопів. Та й припаювати нанотрубки до інших елементів схеми нелегко. "Нам прийшла думка, що насправді нанотрубка - це не що інше, як скатаний у рулон лист графена, - розповідає професор Уолт де Хір з Технологічного університету Джорджії. - Використовуючи тонкі смужки графена, ми збережемо всі унікальні властивості нанотрубок. Адже вони пов'язані. саме з будовою сітки з атомів вуглецю, а не з тим, як вона закручена. Вчені нагріли у вакуумі платівку карбіду кремнію і досягли того, що з її поверхні відлетіли всі атоми кремнію. Вийшов, звичайно, не зовсім графен, але тонка, завтовшки в десяток міжатомних відстаней плівка з графіту. Далі стандартними методами фотолітографії, тобто накладенням масок та подальшим травленням, з графітової плівки отримали стандартні елементи мікросхеми.

Інші цікаві новини:

▪ Земля може втратити хмари

▪ Апаратний кодувальник HEVC

▪ Безшовні 3D-трансплантати шкіри

▪ Перший комерційний чіпсет стандарту 5G 3GPP від ​​Huawei

▪ Хижа бактерія як живий антибіотик

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електротехнічні матеріали. Добірка статей

▪ стаття Жорстокі, добродію, звичаї в нашому місті. Крилатий вислів

▪ стаття Чи далеко до зірок? Детальна відповідь

▪ стаття Цифрова інтегральна мікросхема. Радіо - початківцям

▪ стаття Тороїдальний зварювальний трансформатор із доступних деталей. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Лінійний вихід у магнітолі. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024