Izpētītas vienkāršas Ni-Cd akumulatora lādētāja shēmas

Ziņā ir apspriesta vienkārša NiCd lādētāja shēma ar automātisku aizsardzību pret pārslodzi un pastāvīgu strāvas uzlādi.

Pareizi uzlādējot niķeļa-kadmija elementus, ir stingri ieteicams pārtraukt vai pārtraukt uzlādes procesu, tiklīdz tas sasniedz pilnu uzlādes līmeni. Šī neievērošana var negatīvi ietekmēt šūnas darba laiku, ievērojami samazinot tās dublēšanas efektivitāti.

Zemāk sniegtā vienkāršā Ni-Cad lādētāja shēma efektīvi risina pārmērīgas uzlādes kritēriju, iekļaujot tādas iespējas kā pastāvīga strāvas uzlāde, kā arī pārtraucot padevi, kad šūnu termināls sasniedz pilnu uzlādes vērtību.

Galvenās iezīmes un priekšrocības

• Automātiska izslēgšana ar pilnu uzlādes līmeni
• Pastāvīga strāva visā uzlādes laikā.
• LED indikācija pilnīgas uzlādes pārtraukšanai.
• Ļauj lietotājam pievienot vairāk posmu, lai vienlaikus uzlādētu līdz 10 NiCd šūnām.

Ķēdes shēma

Kā tas strādā

Šeit detalizētā vienkāršā konfigurācija ir paredzēta, lai uzlādētu vienu 500 mAh 'AA' šūnu ar ieteicamo uzlādes līmeni tuvu 50 mA, tomēr to var ērti pielāgot, lēti uzlādējot vairākas šūnas kopā, atkārtojot laukumu, kas parādīts punktētās līnijās.

Barošanas spriegumu ķēdei iegūst no transformatora, tilta taisngrieža un 5 V IC regulatora.

Šūna ir uzlādēta ar T1 tranzistoru, kas ir konfigurēts kā nemainīgs strāvas avots.

No otras puses, T1 kontrolē sprieguma salīdzinātājs, izmantojot TTL Schmitt trigeri N1. Kameras uzlādes laikā elementa spriegums tiek turēts aptuveni 1,25 V.

Šis līmenis, šķiet, ir zemāks par pozitīvo N1 sprūda slieksni, kas uztur N1 izvadi augstu, un N2 izeja kļūst zema, ļaujot T1 iegūt bāzes slīpuma spriegumu caur potenciālo dalītāju R4 / R5.

Kamēr Ni-Cd šūna tiek uzlādēta, gaismas diode D1 paliek izgaismota. Tiklīdz šūna ir tuvu pilnam uzlādes stāvoklim, tās sprieguma spriegums palielinās līdz aptuveni 1,45 V. Sakarā ar to palielinās N1 pozitīvais sprūda slieksnis, izraisot N2 izejas pieaugumu.

Šī situācija uzreiz izslēdz T1. Šūna tagad pārtrauc uzlādi, un arī LED D1 tiek izslēgts.

Tā kā N1 pozitīvās aktivācijas robeža ir aptuveni 1,7 V un to kontrolē īpaša pielaide, tiek iekļauti R3 un P1, lai to mainītu uz 1,45 V. Šmitta sprūda negatīvās sprūda robeža ir aptuveni 0,9 V, kas gadās būt zemāka nekā pat pilnībā izlādētas šūnas spriegums.

Tas nozīmē, ka izlādētas šūnas pievienošana ķēdē nekad neizraisīs uzlādes automātisku sākšanu. Šī iemesla dēļ ir iekļauta sākuma poga S1, kas, nospiežot, samazina NI ievadi.

Lai uzlādētu vairāk šūnu, ķēdes daļu, kas atklāta punktētajā lodziņā, var atkārtot atsevišķi, pa vienai katrai baterijai.

Tas nodrošina, ka neatkarīgi no šūnu izlādes līmeņiem katrs no tiem tiek atsevišķi uzlādēts pareizajā līmenī.

PCB dizains un komponentu pārklājums

PCB konstrukcijā divi posmi tiek dublēti, lai divas Nicad šūnas varētu vienlaikus uzlādēt no vienas izveidotās plates.

Ni-Cad lādētājs, izmantojot rezistoru

Šo konkrēto vienkāršo lādētāju varēja izgatavot ar detaļām, kuras varēja redzēt gandrīz jebkura konstruktora nevēlamā konteinerā. Lai nodrošinātu optimālu kalpošanas laiku (uzlādes ciklu skaits), Ni-Cad akumulatoriem jābūt uzlādētiem ar samērā pastāvīgu strāvu.

To bieži panāk diezgan viegli, uzlādējot caur rezistoru no barošanas sprieguma, kas daudzkārt pārsniedz akumulatora spriegumu. Akumulatora sprieguma izmaiņas, jo tas uzlādējas, visticamāk, minimāli ietekmēs uzlādes strāvu. Piedāvātā shēma sastāv tikai no transformatora, diode taisngrieža un sērijveida rezistora, kā norādīts 1. attēlā.

Saistītais grafiskais attēls atvieglo nepieciešamās virknes rezistora vērtības noteikšanu.

Caur transformatora spriegumu uz vertikālās ass tiek novilkta horizontāla līnija, līdz tā šķērso norādīto akumulatora sprieguma līniju. Tad līnija, kas no šī punkta tiek novilkta vertikāli uz leju, lai sasniegtu horizontālo asi, vēlāk mums nodrošina nepieciešamo rezistora vērtību omos.

Piemēram, punktētā līnija parāda, ka, ja transformatora spriegums ir 18 V un uzlādējamais Ni-Cd akumulators ir 6 V, tad paredzētajai strāvas vadībai pretestības vērtība būs aptuveni 36 omi.

Šī norādītā pretestība tiek aprēķināta, lai nodrošinātu 120 mA, savukārt dažām citām uzlādes strāvas ātrumiem rezistora vērtība būs atbilstoši jāsamazina, piem. 18 omi pie 240 mA, 72 omi pie 60 mA utt. D1.

NiCad lādētāja shēma, izmantojot automātisko strāvas vadību

Niķeļa-kadmija baterijām parasti ir nepieciešama pastāvīga strāvas uzlāde. Zemāk parādītā NiCad lādētāja ķēde ir izstrādāta, lai piegādātu vai nu 50mA četrām 1,25V šūnām (AA tips), vai 250mA četrām 1,25V šūnām (C tips), kas savienotas virknē, kaut arī to varētu vienkārši pārveidot dažādām citām uzlādes vērtībām.

Apspriestajā NiCad lādētāja ķēdē R1 un R2 fiksē izejas spriegumu aptuveni 8 V.

Izejas strāva pārvietojas, izmantojot vai nu R6, vai R7, un, pieaugot, tranzistors Tr1 tiek pakāpeniski ieslēgts.

Tas izraisa punktu Jā palielināt, ieslēdzot tranzistoru Tr2 un ļaujot punktam Z kļūt mazāk mazāk pozitīvam.

Tādējādi process samazina izejas spriegumu, un tam ir tendence samazināt strāvu. Galu galā tiek sasniegts līdzsvara līmenis, ko nosaka R6 un R7 vērtība.

Diods D5 kavē uzlādējamo akumulatoru, nodrošinot barošanu IC1 izejai, ja 12 V tiek atvienots, kas citādi varētu nopietni sabojāt IC.

FS2 ir iebūvēts, lai pasargātu no uzlādētu akumulatoru bojājumiem.

R6 un R7 izvēle tiek veikta, izmantojot dažus izmēģinājumus un kļūdas, kas nozīmē, ka jums būs nepieciešams ampērmetrs ar piemērotu diapazonu, vai, ja R6 un R7 vērtības ir patiešām zināmas, tad sprieguma kritumu starp tām varētu aprēķināt, izmantojot Ohma likumu.

Ni-Cd lādētājs, izmantojot vienas opcijas pastiprinātāju

Šī Ni-Cd lādētāja shēma ir paredzēta standarta AA izmēra NiCad akumulatoru uzlādēšanai. NiCad šūnām galvenokārt ieteicams izmantot īpašu lādētāju tāpēc, ka tām piemīt ārkārtīgi zema iekšējā pretestība, kā rezultātā palielinās uzlādes strāva, pat ja izmantotais spriegums ir tikai nedaudz lielāks.

Tāpēc lādētājā jāiekļauj ķēde, lai ierobežotu lādēšanas strāvu līdz pareizai robežai. Šajā ķēdē T1, D1, D2 un C1 darbojas kā tradicionālā pazemināšanas, izolācijas, pilna viļņu taisngrieža un līdzstrāvas filtrēšanas ķēde. Papildu daļas piedāvā pašreizējo regulējumu.

IC1 tiek izmantots kā salīdzinātājs ar atsevišķu bufera pakāpi Q1, kas šajā dizainā nodrošina pietiekami augstu izejas strāvas funkcionalitāti. IC1 neinvertējošā ieeja tiek piegādāta ar 0,65 V: atsauces spriegums, kas tiek parādīts caur R1 un D3. Invertējošā ieeja ir savienota ar zemi caur R2 mierīgā strāvas līmenī, ļaujot izejai iegūt pilnīgi pozitīvu. Ja NiCad šūna ir piestiprināta pāri izejai, liela strāva var pielikt pūles caur R2, izraisot līdzvērtīgu sprieguma daudzumu visā R2.

Tas var vienkārši palielināties līdz 0,6 V, tomēr pieaugošs spriegums šajā brīdī maina IC1 ieeju ieejas potenciālu, izraisot izejas sprieguma samazināšanos un sprieguma samazināšanu ap R2 atpakaļ 0,65 V. Lielākā izejas strāva (un arī saņemtā uzlādes strāva) ir strāva, ko ģenerē ar 0,65 V pāri 10 omiem vai vienkārši izsakot 65 mA.

Lielākajai daļai AA NiCad šūnu optimālā vēlamā uzlādes strāva ir ne vairāk kā 45 vai 50 mA, un šai kategorijai R2 ir jāpalielina līdz 13 omiem, lai jums būtu atbilstoša uzlādes strāva.

Dažas ātro lādētāju šķirnes var darboties ar 150 mA, un tas prasa samazināt R2 līdz 4,3 omiem (3,3 omi plus 1 omi sērijveidā, ja nav iespējams iegādāties ideālu daļu).

Turklāt T1 jāuzlabo līdz variantam ar pašreizējo nominālvērtību 250 mA., Un Q1 jāuzstāda, izmantojot nelielu skrūvējamu atdzesētu radiatoru. Ierīce var viegli uzlādēt līdz četrām šūnām (6 šūnas, kad T1 ir jaunināta uz 12 V tipa), un visām tām jābūt piestiprinātām virknē, nevis paralēli.

Universāla NiCad lādētāja shēma

1. attēlā parādīta universālā NiCad lādētāja pilna shēma. Strāvas avots tiek izstrādāts, izmantojot tranzistorus T1, T2 un T3, kas piedāvā pastāvīgu uzlādes strāvu.

Pašreizējais avots kļūst aktīvs tikai tad, kad NiCad šūnas ir piestiprinātas pareizi. ICI ir novietots, lai pārbaudītu tīklu, pārbaudot sprieguma polaritāti izejas spailēs. Ja šūnas ir pareizi viltotas, IC1 2. tapa nevar pagriezties tik pozitīvi kā 3. tapā.

Rezultātā IC1 izeja kļūst pozitīva, un tā nodrošina bāzes strāvu T2, kas ieslēdz pašreizējo avotu. Pašreizējo avota ierobežojumu varētu noteikt, izmantojot S1. Pēc R6, R7 un RB vērtību noteikšanas var iepriekš iestatīt 50 mA, 180 mA un 400 mA strāvu. S1 ievietošana 1. punktā parāda, ka NiCad šūnas var uzlādēt, 2. pozīcija ir paredzēta C šūnām un 3. pozīcija ir rezervēta D šūnām.

Dažādas daļas

TR1 = transformators 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3 pozīcijas slēdzis
S2 = 2 pozīcijas slēdzis

Pašreizējais avots darbojas, izmantojot ļoti pamatprincipu. Ķēde tiek vadīta kā pašreizējais atgriezeniskās saites tīkls. Iedomājieties, ka S1 atrodas 1. pozīcijā, un IC1 izeja ir pozitīva. T2 un 13 tagad sāk iegūt bāzes strāvu un uzsāk vadīšanu. Strāva caur šiem tranzistoriem veido spriegumu ap R6, kas iedarbina T1 darbību.

Paaugstināta strāva ap R6 nozīmē, ka T1 var vadīt ar lielāku izturību, tādējādi samazinot tranzistoru T2 un T3 bāzes piedziņas strāvu.

Otrais tranzistors šajā brīdī var vadīt mazāk, un sākotnējais strāvas pieaugums ir ierobežots. Tādējādi tiek realizēta samērā pastāvīga strāva, izmantojot R3 un pievienotās NiCad šūnas.

Pāris gaismas diodes, kas pievienotas pašreizējam avotam, jebkurā brīdī norāda NiCad lādētāja darbības statusu. IC1 nodrošina pozitīvu spriegumu, tiklīdz NiCad šūnas ir pareizi savienotas, apgaismojot LED D8.

Ja šūnas nav savienotas ar pareizu polaritāti, pozitīvais potenciāls IC1 2. tapā būs lielāks par 3. kontaktu, izraisot op amp salīdzinātāja izeju kļūt par 0 V.

Šajā situācijā pašreizējais avots paliks izslēgts, un gaismas diode D8 nedeg. Identisks nosacījums var notikt gadījumā, ja uzlādēšanai nav pievienotas šūnas. Tas var notikt tāpēc, ka 2. spraudnim būs paaugstināts spriegums salīdzinājumā ar 3. tapu sprieguma krituma dēļ D10.

Lādētājs aktivizēsies tikai tad, ja būs savienota vismaz 1 V šūna. LED D9 parāda, ka pašreizējais avots darbojas kā strāvas avots.

Tas var šķist diezgan savdabīgi, tomēr IC1 radītā ieejas strāva vienkārši nav pietiekama, sprieguma līmenim jābūt arī pietiekami lielam, lai pastiprinātu strāvu.

Tas nozīmē, ka barošanai vienmēr jābūt lielākai par spriegumu pāri NiCad šūnām. Tikai šajā situācijā potenciālā atšķirība būs pietiekama, lai aktivizētos pašreizējā atgriezeniskā saite T1, apgaismojot LED D9.

PCB dizains

Izmantojot IC 7805

Zemāk esošā shēma parāda ideālu lādētāja shēmu ni-cad šūnai.

Tas nodarbina a 7805 regulatora IC lai nodrošinātu pastāvīgu 5V pretestību, kas izraisa strāvas atkarību no rezistora vērtības, nevis no šūnas potenciāla.

Rezistora vērtība jāpielāgo atkarībā no veida, kuru izmanto, lai uzlādētu jebkuru vērtību no 10 Ohm līdz 470 Ohm atkarībā no šūnas mAh vērtējuma. Sakarā ar IC 7805 peldošo raksturu attiecībā pret zemes potenciālu, šo dizainu varēja izmantot atsevišķu Nicad šūnu vai dažu šūnu sēriju uzlādēšanai.

Ni-Cd šūnu uzlāde no 12V barošanas avota

Akumulatora lādētāja pamatprincips ir tāds, ka tā uzlādes spriegumam jābūt lielākam par nominālo akumulatora spriegumu. Piemēram, 12 V akumulatoru vajadzētu uzlādēt no 14 V avota.

Šajā 12 V Ni-Cd lādētāja ķēdē tiek izmantots sprieguma dubultotājs, kas balstīts uz populāro 555 IC. Tā kā mikroshēmas 3. izeja ir savienota pārmaiņus starp +12 V barošanas spriegumu un zemi, IC svārstās.

C₃tiek uzlādēts caur D_diviun D₃līdz gandrīz 12 V, ja 3. kontakta loģika ir zema. Brīdī, kad tapa 3 ir loģiski augsta, C savienojuma spriegums₃un D₃palielinās līdz 24 V, pateicoties negatīvajam C terminālim₃kas ir pieslēgts pie +12 V, un pats kondensators tur tādas pašas vērtības lādiņu. Tad diode D₃kļūst apgriezti neobjektīvs, bet D₄vada tieši tik daudz, cik C₄lai uzlādētos virs 20 V. Tas ir vairāk nekā pietiekams spriegums mūsu ķēdei.

78L05 IC_divipozīcijas darbojas kā strāvas piegādātājs, kurš notur savu izejas spriegumu U_n, no parādīšanās visā R₃pie 5 V. Izejas strāva, I_n, var vienkārši aprēķināt pēc vienādojuma:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

78L05 īpašības ietver pašas strāvas novilkšanu, jo centrālais spaile (parasti iezemēta) dod mums aptuveni 3 mA.

Kopējā slodzes strāva ir aptuveni 10 mA, un tā ir laba vērtība pastāvīgi uzlādējot NiCd akumulatorus. Lai parādītu, ka uzlādes strāva plūst, ķēdē ir iekļauta gaismas diode.

Uzlādes strāvas grafiks

2. attēlā attēlotas uzlādes strāvas īpašības pret akumulatora spriegumu. Ir pilnīgi skaidrs, ka ķēde nav pilnīgi perfekta, jo 12 V akumulators tiks uzlādēts ar strāvu, kas ir tikai aptuveni 5 mA. Daži iemesli tam:

• Šķiet, ka ķēdes izejas spriegums samazinās līdz ar pieaugošo strāvu.
• Sprieguma kritums 78L05 ir aptuveni 5 V. Bet, lai nodrošinātu IC precīzu darbību, ir jāiekļauj papildu 2,5 V.
• Visā gaismas diodē, visticamāk, ir 1,5 V sprieguma kritums.

Ņemot vērā visu iepriekš minēto, 12 V NiCd akumulatoru ar nominālo jaudu 500 mAh varēja nepārtraukti uzlādēt, izmantojot 5 mA strāvu. Kopumā tas ir tikai 1% no tā jaudas.