Boli preskúmané jednoduché obvody nabíjačky Ni-Cd

Príspevok pojednáva o jednoduchom obvode nabíjačky NiCd s automatickou ochranou proti prebitiu a nabíjaním konštantným prúdom.

Pokiaľ ide o správne nabitie nikel-kadmiového článku, dôrazne sa odporúča, aby sa nabíjací proces zastavil alebo prerušil, akonáhle dosiahne úplnú úroveň nabitia. Nedodržanie tohto môže mať nepriaznivý vplyv na životnosť bunky a môže výrazne znížiť jej účinnosť zálohovania.

Jednoduchý Ni-Cad nabíjací obvod prezentovaný nižšie účinne bojuje proti kritériu prebitia tým, že obsahuje zariadenia, ako je nabíjanie konštantným prúdom, ako aj prerušenie napájania, keď svorka bunky dosiahne hodnotu plného nabitia.

Hlavné vlastnosti a výhody

• Automatické vypnutie pri plnom nabití
• Konštantný prúd počas celého nabíjania.
• LED indikácia prerušenia plného nabitia.
• Umožňuje používateľovi pridať viac stupňov pre súčasné nabíjanie až 10 článkov NiCd.

Schéma zapojenia

Ako to funguje

Jednoduchá konfigurácia, ktorá je tu podrobne popísaná, je navrhnutá na nabíjanie jedného 500 mAh „AA“ článku s odporúčanou rýchlosťou nabíjania blízkou 50 mA, napriek tomu by sa dalo pohodlne lacno prispôsobiť na spoločné nabíjanie niekoľkých článkov opakovaním oblasti zobrazenej bodkovanými čiarami.

Napájacie napätie pre obvod sa získava z transformátora, mostíkového usmerňovača a 5 V IC regulátora.

Bunka je nabitá tranzistorom T1, ktorý je nakonfigurovaný ako zdroj konštantného prúdu.

Na druhej strane T1 je riadený komparátorom napätia pomocou spúšťača TTL Schmitt N1. Počas doby, keď sa článok nabíja, sa konečné napätie článku udržuje na hodnote 1,25 V.

Táto úroveň sa javí byť nižšia ako kladná prahová hodnota spúšťania N1, ktorá udržuje výstup N1 na vysokej úrovni a výstup N2 sa stáva nízkym, čo umožňuje T1 dostať základné predpätie cez delič potenciálu R4 / R5.

Pokiaľ sa Ni-Cd článok nabije, zostane LED D1 svietiť. Akonáhle sa článok priblíži k stavu úplného nabitia, jeho konečné napätie sa vyšplhá na približne 1,45 V. Z tohto dôvodu stúpa pozitívna prahová hodnota spúšťania N1, čo vedie k vysokému výstupu N2.

Táto situácia okamžite vypne T1. Bunka sa teraz prestane nabíjať a tiež sa vypne LED D1.

Pretože pozitívny limit aktivácie N1 je približne 1,7 V a je riadený špecifickou toleranciou, sú začlenené R3 a P1, aby sa zmenil na 1,45 V. Negatívny limit spúšťania Schmittovho spúšťača je okolo 0,9 V, čo sa stáva nižšou ako koncové napätie dokonca aj úplne vybitého článku.

To znamená, že pripojenie vybitého článku k okruhu nikdy nespustí automatické spustenie nabíjania. Z tohto dôvodu je zahrnuté štartovacie tlačidlo S1, ktoré po stlačení zníži vstup NI na nízku hodnotu.

Na nabitie väčšieho počtu článkov sa môže časť obvodu odhalená v bodkovanom poli opakovať osobitne, jeden pre každú batériu.

To zaisťuje, že bez ohľadu na úrovne vybitia článkov je každý z nich individuálne nabitý na správnu hladinu.

Dizajn dosiek plošných spojov a prekrytie komponentov

V dizajne DPS sú duplikované dva stupne, ktoré umožňujú súčasné nabíjanie dvoch článkov Nicad z jednej dosky.

Nabíjačka Ni-Cad pomocou rezistora

Táto konkrétna jednoduchá nabíjačka by mohla byť skonštruovaná z častí, ktoré by bolo možné vidieť v takmer akejkoľvek nepotrebnej nádobe od konštruktéra. Pre optimálnu životnosť (počet nabíjacích cyklov) musia byť Ni-Cad batérie nabíjané relatívne konštantným prúdom.

Často sa to dá ľahko dosiahnuť nabíjaním cez rezistor z napájacieho napätia, ktoré je mnohonásobne vyššie ako napätie batérie. Zmena nabíjacieho napätia batérie bude mať potom pravdepodobne minimálny vplyv na nabíjací prúd. Navrhovaný obvod je tvorený iba transformátorom, diódovým usmerňovačom a sériovým rezistorom, ako je to znázornené na obrázku 1.

Príslušný grafický obraz umožňuje určiť potrebnú hodnotu sériového odporu.

Napätím transformátora na zvislej osi je vedená vodorovná čiara, kým neprekročí stanovenú čiaru napätia batérie. Potom čiara vytiahnutá zvisle nadol z tohto bodu, aby sa stretla s vodorovnou osou, nám následne poskytne potrebnú hodnotu odporu v ohmoch.

Napríklad prerušovaná čiara demonštruje, že ak je napätie transformátora 18 V a nabíjaná Ni-Cd batéria 6 V, potom bude hodnota odporu pre plánovanú reguláciu prúdu okolo 36 ohmov.

Tento indikovaný odpor sa počíta tak, aby dodával 120 mA, zatiaľ čo pre niektoré ďalšie rýchlosti nabíjacieho prúdu bude potrebné hodnotu odporu primerane znížiť, napr. 18 ohmov pre 240 mA, 72 ohmov pre 60 mA atď. D1.

Obvod nabíjačky NiCad pomocou automatického riadenia prúdu

Nikel-kadmiové batérie spravidla vyžadujú nabíjanie konštantným prúdom. Nižšie zobrazený nabíjací obvod NiCad je vyvinutý na napájanie buď 50 mA do štyroch článkov 1,25 V (typ AA), alebo 250 mA do štyroch článkov 1,25 V (typ C) zapojených do série, aj keď je možné ho jednoducho upraviť pre rôzne ďalšie hodnoty nabíjania.

V diskutovaných NiCad nabíjacích obvodoch R1 a R2 fixujte výstupné napätie mimo zaťaženia na približne 8V.

Výstupný prúd prechádza buď pomocou R6 alebo R7 a pri stúpaní sa tranzistor Tr1 postupne zapína.

To spôsobuje bod Y zvýšiť, zapnúť tranzistor Tr2 a umožniť bodu Z, aby sa stal menej a menej pozitívnym.

Proces následne znižuje výstupné napätie a má tendenciu znižovať prúd. Nakoniec sa dosiahne úroveň rovnováhy, ktorá je určená hodnotou R6 a R7.

Dióda D5 blokuje nabíjanú batériu a zaisťuje napájanie výstupu IC1 v prípade odpojenia 12V, čo by inak mohlo spôsobiť vážne poškodenie IC.

FS2 je zabudovaný na ochranu pred poškodením nabíjaných batérií.

Výber R6 a R7 sa vykonáva pomocou pokusov a omylov, čo znamená, že budete potrebovať ampérmeter s vhodným rozsahom, alebo ak sú hodnoty R6 a R7 skutočne známe, potom je možné pokles napätia na nich vypočítať pomocou Ohmovho zákona.

Ni-Cd nabíjačka s použitím jedného operačného zosilňovača

Tento nabíjací obvod Ni-Cd je navrhnutý na nabíjanie štandardných batérií NiCad veľkosti AA. Špeciálna nabíjačka sa väčšinou odporúča pre články NiCad z dôvodu, že majú extrémne nízky vnútorný odpor, čo má za následok zvýšený nabíjací prúd, aj keď je použité napätie len o niečo vyššie.

Nabíjačka by preto mala obsahovať obvod na obmedzenie nabíjacieho prúdu na správny limit. V tomto obvode fungujú T1, D1, D2 a C1 ako tradičný krokovací, izolačný, usmerňovací usmerňovač s plnou vlnou a jednosmerný filtračný obvod. Dodatočné časti ponúkajú súčasné nariadenie.

IC1 sa používa ako komparátor so samostatným vyrovnávacím stupňom Q1, ktorý v tomto prevedení poskytuje funkčnosť výstupného prúdu s vysokou hodnotou. Neinvertujúci vstup IC1 je napájaný 0,65 V: referenčné napätie vedené cez R1 a D3. Invertujúci vstup je pripojený k zemi cez R2 v kľudových úrovniach prúdu, čo umožňuje, aby bol výstup úplne kladný. Keď je na výstupe pripojený článok NiCad, vysoký prúd môže vyvinúť úsilie na prechod cez R2, čo spôsobí vyvinutie ekvivalentného množstva napätia na R2.

Môže sa iba zvýšiť na 0,6 V, avšak zvyšujúce sa napätie v tomto bode obráti vstupné potenciály vstupov IC1, čo spôsobí zníženie výstupného napätia a zníženie napätia okolo R2 späť o 0,65 V. Najvyšší výstupný prúd (a tiež prijatý nabíjací prúd) je výsledkom prúdu generovaného pri 0,65 V pri 10 ohmoch alebo zjednodušene pri 65 mA.

Väčšina AA NiCad článkov má optimálny preferovaný nabíjací prúd najviac 45 alebo 50 mA a pre túto kategóriu musí byť R2 zvýšený na 13 ohmov, aby ste mohli mať vhodný nabíjací prúd.

Niekoľko druhov rýchlonabíjačiek môže pracovať so 150 mA, čo si vyžaduje zníženie R2 na 4,3 ohmov (3,3 ohmov plus 1 ohm v sérii, ak nie je možné zaobstarať ideálnu súčasť).

Ďalej je potrebné vylepšiť T1 na variant s prúdovým výkonom 250 mA. A Q1 sa musí inštalovať pomocou malého skrutkovaného rebrovaného chladiča. Zariadenie môže ľahko nabíjať až štyri články (6 článkov, keď je T1 upgradovaný na typ 12 V) a všetky tieto články by mali byť pripojené sériovo k výstupu, a nie paralelne.

Univerzálny obvod nabíjačky NiCad

Obrázok 1 zobrazuje schému úplného zapojenia univerzálnej nabíjačky NiCad. Zdroj prúdu je vyvinutý pomocou tranzistorov T1, T2 a T3, ktoré poskytujú konštantný nabíjací prúd.

Zdroj prúdu sa stane aktívnym iba vtedy, keď sú články NiCad pripojené správnym spôsobom. ICI je umiestnený na kontrolu siete overením polarity napätia na výstupných svorkách. Ak sú články správne namontované, kolík 2 na IC1 sa nemôže otočiť tak pozitívne ako na kolíku 3.

Výsledkom je, že výstup IC1 dostane kladný signál a napája základný prúd na T2, ktorý zapína zdroj prúdu. Aktuálny limit zdroja bolo možné opraviť pomocou S1. Po stanovení hodnôt R6, R7 a RB je možné prednastaviť prúd 50 mA, 180 mA a 400 mA. Uvedenie S1 do bodu 1 ukazuje, že články NiCad je možné nabíjať, pozícia 2 je určená pre C články a pozícia 3 je vyhradená pre D články.

Rôzne diely

TR1 = transformátor 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3 polohový spínač
S2 = 2 polohový spínač

Súčasný zdroj pracuje na veľmi základnom princípe. Obvod je zapojený ako prúdová spätnoväzbová sieť. Predstavte si, že S1 je na pozícii 1 a výstup IC1 je pozitívny. T2 a 13 teraz začínajú dostávať základný prúd a iniciujú vedenie. Prúd cez tieto tranzistory predstavuje napätie okolo R6, ktoré spúšťa T1 do činnosti.

Zvyšujúci sa prúd okolo R6 znamená, že T1 môže viesť s väčšou silou, čím sa minimalizuje základný budiaci prúd pre tranzistory T2 a T3.

Druhý tranzistor môže v tomto bode viesť menej a počiatočný nárast prúdu je obmedzený. Takto sa implementuje primerane konštantný prúd pomocou R3 a pripojených článkov NiCad.

Pár LED diód pripojených k zdroju prúdu indikuje kedykoľvek prevádzkový stav nabíjačky NiCad. IC1 napája kladné napätie, akonáhle sú články NiCad pripojené správnym spôsobom, rozsvietením LED D8.

Ak články nie sú pripojené so správnou polaritou, pozitívny potenciál na pin 2 na IC1 bude vyšší ako na pin 3, čo spôsobí, že výstup komparátora op amp sa stane 0 V.

V takom prípade zostane prúdový zdroj vypnutý a LED D8 sa nerozsvieti. Rovnaký stav môže nastať v prípade, že nie sú pripojené žiadne články na nabíjanie. Môže sa to stať, pretože kolík 2 bude mať v porovnaní s kolíkom 3 zvýšené napätie v dôsledku poklesu napätia na D10.

Nabíjačka sa aktivuje iba vtedy, keď je pripojený článok tvorený minimálne 1 V. LED D9 ukazuje, že zdroj prúdu pracuje ako zdroj prúdu.

Môže sa to javiť ako celkom zvláštne, avšak vstupný prúd generovaný IC1 jednoducho nie je dostatočný, úroveň napätia musí byť tiež dostatočne veľká na zosilnenie prúdu.

To znamená, že napájanie by malo byť vždy väčšie ako napätie v článkoch NiCad. Iba v tejto situácii bude potenciálny rozdiel dostatočný na to, aby sa mohla aktivovať spätná väzba prúdu T1, ktorá rozsvieti LED D9.

Dizajn DPS

Pomocou IC 7805

Schéma zapojenia nižšie ukazuje ideálny obvod nabíjačky pre Ni-CAD článok.

Toto zamestnáva a 7805 regulátor IC dodávať konštantné 5 V cez odpor, čo spôsobí, že prúd bude závisieť od hodnoty odporu, namiesto od potenciálu bunky.

Hodnota odporu by sa mala upraviť s ohľadom na typ, ktorý sa používa na nabíjanie, v závislosti od hodnoty mAh článku je možné použiť ľubovoľnú hodnotu od 10 Ohm do 470 Ohm. Kvôli plávajúcej povahe IC 7805 vzhľadom na zemný potenciál by bolo možné tento dizajn použiť na nabíjanie jednotlivých článkov Nicad alebo sérií niekoľkých článkov.

Nabíjanie Ni-Cd článku z 12V zdroja

Najzákladnejším princípom nabíjačky batérií je, že jej nabíjacie napätie musí byť väčšie ako nominálne napätie batérie. Napríklad 12 V batéria by sa mala nabíjať zo 14 V zdroja.

V tomto nabíjacom obvode Ni-Cd 12V sa používa zdvojovač napätia založený na populárnom 555 IC. Pretože výstup 3 čipu je zapojený striedavo medzi napájacím napätím +12 V a zemou, IC osciluje.

C.₃bude účtovaný cez D_dvaa D₃na takmer 12 V, keď je pin 3 logicky nízky. V okamihu, keď je pin 3 logicky vysoký, križovatkové napätie C₃a D₃sa zvýši na 24 V kvôli zápornému pólu C₃ktorý je zapojený na +12 V a samotný kondenzátor má náboj rovnakej hodnoty. Potom dióda D₃sa stane spätne predpätým, ale D₄vedie práve toľko pre C₄nabiť na viac ako 20 V. To je viac ako dosť napätia pre náš obvod.

78L05 v IC_dvapozície funguje ako súčasný dodávateľ, ktorý drží svoje výstupné napätie, U_n, od objavenia sa cez R₃pri 5 V. Výstupný prúd, I_n, možno jednoducho vypočítať z rovnice:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Vlastnosti 78L05 zahŕňajú samotný odber prúdu, pretože centrálny terminál (zvyčajne uzemnený) dáva nášmu okolo 3 mA.

Celkový prúd záťaže je asi 10 mA, čo je dobrá hodnota pre neustále nabíjanie NiCd batérií. Na zobrazenie, že nabíjací prúd tečie, je v obvode zahrnutá LED.

Graf nabíjacieho prúdu

Obrázok 2 zobrazuje vlastnosti nabíjacieho prúdu voči napätiu batérie. Je celkom zrejmé, že obvod nie je úplne dokonalý, pretože 12 V batéria sa bude nabíjať prúdom s veľkosťou iba okolo 5 mA. Niekoľko dôvodov:

• Zdá sa, že výstupné napätie obvodu klesá s stupňujúcim sa prúdom.
• Pokles napätia na 78L05 je okolo 5 V. Na zaistenie presnej činnosti IC je však potrebné zahrnúť ďalších 2,5 V.
• Cez LED je pravdepodobne pokles napätia o 1,5 V.

Ak vezmeme do úvahy všetky uvedené skutočnosti, 12 V NiCd batéria s menovitou kapacitou 500 mAh sa mohla bez prerušenia nabíjať prúdom 5 mA. Celkovo je to iba 1% jeho kapacity.