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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Caricabatterie per batterie Ni-Cd e Ni-MH su chip TEA1101. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche L'articolo descrive un caricabatterie "intelligente" di fabbricazione straniera per la ricarica accelerata di batterie al nichel-cadmio e al nichel-metallo idruro, realizzato sul chip TEA1101 (Phillips), e il suo perfezionamento per espandere le sue capacità. Per molti anni, nei negozi e nei mercati si possono trovare batterie e batterie Ni-Cd (nichel-cadmio) che, in condizioni operative adeguate, possono sopportare fino a 1000 cicli di carica-scarica. Gli svantaggi di queste batterie includono il cosiddetto "effetto memoria". Consiste nel fatto che la batteria usata deve essere portata in uno stato di completa scarica (circa 1 V per batteria) e solo successivamente deve essere avviato un nuovo ciclo di ricarica. Insieme alle diffuse batterie al nichel-cadmio, ne apparvero di relativamente nuove - Ni-MH (nichel-metallo idruro), che divennero anch'esse ampiamente utilizzate. Con le stesse dimensioni delle Ni-Cd, queste batterie hanno quasi il doppio della capacità. Naturalmente sono anche costosi e non privi di inconvenienti. Le batterie Ni-MH hanno un'elevata resistenza interna e una bassa corrente di scarica di picco, quindi non sono progettate per alimentare dispositivi che consumano energia come trapani elettrici, avvitatori elettrici, compressori, aspirapolvere, ecc. A causa di metodi di ricarica impropri, la "vita utile" delle batterie si riduce fino al 30%. Le batterie danneggiate, a loro volta, causano danni irreparabili all'ambiente durante lo smaltimento. Pertanto, una ricarica della batteria corretta e competente porterà non solo risparmi finanziari fondamentali, ma avrà anche un effetto ambientale positivo. I caricabatterie più economici e semplici sono costituiti da un trasformatore, un diodo raddrizzatore, un resistore limitatore di corrente e un LED. Il trasformatore abbassa la tensione di rete da 220 V a 4...12 V, che quindi rettifica il raddrizzatore a semionda. Il resistore limita la corrente di carica e il LED indica che la batteria è collegata al caricabatterie. Nei negozi si trovano spesso dispositivi prodotti principalmente in paesi asiatici con circuiti simili o identici. Non ci sono spese generali per la produzione di tali dispositivi, ma ricorda che non proteggono le batterie dal sovraccarico. Dopo pochi cicli, nelle batterie possono verificarsi cambiamenti irreversibili che ne riducono la durata. Durante la ricarica, è necessario monitorare costantemente la corrente, mantenendola a un certo livello. Per ridurre i tempi si aumenta la corrente di carica, che può raggiungere un valore numericamente pari al 100% della capacità della batteria. Se, in tali condizioni, il momento della carica completa non viene monitorato, i gas possono accumularsi all'interno della batteria e aumentare di pressione fino al suo danneggiamento meccanico e guasto. Lo stato di carica può essere monitorato misurando costantemente la temperatura del vano batterie. Questo metodo si basa sul cosiddetto coefficiente di temperatura negativo (circa -1 mV/°C) delle batterie Ni-Cd e Ni-MH. La carica viene interrotta al valore di temperatura appropriato, che viene calcolato per ogni caso specifico. Tuttavia, questo metodo non è molto utilizzato, date le difficoltà che sorgono quando si cerca di misurare con precisione la temperatura e la necessità di calcoli accurati. Esiste un altro modo per controllare la carica completa della batteria, basato sul rilevamento di una diminuzione della tensione, in letteratura è spesso chiamato metodo ΔV [1-6]. Consiste nel tracciare la variazione di tensione ai terminali della batteria nel tempo e interrompere la carica nel momento in cui viene raggiunta la caratteristica massima. È questo metodo - misurare il segno di ΔУ - che è alla base del principio di funzionamento del dispositivo, che verrà discusso ulteriormente. Il metodo di rilevamento massimo è oggi il modo più accurato per determinare la fine della carica delle batterie Ni-Cd e Ni-MH. La tensione ai terminali della batteria a una corrente di carica costante è una funzione crescente in modo monotono. Quando la batteria è completamente carica, smette di immagazzinare energia e il gas inizia ad accumularsi vicino all'elettrodo positivo. Ciò comporta un rapido aumento della temperatura e una diminuzione della tensione ai terminali della batteria. Un microcircuito specializzato (nel caricabatterie TEA1101 descritto) a determinati intervalli misura la tensione attuale sulla batteria in carica e la confronta con la misurazione precedente. Se il risultato del confronto assume un valore negativo, ad es. la tensione attuale è inferiore a quella precedente e un fenomeno simile si ripete per diverse dozzine di misurazioni, il caricabatterie passa alla modalità di carica conservativa con una corrente compresa tra 1/20 ... 1/ 80 della capacità nominale della batteria. La carica conservativa non provoca ulteriore formazione di gas nella batteria e non la danneggia. Il valore di ΔV, che il caricabatterie è in grado di misurare, dipende dal microcircuito utilizzato, ovvero dalla capacità del convertitore analogico-digitale in esso incorporato, che converte la tensione in un codice digitale. Nel chip TEA1101, il numero di bit è 12, che fornisce una discretezza dello 0,025% del valore di tensione assoluto. Questo è sufficiente per entrambi i tipi di batterie, mentre, ad esempio, il chip TEA1100 ha solo un ADC a 10 bit, la cui precisione è sufficiente solo per funzionare con batterie Ni-Cd. Lo schema del caricabatterie "intelligente" è mostrato in fig. 1. Le designazioni di posizione di tutti gli elementi corrispondono allo schema del produttore.
La base del dispositivo è un microcircuito specializzato TEA1101 (DA1). La tensione di alimentazione del microcircuito stabilizza lo stabilizzatore VT3VD4R6R7 a un livello di 8 V, tuttavia rimane operativo fino a una tensione di 11,5 V. Una tensione proporzionale alla corrente di carica della batteria viene fornita all'ingresso IB (pin 5) del microcircuito, dal sensore di corrente - resistore R4, che viene confrontato con i valori specificati corrente di carica accelerata e conservativa, determinata rispettivamente dai resistori R13 e R12. Se la corrente di carica si discosta dal valore impostato, sull'uscita di controllo analogica dell'AO (pin 2) appare una tensione di controllo Se nel caricabatterie viene utilizzato un regolatore lineare, questa tensione viene fornita al transistor di controllo, che esegue la correzione . Tuttavia, il chip TEA1101 ha un modulatore di larghezza di impulso integrato e, di conseguenza, un'uscita PWM (pin 1). La regolazione a impulsi della corrente di carica presenta tutti i vantaggi dei regolatori SHI rispetto a quelli lineari: maggiore efficienza, bassa dissipazione di potenza sull'elemento di regolazione, ecc. Il caricabatterie descritto è costruito esattamente sul principio della regolazione SHI e il segnale analogico è alimentato all'unità di controllo VT4R16 - R18 in due colori LED HL2, dal colore e dalla luminosità di cui è possibile giudicare approssimativamente la corrente di carica. Il bagliore più luminoso del LED rosso indica che la batteria si sta caricando rapidamente (il transistor VT4 è aperto al massimo). Una transizione graduale dal rosso all'arancione al verde indica una diminuzione della tensione di regolazione e la copertura dell'elemento di regolazione. Un bagliore verde brillante proviene dal momento del passaggio alla modalità di ricarica conservativa. Sfortunatamente, tale indicazione non consente di determinare con precisione il momento in cui viene raggiunta una carica completa. Tuttavia, il chip TEA1101 ha un'uscita LED speciale (pin 15) per pilotare il LED. Questo LED (HL1) si comporta in modo diverso nelle diverse fasi di ricarica, fornendo così informazioni complete sui processi che si svolgono nel caricabatterie.Se il LED non si accende o si illumina molto debolmente, potrebbe pulsare con un livello di luminosità basso, la batteria non è collegato al caricabatterie. Brilla costantemente e brillantemente: c'è una ricarica accelerata della batteria. Lampeggiante luminoso: la batteria è completamente carica. Se alla prima accensione l'allarme è lo stesso di fine carica, molto probabilmente la batteria è guasta e non può essere ripristinata. Naturalmente, in tutte queste situazioni, dovresti prestare attenzione anche al LED bicolore, il suo bagliore indica se la ricarica è davvero in corso o meno. Inizialmente, il dispositivo industriale era progettato per caricare accumulatori o batterie composte da due o tre accumulatori con una capacità di 600...700 mAh. Tuttavia, questo dispositivo può essere sottoposto a un semplice perfezionamento, a seguito del quale le sue capacità vengono notevolmente ampliate. Il fatto è che tutti i parametri del caricabatterie possono essere impostati selezionando gli elementi appropriati e la tensione di alimentazione. La corrente della modalità di ricarica rapida è calcolata dalla formula lfast = R8 Uref/(R4 R13) = 3,9 103 1,25/ /(0,27 27 103) = 0,669A, dove Uref = 1,25 V è la tensione di riferimento all'uscita Rref (pin 10). Corrente di carica conservativa lnorm \u0,1d 8R4 Uref / (R12 R0,1 P) \u9d 10x x Z.XNUMX XNUMX3 1,25/(0,27 6,2 103 4) = 0,073 A, dove P è un moltiplicatore, il cui valore è determinato collegando il pin 8 (PR) del chip TEA1101. Quando questo pin è collegato al pin 6 (Us) del microcircuito, P \u1d 16, se al pin 4 (GND), - P \u2d XNUMX, e quando il pin non è collegato, P \uXNUMXd XNUMX. Pertanto, dalle relazioni di cui sopra si può vedere che se si collegano resistori di diverse resistenze al posto di R8, è possibile caricare batterie e batterie di varie capacità C. In tabella. 1 mostra i valori calcolati della resistenza R8 e della corrente delle modalità di ricarica rapida e conservativa.
Inoltre, per caricare le batterie con un numero elevato di batterie, è necessario modificare il coefficiente di trasferimento del partitore resistivo R14R15 all'ingresso UAC del microcircuito (pin 7). A tavola. 2 mostra sei opzioni di batteria contenenti da una a sei batterie. Considerando che la corrente di ricarica rapida massima per batterie con una capacità di 1000 ... 1200 mAh dovrebbe essere di circa 1 A e la caduta di tensione attraverso l'elemento di regolazione e due diodi sarà di circa 2,5 V, la tensione richiesta della fonte di alimentazione quando batterie di ricarica composte da quattro o più batterie, scegliere pari a 18 V.
Lo schema della versione modificata del dispositivo è mostrato in fig. 2.
La valutazione della tensione di alimentazione minima richiesta per fornire l'una o l'altra corrente di carica è stata effettuata in modo molto approssimativo, ma successivi esperimenti hanno dimostrato la correttezza dei calcoli. Letteratura
Autore: V. Golutvin, Leopoli, Ucraina
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