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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Caricatore digitale. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche I vantaggi della ricarica individuale delle batterie che costituiscono le batterie per l'alimentazione di apparecchiature, strumenti di misura sono ben noti: la loro durata è prolungata, diventa possibile caricare contemporaneamente batterie da batterie diverse, ecc. L'autore dell'articolo pubblicato afferma che in questo caso non dovresti rimpiangere i costi: pagheranno. Ricordiamo cosa dice la saggezza popolare: "Un avaro paga due volte"... Sulla stampa, ad esempio, in [1], è apparsa una descrizione di un caricatore multicanale (CH) con controllo della tensione di ciascuna delle batterie ricaricabili e limitazione della corrente di carica al raggiungimento della tensione di soglia di carica. Come tutti i dispositivi di monitoraggio automatico della batteria, sono ovviamente facili da usare. Ma come dimostra l'esperienza, una tale costruzione della memoria porta ad un deterioramento della sua efficienza rispetto al collegamento in serie delle batterie, complicazione ingiustificata. Si può ancora sopportare il deterioramento dell'efficienza quando si è alimentati dalla rete: durante il funzionamento della batteria, il costo dell'elettricità spesa per caricarla è trascurabile rispetto al costo delle batterie stesse e della memoria.Gli autori dell'articolo sopra citato, a mio avviso, hanno superato la complessità della memoria "sulla fronte" - aumentando il numero di canali a quattro, hanno utilizzato anche un quad op-amp Non credo che questa sia la soluzione migliore al problema. Il fatto è che la tendenza generale nello sviluppo di circuiti per dispositivi seriali negli ultimi due decenni indica una diminuzione della proporzione di dispositivi analogici nella loro composizione, sostituendoli con quelli digitali, che, nella produzione di massa, hanno una migliore ripetibilità dei parametri di uscita. Nonostante i radioamatori, di regola, creino progetti singoli, la ripetibilità non è meno importante per loro: è, ovviamente, più facile assemblare un dispositivo secondo il principio del "fatto e dimentica come funziona" piuttosto che spendere prezioso fervore creativo per la sua regolazione. È anche importante che oggi gli elementi della tecnologia digitale siano più economici e più accessibili. Proprio sulla base di tali presupposti è stata sviluppata la proposta memoria "digitale" a quattro canali per batterie al nichel-cadmio (vedi schema).
Principali caratteristiche tecniche:
Il lavoro della memoria è il seguente. All'ingresso CN (uscita 1) il contatore DD1 riceve impulsi di clock con una frequenza di 100 Hz. Alle sue uscite 2 e 4 (pin 12 e 13) c'è una combinazione digitale nel codice binario, che è l'indirizzo, cioè il numero del canale del caricatore. Il segnale di questo codice viene inviato all'ingresso dell'indirizzo del multiplexer (pin 10 del chip DD9). Supponiamo che al momento il numero I (2=1, 1, 0, 1) sia scritto nel contatore DD2. Tramite il multiplexer (ingressi X DD3), la tensione dal 2° canale della memoria viene fornita all'ingresso non invertente (pin 1) del comparatore DA3, che la confronta con quella esemplare, corrispondente alla tensione di fine carica della batteria impostata. All'uscita del comparatore (pin 1), al termine del 6 ° impulso di clock, verrà generata una tensione di livello alto (la batteria collegata al 1 ° canale è carica) o un livello basso (la batteria è scarica), che viene alimentata agli ingressi D dei trigger dei microcircuiti DD1, DD3 di tutti e quattro i canali. In questo momento, attraverso il decodificatore (ingressi Y del microcircuito DD4), un impulso di basso livello arriva all'ingresso di clock C del 2 ° trigger, con il suo declino (cambio di tensione da -1 V a +3 V), registrando le informazioni dall'ingresso di informazioni D. Lo stato di questo trigger rimarrà invariato fino al successivo impulso di clock, ovvero fino alla ripetizione dell'indirizzo. Le tensioni dalle uscite del trigger, ad esempio il trigger DD3 dell'unità di ricarica A3.1, vengono alimentate ai transistor chiave VT1, VT2, che accendono rispettivamente la corrente di carica (la batteria G3 collegata al canale con l'indirizzo "1" è scarica) e l'indicatore HL0 "Nessuna carica" si illumina di rosso (la batteria è carica). Pertanto, il dispositivo descritto utilizza l'unico elemento "scivoloso" analogico: il comparatore DA1, che a sua volta (come un grande maestro durante una sessione di gioco simultanea) prende una decisione per ciascuna delle quattro batterie: se deve essere caricata o meno durante i successivi quattro cicli. Gli impulsi di clock che seguono con una doppia frequenza di rete (98 ... 100 Hz) vengono inviati all'ingresso del contatore DD1 dall'uscita del raddrizzatore VD1VD2 attraverso il formatore formato dagli elementi R3, C5, VT1, R4. Dalle uscite del contatore, la sequenza di clock commuta i canali di memoria con una frequenza vicina a 6 Hz (fcycle = 2 fnet / 16 = 2-50/16 - 6 Hz), e la commutazione di ciascun canale di memoria avviene a una frequenza di circa 1,5 Hz: (fswitch = fcycle / 4 250/16/4 - 1,5 Hz). Allo stesso tempo, la frequenza di "lampeggio" degli indicatori di carica HL2 - HL5, con la loro disposizione lineare e l'assenza di batterie nella memoria (con il primo impulso, il canale si accende e poi si spegne, cioè la frequenza di "lampeggio" degli indicatori è 2 volte inferiore), non irrita l'utente - il funzionamento del dispositivo in questo caso ricorda la nota ghirlanda dell'albero di Natale. Se la frequenza "lampeggiante" viene scelta più alta, ad esempio 10 kHz, i segnali luminosi degli indicatori cesseranno di essere evidenti: il dispositivo non attirerà maggiore attenzione su se stesso e, se è inferiore, rende scomodo eliminare il mancato contatto che si verifica spesso quando è collegato a un caricabatterie con una superficie di contatto ossidata. Il condensatore C5 previene possibili guasti del contatore DD1 dovuti a interferenze nella rete. Per evitare il guasto dei microcircuiti quando la polarità della tensione della batteria in carica viene invertita (a causa della sua inversione di polarità o connessione errata), la loro alimentazione è selezionata bipolare. La funzione del comparatore (DA1) è svolta dall'OU KR140UD1208, che fornisce parametri garantiti a bassa tensione di alimentazione. Inoltre, è relativamente "lento" e fornisce un ritardo nella variazione di tensione all'ingresso delle informazioni dei trigger D quando un impulso di clock arriva all'ingresso C, ad es. ha un "filtro passa-basso integrato" all'uscita. Il LED HL1 (bagliore verde), che indica che il dispositivo è collegato alla rete, insieme ai resistori R11 - R13 forma una sorgente di tensione esemplare.La tensione corrispondente all'ingresso invertente del comparatore DA1 è impostata dal resistore R12 uguale alla tensione della batteria carica. Per aumentare l'efficienza, la tensione raddrizzata viene livellata dai condensatori di filtro C1 e C2 solo nei circuiti di alimentazione a bassa potenza. La tensione di alimentazione della parte a bassa potenza del dispositivo è stabilizzata dagli stabilizzatori parametrici R1VD4 e R2VD5. Tutti i resistori fissi - C2-23, trimmer R12 - SPZ-19 o, meglio, multigiro SP5-2, SP5-14. Condensatori - K10-17 e K50-35. Invece di KR140UD1208, usiamo il suo analogo di altre serie di amplificatori operazionali, che funziona a bassa tensione di alimentazione. È auspicabile che i potenti diodi raddrizzatori VD1 e VD2 siano dotati di una barriera Schottky e possibilmente di una caduta di tensione diretta inferiore. I transistor della serie KTZ102 (VT2-VT9), operanti in modalità chiave, devono avere un valore elevato del coefficiente di trasferimento della corrente di base. Quando si utilizzano transistor con un valore numerico inferiore di questo parametro, la capacità di carico dei trigger del microcircuito non sarà sufficiente per introdurre i transistor in saturazione (in particolare VT2, VT4, VT6, VT8, compresa la corrente di carica della batteria). In questo caso, dovrai utilizzare un diodo zener VD4 con un'elevata tensione di stabilizzazione, ad esempio KS139A. L'alimentazione di rete è realizzata sul trasformatore disponibile con una potenza di 3 W. Il valore effettivo della tensione su ciascuno dei suoi avvolgimenti II e III sotto carico è di 5 V. È possibile utilizzare trasformatori a incandescenza unificati della serie TN. Strutturalmente, la memoria è realizzata in una custodia saldata da lastre di lamina in fibra di vetro con uno spessore di 2 mm. Nella parte superiore della custodia è presente una cassetta per il collegamento delle batterie ricaricabili, e davanti a ciascuna batteria è presente un indicatore di carica ad essa corrispondente. I fori di ventilazione sono praticati nelle pareti superiore e inferiore dell'alloggiamento nella zona in cui si trova il trasformatore di rete. I condensatori C6, C7 e C8-C10, che deviano i circuiti di potenza dei microcircuiti, devono essere posizionati su parti diverse del circuito stampato. Stabilire un dispositivo correttamente assemblato è facile. Dopo aver acceso l'alimentazione, l'indicatore HL1 (luce verde) dovrebbe accendersi e gli indicatori HL2-HL5 (luce rossa) dovrebbero "lampeggiare". Quindi, chiudendo alternativamente i contatti di ciascuno dei canali del dispositivo, verificare se l'indicatore corrispondente si spegne. Dopo tale controllo preliminare, collegare una batteria carica a uno qualsiasi dei canali del dispositivo e, utilizzando un resistore trimmer R12, impostare una tensione di riferimento di 1 V all'ingresso invertente del comparatore DA 1,43. In questo caso, l'indicatore dell'unità di carica di questo canale dovrebbe accendersi. Lavorare con la memoria proposta è ancora più semplice. Pulire le superfici di contatto delle batterie ricaricabili con alcool e, rispettando la polarità, collegarle ai contatti a molla della cassetta. Se la batteria è scarica, il LED corrispondente non dovrebbe accendersi affatto. I "lampeggi" sempre più frequenti dei LED indicano l'imminente fine della carica della batteria, e se una delle batterie è completamente carica, allora il suo LED si accende in modo continuo. Brevemente sul possibile miglioramento della memoria descritta La sorgente di tensione esemplare (ION), costruita su LED, ha un TCV negativo notevole - circa 2 mV / ° C alla temperatura di esercizio. Pertanto, un aumento della temperatura di 15 ° C porta a una sottocarica della batteria di circa 0,03 V. Questo, ovviamente, non è un grave inconveniente della memoria - a causa delle peculiarità della caratteristica corrente-tensione, le batterie al nichel-cadmio "non ottengono" per questo motivo solo una piccola percentuale dell'energia totale immagazzinata. Per ridurre l'effetto della temperatura su questa variante dello ION, è posizionato lontano dai flussi di calore. Se si desidera ottenere una precisione ancora maggiore della memoria, è possibile installare uno ION più avanzato, ad esempio descritto in [3]. Ma poi il costo delle parti della memoria progettata aumenterà. Se il trasformatore di rete dell'alimentatore dispone di una riserva di carica sufficiente, è possibile aumentare la corrente di carica della batteria o il numero di canali del dispositivo. Per aumentare la corrente di carica, è sufficiente sostituire i transistor VT2, VT4, VT6 e VT8 con quelli compositi, ad esempio KT973A, il diodo Zener VD4 - con KS139A (o KS147A) e, di conseguenza, modificare la resistenza e la potenza di dissipazione dei resistori di impostazione della corrente R15, R17, R19, R21. Il numero di canali viene semplicemente aumentato a otto utilizzando il multiplexer a otto canali K561KP2 nel dispositivo. E l'ultimo. Il funzionamento XNUMX ore su XNUMX del dispositivo (mentre le batterie possono essere semplicemente conservate al suo interno) richiede una progettazione molto attenta con l'implementazione dei requisiti di sicurezza. Letteratura
Autore: V. Zhuravlev, Energodar, regione di Zaporozhye.
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