Circuite simple de încărcare a bateriei Ni-Cd explorate

Postul discută despre un circuit simplu de încărcător NiCd cu o protecție automată la suprasarcină și o încărcare constantă a curentului.

Când vine vorba de încărcarea corectă a unei celule de nichel-cadmiu, este strict recomandat ca procesul de încărcare să fie oprit sau întrerupt de îndată ce atinge nivelul maxim de încărcare. Nerespectarea acestui lucru poate afecta viața de lucru a celulei, reducând semnificativ eficiența acesteia.

Circuitul simplu de încărcare Ni-Cad prezentat mai jos abordează în mod eficient criteriul de supraîncărcare, incluzând facilități precum o încărcare constantă de curent, precum și întreruperea alimentării atunci când terminalul celulei atinge valoarea completă de încărcare.

Principalele caracteristici și avantaje

• Oprire automată la nivelul de încărcare completă
• Curent constant pe toată durata încărcării.
• Indicator LED pentru întrerupere completă.
• Permite utilizatorului să adauge mai multe etape pentru încărcarea a 10 celule NiCd simultan.

Diagrama circuitului

Cum functioneaza

Configurația simplă detaliată aici este concepută pentru a încărca o singură celulă „AA” de 500 mAh cu o rată de încărcare recomandată de aproape 50 mA, cu toate acestea ar putea fi personalizată în mod convenabil la prețuri mici pentru a încărca mai multe celule împreună prin repetarea zonei prezentate în linii punctate.

Tensiunea de alimentare pentru circuit este dobândită de la un transformator, redresor de punte și regulator IC de 5 V.

Celula este încărcată cu un tranzistor T1 care este configurat ca o sursă de curent constant.

Pe de altă parte, T1 este controlat de un comparator de tensiune utilizând un declanșator TT1 Schmitt N1. În timpul în care celula se încarcă, tensiunea terminală a celulei este menținută la aproximativ 1,25 V.

Acest nivel pare a fi mai mic decât pragul pozitiv de declanșare al lui N1, care menține ieșirea lui N1 ridicată, iar ieșirea lui N2 devine scăzută, permițând T1 să obțină tensiunea de polarizare de bază prin divizorul de potențial R4 / R5.

Atâta timp cât celula Ni-Cd se încarcă, LED-ul D1 rămâne aprins. De îndată ce celula se apropie de starea de încărcare completă, tensiunea sa terminală urcă la aproximativ 1,45 V. Datorită acestui fapt, pragul pozitiv de declanșare al lui N1 crește, determinând ieșirea lui N2 să crească.

Această situație oprește instantaneu T1. Acum celula se oprește din încărcare și LED-ul D1 este oprit.

Deoarece limita de activare pozitivă a N1 este de aproximativ 1,7 V și este controlată de o toleranță specifică, R3 și P1 sunt încorporate pentru ao modifica la 1,45 V. Limita de declanșare negativă a declanșatorului Schmitt este de aproximativ 0,9 V, ceea ce se întâmplă să fie mai mic decât tensiunea terminală a unei celule complet descărcate.

Aceasta implică faptul că conectarea unei celule descărcate în circuit nu va declanșa niciodată încărcarea să se inițieze automat. Din acest motiv este inclus un buton de pornire S1 care, atunci când este apăsat, are intrarea NI scăzută.

Pentru a încărca un număr mai mare de celule, porțiunea circuitului dezvăluită în cutia punctată poate fi repetată separat, una pentru fiecare baterie.

Acest lucru asigură că, indiferent de nivelurile de descărcare ale celulelor, fiecare dintre ele este încărcată individual la nivelul corect.

Proiectare PCB și acoperire de componente

În proiectarea PCB de mai jos sunt duplicate două etape pentru a permite încărcarea simultană a două celule Nicad de la o singură placă configurată.

Încărcător Ni-Cad folosind un rezistor

Acest încărcător simplu special ar putea fi construit cu piese care ar putea fi văzute în aproape orice container de gunoi al constructorului. Pentru o durată de viață optimă (numărul de cicluri de încărcare) bateriile Ni-Cad trebuie încărcate cu un curent relativ constant.

Acest lucru este adesea realizat destul de ușor prin încărcarea printr-un rezistor de la o tensiune de alimentare de multe ori mai mare decât tensiunea bateriei. Schimbarea tensiunii bateriei deoarece se încarcă va avea probabil o influență minimă asupra curentului de încărcare. Circuitul propus este alcătuit doar dintr-un transformator, redresor de diode și rezistor de serie, așa cum este indicat în figura 1.

Imaginea grafică asociată facilitează determinarea valorii rezistenței seriei necesare.

O linie orizontală este trasată prin tensiunea transformatorului pe axa verticală până când traversează linia de tensiune specificată a bateriei. Apoi, o linie trasă vertical în jos din acest punct pentru a atinge axa orizontală ne oferă ulterior valoarea necesară a rezistorului în ohmi.

De exemplu, linia punctată demonstrează că, dacă tensiunea transformatorului este de 18 V și bateria Ni-Cd care trebuie încărcată este de 6 V, atunci valoarea rezistenței va fi de aproximativ 36 ohmi pentru controlul curentului dorit.

Această rezistență indicată este calculată pentru a furniza 120 mA, în timp ce pentru alte rate de curent de încărcare, valoarea rezistorului va trebui redusă în mod corespunzător, de ex. 18 ohmi pentru 240 mA, 72 ohmi pentru 60 mA etc. D1.

Circuitul încărcătorului NiCad utilizând controlul curentului automat

Bateriile nichel-cadmiu necesită, în general, o încărcare constantă a curentului. Circuitul de încărcare NiCad prezentat mai jos este dezvoltat pentru a furniza fie 50mA la patru celule de 1,25V (tip AA), fie 250mA la patru celule de 1,25V (tip C) conectate în serie, deși ar putea fi pur și simplu modificat pentru diferite alte valori de încărcare.

În circuitul încărcătorului NiCad discutat, R1 și R2 fixează tensiunea de ieșire la aproximativ 8V.

Curentul de ieșire se deplasează cu ajutorul R6 sau R7 și, pe măsură ce crește, tranzistorul Tr1 este pornit treptat.

Acest lucru cauzează un punct Da să crească, pornind tranzistorul Tr2 și permițând punctului Z să devină mai puțin pozitiv.

Prin urmare, procesul scade tensiunea de ieșire și are tendința de a reduce curentul. Un nivel de echilibru este atins în cele din urmă, care este determinat de valoarea R6 și R7.

Dioda D5 inhibă bateria care se încarcă, asigurând alimentarea cu ieșirea IC1 în cazul în care 12V este eliminată, ceea ce ar putea provoca daune grave IC-ului.

FS2 este încorporat pentru a proteja împotriva deteriorării bateriilor care sunt încărcate.

Alegerea R6 și R7 se face printr-o încercare și eroare, ceea ce înseamnă că veți avea nevoie de un ampermetru cu un domeniu adecvat sau, dacă valorile R6 și R7 sunt cunoscute cu adevărat, atunci căderea de tensiune peste ele ar putea fi calculată prin Legea lui Ohm.

Încărcător Ni-Cd utilizând un singur amplificator op

Acest circuit de încărcare Ni-Cd este conceput pentru încărcarea bateriilor standard NiCad de dimensiuni AA. Un încărcător special este recomandat cel mai mult pentru celulele NiCad din motivul că posedă o rezistență internă extrem de scăzută, rezultând un curent de încărcare crescut chiar dacă tensiunea utilizată este doar puțin mai mare.

Prin urmare, încărcătorul ar trebui să includă un circuit care să limiteze curentul de încărcare la o limită corectă. În acest circuit, T1, D1, D2 și C1 funcționează ca un circuit tradițional de descreștere, izolare, redresor cu undă completă și circuit de filtrare DC. Părțile suplimentare oferă reglementarea actuală.

IC1 este utilizat ca un comparator cu o etapă tampon separată Q1 oferind o funcționalitate de curent de ieșire ridicată în acest design. Intrarea fără inversare a IC1 este furnizată cu o tensiune de referință de 0,65 V prezentată prin R1 și D3. Intrarea inversă este conectată la masă prin R2 în cadrul nivelurilor de curent repaus, permițând ieșirii să devină complet pozitivă. Având o celulă NiCad atașată la ieșire, un curent ridicat poate face un efort prin intermediul R2, provocând o cantitate echivalentă de tensiune pentru R2.

Ar putea crește doar la 0,6 V, cu toate acestea, o tensiune în creștere în acest moment inversează potențialele de intrare ale intrărilor IC1, determinând reducerea tensiunii de ieșire și scăderea tensiunii în jurul valorii de R2 înapoi 0,65 V. Cel mai mare curent de ieșire (și, de asemenea, curentul de încărcare primit) este ca rezultat curentul generat cu 0,65 V pe 10 ohmi sau pur și simplu 65 mA.

Majoritatea celulelor AA NiCad posedă un curent de încărcare preferat optim de cel mult 45 sau 50 mA și pentru această categorie R2 trebuie mărit la 13 ohmi, astfel încât să puteți avea curentul de încărcare corespunzător.

Câteva varietăți de încărcător rapid pot funcționa cu 150 mA, iar acest lucru necesită scăderea R2 la 4,3 ohmi (3,3 ohmi plus 1 ohm în serie în cazul în care nu se poate procura o parte ideală).

Mai mult, T1 trebuie îmbunătățit la o variantă cu un curent nominal de 250 mA., Iar Q1 trebuie instalat folosind un mic radiator cu aripi. Dispozitivul poate încărca cu ușurință până la patru celule (6 celule atunci când T1 este actualizat la un tip de 12 V), iar toate acestea trebuie atașate în serie la ieșire și nu în paralel.

Circuit universal de încărcare NiCad

Figura 1 prezintă schema completă a circuitului încărcătorului universal NiCad. O sursă de curent este dezvoltată folosind tranzistoarele T1, T2 și T3, care oferă un curent de încărcare constant.

Sursa curentă devine activă numai atunci când celulele NiCad sunt atașate corect. ICI este poziționat pentru a verifica rețeaua, verificând polaritatea tensiunii pe terminalele de ieșire. Dacă celulele sunt montate corect, pinul 2 al IC1 nu este capabil să se transforme la fel de pozitiv ca pe pinul 3.

Ca rezultat, ieșirea IC1 devine pozitivă și alocă un curent de bază la T2, care pornește sursa curentă. Limita sursei curente ar putea fi fixată folosind S1. Un curent de 50 mA, 180 mA și 400 mA ar putea fi presetat odată ce valorile R6, R7 și RB sunt determinate. Punerea S1 la punctul 1 arată că celulele NiCad pot fi încărcate, poziția 2 este destinată celulelor C și poziția 3 este rezervată celulelor D.

Piese diverse

TR1 = transformator 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = comutator cu 3 poziții
S2 = comutator cu 2 poziții

Sursa actuală funcționează folosind un principiu foarte de bază. Circuitul este cablat ca o rețea de feedback curentă. Imaginați-vă că S1 se află în poziția 1 și ieșirea IC1 este pozitivă. T2 și 13 încep acum să obțină un curent de bază și să inițieze conducerea. Curentul prin intermediul acestor tranzistori constituie o tensiune în jurul R6, care declanșează T1 în funcțiune.

Un curent în creștere în jurul valorii de R6 înseamnă că T1 poate conduce cu o rezistență mai mare, minimizând astfel curentul de acționare de bază pentru tranzistoarele T2 și T3.

Al doilea tranzistor poate conduce în acest moment mai puțin și creșterea inițială a curentului este restricționată. Un curent rezonabil constant prin intermediul R3 și celulele NiCad atașate devine astfel implementat.

Câteva LED-uri atașate la sursa curentă indică starea operațională a încărcătorului NiCad în orice moment. IC1 furnizează o tensiune pozitivă odată ce celulele NiCad sunt conectate în modul corect iluminând LED-ul D8.

Dacă celulele nu sunt conectate cu polaritatea corectă, potențialul pozitiv la pinul 2 al IC1 va fi mai mare decât pinul 3, determinând ieșirea comparatorului amplificatorului opțional să devină 0 V.

În această situație, sursa curentă va rămâne oprită și LED-ul D8 nu se va aprinde. O stare identică poate apărea în cazul în care nu sunt conectate celule pentru încărcare. Acest lucru se poate întâmpla deoarece pinul 2 va avea o tensiune crescută în comparație cu pinul 3, din cauza căderii de tensiune pe D10.

Încărcătorul se va activa numai atunci când este conectată o celulă care conține minimum 1 V. LED-ul D9 arată că sursa curentă funcționează ca o sursă de curent.

Acest lucru ar putea părea destul de ciudat, cu toate acestea, un curent de intrare generat de IC1 nu este suficient, nivelul de tensiune trebuie să fie, de asemenea, suficient de mare pentru a întări curentul.

Aceasta implică faptul că alimentarea trebuie să fie întotdeauna mai mare decât tensiunea din celulele NiCad. Doar în această situație, diferența de potențial va fi suficientă pentru ca feedback-ul curent T1 să se declanșeze, iluminând LED-ul D9.

Design PCB

Utilizarea IC 7805

Diagrama circuitului de mai jos demonstrează un circuit de încărcare ideal pentru o celulă ni-cad.

Aceasta folosește un 7805 regulator IC pentru a furniza o constantă de 5V pe un rezistor, ceea ce face ca curentul să fie dependent de valoarea rezistorului, în loc de potențialul celulei.

Valoarea rezistorului trebuie ajustată în funcție de tipul utilizat pentru încărcarea oricărei valori cuprinse între 10 Ohm și 470 Ohm, în funcție de valoarea mAh a celulei. Datorită naturii plutitoare a IC 7805 în raport cu potențialul solului, acest design ar putea fi aplicat pentru încărcarea celulelor Nicad individuale sau a seriei de câteva celule.

Încărcarea celulei Ni-Cd de la o sursă de alimentare de 12V

Cel mai fundamental principiu pentru un încărcător de baterii este că tensiunea sa de încărcare trebuie să fie mai mare decât tensiunea nominală a bateriei. De exemplu, o baterie de 12 V trebuie încărcată de la o sursă de 14 V.

În acest circuit de încărcare Ni-Cd de 12V, se folosește un dublor de tensiune bazat pe popularul 555 IC. Deoarece ieșirea 3 a cipului este conectată alternativ între tensiunea de alimentare +12 V și pământ, IC-ul oscilează.

C₃este taxat prin D_Douăși D₃la aproape 12 V când pinul 3 este un nivel logic scăzut. Momentul pinul 3 este logic ridicat, tensiunea de joncțiune a lui C.₃și D₃crește la 24 V datorită terminalului negativ al lui C.₃care este conectat la +12 V, iar condensatorul în sine deține o încărcare de aceeași valoare. Apoi, dioda D₃devine polarizat invers, dar D₄conduce suficient pentru C₄pentru a fi încărcat peste 20 V. Aceasta este o tensiune mai mult decât suficientă pentru circuitul nostru.

78L05 din IC_Douăpozițiile acționează ca un furnizor de curent care se întâmplă să-și păstreze tensiunea de ieșire, U_n, de la apariția în R₃la 5 V. Curentul de ieșire, I_n, poate fi calculat simplu din ecuația:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Proprietățile modelului 78L05 includ curentul de extragere în sine, deoarece terminalul central (de obicei împământat) ne dă în jur de 3 mA.

Curentul total de încărcare este de aproximativ 10 mA și aceasta este o valoare bună pentru încărcarea constantă a bateriilor NiCd. Pentru a afișa curentul de încărcare curge, un LED este inclus în circuit.

Grafic curent de încărcare

Figura 2 prezintă proprietățile curentului de încărcare față de tensiunea bateriei. Este destul de evident că circuitul nu este complet perfect, deoarece bateria de 12 V va fi încărcată cu un curent care măsoară doar în jur de 5 mA. Câteva motive pentru aceasta:

• Tensiunea de ieșire a circuitului pare să scadă odată cu intensificarea curentului.
• Căderea de tensiune pe 78L05 este în jur de 5 V. Însă trebuie inclus 2,5 V suplimentar pentru a vă asigura că IC funcționează cu precizie.
• De-a lungul LED-ului, există cel mai probabil o cădere de tensiune de 1,5 V.

Având în vedere toate cele de mai sus, o baterie NiCd de 12 V cu o capacitate nominală de 500 mAh ar putea fi încărcată neîntrerupt cu un curent de 5 mA. În total, este doar 1% din capacitatea sa.