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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Caricabatterie sicuro
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche Nel progetto proposto, l'accento è posto sulla sicurezza della ricarica. Il dispositivo verifica il corretto collegamento della batteria, si spegne automaticamente a carica completata, interrompe la carica quando la batteria si riscalda oltre la temperatura impostata. È noto che anche l'algoritmo di ricarica rapida (corrente 1...2C, dove C è la capacità della batteria) assume la durata del processo di ricarica 1...5 ore [1]. È difficile immaginare che per tutto questo tempo il processo sarà monitorato. E nonostante il fatto che la ricarica rapida sia la più pericolosa. Anche con una leggera inosservanza del regime, è possibile una rottura della custodia della batteria con tutte le conseguenze che ne derivano. La ricarica standard con una corrente di 0,1 C è molto più sicura, ma dura troppo a lungo (fino a 14 ... 16 ore). Il dispositivo descritto fornisce la ricarica accelerata (4...7 h) di una batteria Ni-Cd o Ni-MH con una capacità da 250 a 1000 mAh. Un'ampia gamma di corrente di carica non contribuisce in alcun modo alla sicurezza del dispositivo a causa di possibili errori dell'utente durante l'impostazione della corrente di carica, quindi esistono vari modi per proteggere la batteria e il caricabatterie stesso. Il risultato è un dispositivo che può sembrare inutilmente complesso. Tuttavia, questa complessità ripagherà con una maggiore durata della batteria e la tranquillità per la situazione di incendio nell'appartamento. La possibilità di caricare una sola batteria è dovuta alla volontà di garantire una carica completa e, ancora una volta, sicura. Dalle caratteristiche tecniche del dispositivo, va notato la modalità "soft" di ricarica accelerata, spegnimento automatico della batteria al termine della ricarica, protezione contro l'inversione di polarità della sua connessione e surriscaldamento, indicazione della modalità, notifica sonora della modalità di emergenza e , infine, una tensione di alimentazione piuttosto bassa (da 3,5, XNUMXB), che in alcuni casi può essere altamente desiderabile. Lo schema schematico del dispositivo è mostrato in fig. uno.
La sua parte principale - lo stabilizzatore di corrente - è composta da tre nodi: un regolatore di tensione principale e due regolatori di corrente identici. Il regolatore principale (DA6.1, VT3) fornisce una corrente di carica di 0,1 C e funziona durante l'intero ciclo. Il secondo regolatore (DA6.2, VT4) - può essere chiamato forzato - emette una corrente pari a 0.ZC e si accende quando la tensione sulla batteria è superiore a 0,6 V, ma non ha raggiunto 1,4 V. A questa volta entrambi i regolatori funzionano ed essendo collegati in parallelo alimentano la batteria con una corrente totale di 0,4C. Le limitazioni al funzionamento del regolatore di corrente forzata sono dovute a quanto segue. Se la batteria è fortemente scaricata (la tensione su di essa è Uac < 0,6 V), non è sicuro caricarla con una corrente elevata, pertanto la ricarica viene eseguita con una corrente di 0,1C con la partecipazione del solo regolatore di corrente principale . Quando la tensione Uakk raggiunge 1,4 V, il regolatore forzato si spegne, poiché questa tensione è prossima al limite, ed è consigliabile effettuare un'ulteriore carica con una corrente standard di 0,1 C. Al raggiungimento di Uacc = 1,48 V, si spegne e il regolatore principale - la carica si interrompe. In questo caso, il LED HL3 ("Ricarica") si spegne e HL1 ("Ricarica completata") si accende. I diodi VD1, VD2 impediscono alla batteria di scaricarsi dopo l'arresto della carica. Entrambi i regolatori sono generatori di corrente controllati in tensione. La tensione di controllo (relativa al cavo di alimentazione positivo) è formata dal regolatore di tensione principale DA3 ed è regolata da un resistore variabile R23 (impostano la corrente di carica richiesta in base alla capacità della batteria). Una caratteristica degli amplificatori operazionali KR1446UD1A utilizzati nei regolatori di corrente [2] è la capacità di funzionare a basse tensioni di alimentazione (da 2,5 V per unipolare) e, soprattutto, che la gamma dei loro segnali di ingresso e uscita è quasi uguale al somma delle tensioni di alimentazione. Nel nostro caso, DA6.1 funziona con una tensione di ingresso uguale a Us - UR25, dove Us è la tensione di alimentazione positiva e UR25 è la caduta di tensione attraverso il resistore di misura R25. Quest'ultima, infatti, è una "copia" della tensione di controllo (come è noto, le tensioni ad entrambi gli ingressi dell'OA coperti dall'OOS coincidono fino alla tensione di polarizzazione nulla). Pertanto, con una corrente di carica di 25 mA (per una batteria con una capacità di 250 mAh), UR25 = 0,2 V. Ciò significa che la tensione di ingresso può essere inferiore di soli 0,2 V rispetto alla tensione di alimentazione positiva dell'amplificatore operazionale DA6.1. 1,5. Gli amplificatori operazionali comuni consentono il funzionamento con tensioni di ingresso non superiori a (Us - 2 ... XNUMX) V. Lo stesso si può dire delle tensioni di uscita. Durante il processo di carica, DA6.1 fornisce una tensione di uscita pari a Us - UR25 - UBE VT3, dove UBE VT3 è la tensione diretta alla giunzione dell'emettitore VT3 (0,6 ... 0,8 V). Per arrestare il regolatore di corrente, l'amplificatore operazionale fornisce una tensione pari a Us, chiudendo così il transistor. Tutto quanto sopra si applica al regolatore forzato su DA6.2. Entrambi i regolatori sono disattivati \u1b\u2brispettivamente dai transistor VT1 e VT21 (più precisamente, VT23 lo fa, poiché quando si apre, devia i resistori RXNUMX, RXNUMX, da cui viene applicata la tensione agli ingressi di entrambi gli amplificatori operazionali). Nello stato spento, la corrente di uscita del regolatore non è uguale a zero, poiché la tensione attraverso il resistore R25 non è uguale a zero. Ci sono due ragioni per questo. Innanzitutto, la resistenza del canale del transistor ad effetto di campo aperto VT1 è diversa da zero, e quindi la tensione USI VT1 è di pochi millivolt. Il secondo motivo è la tensione di polarizzazione zero dell'amplificatore operazionale DA6.1. Di conseguenza, la tensione attraverso il resistore R25 dipende dal segno della tensione di polarizzazione zero ed è uguale a USI VT1 ± UCM DA6.1. In questo caso è preferibile utilizzare l'amplificatore operazionale KR1446UD1A, la sua tensione di polarizzazione non supera ±3 mV, quindi, nello stato spento, il regolatore produce una piccola corrente residua di 1 ... 3 mA. Il regolatore di corrente forzata si comporta allo stesso modo. Di conseguenza, al termine della carica, lo stabilizzatore di corrente mantiene una certa tensione sulla batteria, che ne impedisce la scarica a causa dell'autoscarica e della corrente di dispersione attraverso i circuiti del dispositivo. Una corrente così piccola non può danneggiare la batteria. Inoltre, questa funzione fornisce stabilità al dispositivo quando la batteria viene rimossa e viene applicata la tensione di ingresso. La corrente impostata dal regolatore principale è uguale a Ureg / R25, dove Ureg è la caduta di tensione attraverso i resistori R21 + R23 (esclusa la tensione di polarizzazione zero dell'amplificatore operazionale DA6.1, la sua corrente di ingresso e la corrente di dispersione del canale chiuso VT1) Ureg dipende dalla tensione di stabilizzazione DA3 ( 2,5 V) e dal rapporto di divisione del partitore di tensione R21-R23 (come notato, viene conteggiato dal "più" dell'alimentatore). La corrente impostata dal regolatore forzato è determinata in modo simile. Passiamo ora alla seconda parte del dispositivo, costituita da un driver di tensione modello, comparatori, che vengono utilizzati come amplificatori operazionali dei microcircuiti DA4, DA5 e un nodo logico. Come si può vedere dallo schema, la tensione dalla batteria viene fornita agli ingressi dei comparatori DA4.1-DA4.4 non direttamente, ma attraverso i resistori R14, R16-R18, al fine di evitare danni all'amplificatore operazionale quando la batteria è inserita e il caricabatterie è spento. I resistori sugli ingressi "di riferimento" eliminano l'errore causato dalle correnti di ingresso dell'amplificatore operazionale (ma non la differenza nelle correnti di ingresso). L'ingresso "esemplare" dell'amplificatore operazionale DA4.3 non ha un tale resistore, poiché non è richiesta un'elevata precisione da questo comparatore. Il comparatore DA4.1 determina il momento in cui il regolatore di corrente forzata viene spento (quando la tensione della batteria raggiunge 1,4 V), DA4.2 - il momento in cui la carica è completata e invia un segnale per spegnere il regolatore di corrente principale. Il resistore R24, che crea un feedback positivo, forma una piccola isteresi (circa 40 mV), che consente di evitare uno stato instabile del comparatore dopo l'arresto della carica. Il comparatore DA4.3 dà un segnale per accendere il regolatore di corrente forzata quando la tensione sulla batteria supera 0,6 V, e DA4.4 "controlla" il corretto collegamento della batteria: se la polarità è errata, i regolatori di corrente vengono spenti e la campana piezoelettrica HA1 genera un segnale acustico di avviso. Per determinare la polarità, è stata utilizzata la capacità dell'amplificatore operazionale KR1401UD2A di funzionare con tensioni di ingresso inferiori alla tensione di alimentazione di polarità negativa. Una caratteristica importante del dispositivo descritto è il controllo del regime di temperatura della batteria ricaricabile. Viene eseguito utilizzando un sensore di temperatura DA2 e l'unità DA5.1. L'LM335Z è un regolatore di tensione integrato con una risposta di temperatura lineare: la sua tensione di uscita aumenta di 10 mV per ogni grado Celsius di aumento della temperatura. Ad una temperatura di +25°C (298 K), la tensione di uscita è di 2,98 V. Quando la batteria si riscalda a circa +33°C, il comparatore DA5.1 si attiva, la carica si interrompe, il LED HL2 ("Surriscaldamento" ) si accende e viene emesso un segnale acustico (come in caso di inversione di polarità del collegamento della batteria). Le tensioni esemplari per i comparatori provengono dallo shaper, realizzato su DA1. Il dispositivo logico sugli elementi del chip DD1 elabora i segnali dai comparatori, controlla gli indicatori LED, la campana e i regolatori di corrente. Invece di K1401UD2A, il dispositivo può utilizzare il chip K1401UD2B, così come la sua controparte straniera LM124. KR1446UD1A è sostituibile da un microcircuito di questa serie con indice B o C, tuttavia è possibile che la corrente residua (dopo aver spento i regolatori di corrente) sia troppo grande o per niente. Entrambi sono indesiderabili. KR142EN19A può essere sostituito da un analogo straniero TL431 in qualsiasi design. Oltre a quelli indicati nello schema, è consentito utilizzare transistor ad effetto di campo della serie KP303 con altri indici di lettere nel dispositivo, tuttavia la loro tensione di interruzione non deve essere superiore a 3 e preferibilmente non inferiore a 0,5 V KT814A può essere sostituito da transistor di questa serie con indici B, C L'istanza che verrà utilizzata nel regolatore di corrente forzata (VT4) deve avere un rapporto di trasferimento di corrente di base statico di almeno 70 a una corrente di emettitore di 300 mA. Fatta salva questa condizione, è possibile utilizzare un transistor della serie KT816. KT3107A sono intercambiabili con qualsiasi di questa serie. Diodi KD212 - con qualsiasi indice di lettere. I LED L-53LYD (bagliore giallo) e L-53LID (rosso) di Kingbright sono caratterizzati da una bassa corrente operativa (i parametri di illuminazione sono normalizzati a una corrente di 2 mA) e possono essere sostituiti con altri simili con una corrente diretta massima consentita di a almeno 7 mA. HL3 - qualsiasi LED verde. Emettitore piezoelettrico HA1 - HRM14AX di JL World con un generatore integrato 3H (consumo di corrente - non più di 7 mA). Per impostare la corrente di carica (R23), si consiglia di utilizzare un resistore variabile a filo, ad esempio PPZ-40, PPZ-41, e di impostare le tensioni di riferimento (R3, R6, R11) - filo multigiro SP5- 2, SP5-3 e simili. Le parti del caricatore sono montate su un circuito stampato posto in una custodia di plastica. Il vano per la batteria ricaricabile è aperto, come contatti sono stati utilizzati contatti con lo stesso scopo dell'avometro domestico M4317. Particolare attenzione va prestata al fissaggio della sonda di temperatura DA2 (fig. 2, pos. 4).
Il chip LM335Z ha una custodia in plastica "transistor" KT-26 (TO-92). È fissato con il suo lato piatto al contatto positivo 2 del vano batteria attraverso un sottile strato di pasta termoconduttrice non essiccante. Se è prevista una bassa resistenza elettrica tra il terminale positivo della batteria 1 e il terminale 2, allora il contatto termico sarà buono. Va ricordato che la massa e la superficie del contatto e le parti metalliche adiacenti devono essere le più piccole possibili. Ciò fornirà una minore perdita di calore "lungo il percorso" dalla batteria al sensore e quindi aumenterà la precisione della lettura della temperatura. A tale scopo vengono poste delle rondelle dielettriche 6 sotto le teste delle viti 2, che fissano il contatto 8 alla base 7. Il sensore 4 è "attaccato" al contatto con un pezzo di filo MGTF 5 (le sue estremità sono saldate al contatto) ed è riempito con un sottile strato di colla epossidica attorno al perimetro della custodia. La parete dell'alloggiamento 3 funge da arresto, limitando la flessione del contatto 2. Durante la ricarica, il transistor VT4 rilascia potenza fino a 1,5 W, quindi è installato verticalmente su una piastra in duralluminio di dimensioni 20x30x0,8 mm. Sulla parete superiore della custodia del dispositivo sono presenti i LED HL1 - HL3 e un resistore variabile R23, la cui manopola di controllo è dotata di una scala rotonda per l'impostazione della corrente di carica. Nella versione dell'autore, la scala è graduata in valori di capacità (da 250 a 1000 mAh), quindi è più facile evitare errori nell'impostazione della corrente. La campana piezoelettrica HA1 ha dimensioni contenute e conduttori rigidi, pertanto viene installata sulla scheda senza alcun fissaggio aggiuntivo. La configurazione del dispositivo inizia con la calibrazione del sensore di temperatura DA2. Prima impostato al pin 3 DA5.1 tensione esemplare UT. Per fare ciò, viene applicata all'ingresso una tensione costante di 4,5 ... 5,5 V, la temperatura T (in gradi Kelvin) viene misurata nel luogo di installazione del caricabatterie e la tensione di riferimento Uobr \u100d T / 273 corrispondente a questo viene calcolata la temperatura Ricordiamo che la temperatura in gradi Kelvin è uguale alla temperatura in gradi Celsius + 2. Quindi la tensione reale Umeas viene misurata al pin 2 di DA5.1 (o, che è lo stesso, al pin con lo stesso nome DA2) e lo spostamento nella caratteristica di temperatura di DA3 è calcolato utilizzando la formula Δ = Uobr - Umeas. Successivamente, il resistore R3,06 imposta la tensione di riferimento UT = XNUMX - Δ (tenendo conto del segno dello spostamento). Quindi, con i resistori sintonizzati R6 e R11, le tensioni di riferimento di 1,4 e 1,48 V, rispettivamente, vengono impostate in serie (la deviazione consentita non è superiore a ±0,02 V). In conclusione, la scala del resistore variabile R23 è calibrata. Per fare ciò, un amperometro è collegato ai contatti del vano batteria, all'ingresso viene applicata una tensione di 4,5 ... 5,5 V e si ottiene una corrente di 23 mA ruotando il cursore del resistore R25. Sulla scala, il segno corrispondente a questo valore attuale è designato come 250 mAh. I segni 350, 500, 750 e 1000 mAh sono calibrati allo stesso modo. Letteratura
Autore: M.Bogdanov, Sarov, regione di Nizhny Novgorod.
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