Yksinkertaiset Ni-Cd-akkulaturipiirit tutkittu

Viestissä käsitellään yksinkertaista NiCd-laturipiiriä, jossa on automaattinen ylikuormitussuoja ja jatkuva virtalataus.

Kun on kyse nikkeli-kadmiumsolun lataamisesta oikein, on ehdottomasti suositeltavaa, että latausprosessi keskeytetään tai keskeytetään heti, kun se saavuttaa täyden lataustason. Tämän noudattamatta jättäminen voi vaikuttaa haitallisesti solun käyttöikään ja vähentää sen varmuuskopioinnin tehokkuutta merkittävästi.

Alla esitetty yksinkertainen Ni-Cad-laturipiiri ratkaisee tehokkaasti ylikuormituskriteerin sisällyttämällä laitteita, kuten vakiovirtaisen latauksen, sekä katkaisemalla virran, kun solupääte saavuttaa täyden latausarvon.

Tärkeimmät ominaisuudet ja edut

• Automaattinen katkaisu täydellä lataustasolla
• Jatkuva virta koko latauksen ajan.
• LED-merkkivalo täyden latauksen katkaisemiseksi.
• Antaa käyttäjän lisätä lisää vaiheita jopa 10 NiCd-solun lataamiseen samanaikaisesti.

Piirikaavio

Kuinka se toimii

Tässä kuvattu yksinkertainen kokoonpano on suunniteltu lataamaan yksi 500 mAh: n AA-kenno, jonka suositeltu latausnopeus on lähellä 50 mA, mutta se voidaan kuitenkin mukavasti mukauttaa halvalla lataamaan useita soluja yhdessä toistamalla katkoviivoilla esitetty alue.

Piirin syöttöjännite saadaan muuntajasta, siltasuuntaajasta ja 5 V: n IC-säätimestä.

Kenno ladataan T1-transistorilla, joka on konfiguroitu vakiovirtalähteen tavoin.

T1: tä ohjataan toisaalta jännitevertailijalla käyttämällä TTL Schmitt -liipaisinta N1. Kennon latauksen aikana kennon päätejännitettä pidetään noin 1,25 V.

Tämä taso näyttää olevan alhaisempi kuin N1: n positiivinen liipaisukynnys, joka pitää N1: n lähdön korkealla, ja N2: n lähtö muuttuu matalaksi, jolloin T1 voi saada perusjännitteen jännitteen potentiaalijakajan R4 / R5 kautta.

Niin kauan kuin Ni-Cd-kenno latautuu, LED D1 palaa. Heti kun kenno saavuttaa lähes täyden varaustilan, sen päätejännite nousee noin 1,45 V: iin. Tämän vuoksi N1: n positiivinen liipaisukynnys nousee aiheuttaen N2: n lähdön korkean.

Tämä tilanne sammuttaa heti T1: n. Kenno lopettaa nyt lataamisen ja myös LED D1 sammuu.

Koska N1: n positiivisen aktivaation raja on noin 1,7 V ja sitä ohjaa erityinen toleranssi, R3 ja P1 sisällytetään sen muuttamiseksi arvoon 1,45 V. Schmitt-liipaisimen negatiivinen laukaisuraja on noin 0,9 V, joka sattuu olemaan alhaisempi kuin täysin purkautuneen kennon päätejännite.

Tämä tarkoittaa, että puretun solun kytkeminen piiriin ei koskaan käynnistä latausta automaattisesti. Tästä syystä mukana tulee käynnistyspainike S1, joka painettuna vie NI: n tulon matalaksi.

Useamman solumäärän lataamiseksi pisteviivassa näkyvä piirin osa voidaan toistaa erikseen, yksi kutakin akkua kohti.

Tämä varmistaa, että riippumatta solujen purkaustasoista, kukin niistä ladataan erikseen oikealle tasolle.

Piirilevyn suunnittelu ja komponenttien peitto

Piirilevykokoonpanossa kaksi vaihetta jäljitellään jäljempänä, jotta kaksi Nicad-solua voidaan ladata samanaikaisesti yhdestä perustetusta levystä.

Ni-Cad-laturi, joka käyttää vastusta

Tämä yksinkertainen laturi voitaisiin rakentaa osista, jotka näkyvät melkein minkä tahansa rakentajan roskasäiliössä. Optimaalisen käyttöiän saavuttamiseksi (lataussyklien lukumäärä) Ni-Cad-akut on ladattava suhteellisen vakiona.

Tämä saavutetaan usein melko helposti lataamalla vastuksen kautta monta kertaa akun jännitettä suuremmasta syöttöjännitteestä. Akun jännitteen muutoksella, kun se latautuu, on todennäköisesti vähäinen vaikutus latausvirtaan. Ehdotettu piiri koostuu vain muuntajasta, diodien tasasuuntaajasta ja sarjavastuksesta, kuten kuvassa 1 on esitetty.

Liittyvä graafinen kuva helpottaa tarvittavan sarjavastuksen arvon määrittämistä.

Muuntajan jännitteen läpi piirretään vaakasuora viiva pystysuoralla akselilla, kunnes se ylittää määritetyn paristojännitteen. Sitten viiva, joka vedetään pystysuunnassa alaspäin tästä pisteestä vaaka-akselin saavuttamiseksi, antaa meille myöhemmin tarvittavan vastuksen arvon ohmina.

Esimerkiksi katkoviiva osoittaa, että jos muuntajan jännite on 18 V ja ladattava Ni-Cd-akku on 6 V, niin vastusarvo on noin 36 ohmia aiottua virranohjausta varten.

Tämän osoitetun resistanssin lasketaan tuottavan 120 mA, kun taas joillekin muille latausvirran nopeuksille vastuksen arvoa on pienennettävä asianmukaisesti, esim. 18 ohmia 240 mA: lle, 72 ohmia 60 mA: lle jne. D1.

NiCad-laturipiiri automaattisella virranhallinnalla

Nikkeli-kadmiumakut vaativat yleensä jatkuvaa virtaa. Alla esitetty NiCad-laturipiiri on kehitetty toimittamaan joko 50mA neljään 1,25 V: n kennoon (tyyppi AA) tai 250 mA neljään 1,25 V: n kennoon (tyyppi C), jotka on kytketty sarjaan, vaikka sitä voitaisiin yksinkertaisesti muokata useille muille latausarvoille.

Esitetyssä NiCad-laturipiirissä R1 ja R2 kiinnittävät kuormittamattoman lähtöjännitteen noin 8 V: iin.

Lähtövirta kulkee joko R6: n tai R7: n avulla, ja kun se nousee, transistori Tr1 kytketään vähitellen päälle.

Tämä aiheuttaa pisteen Y kasvamaan kytkemällä transistori Tr2 päälle ja antamalla pisteestä Z vähemmän positiivinen.

Prosessi vähentää siten lähtöjännitettä ja pyrkii vähentämään virtaa. Lopulta saavutetaan tasapainotaso, joka määritetään R6: n ja R7: n arvojen avulla.

Diodi D5 estää latautuvaa akkua tarjoamalla virtaa IC1-lähtöön, jos 12 V irrotetaan, mikä voisi muuten aiheuttaa vakavia vahinkoja IC: lle.

FS2 on integroitu suojaamaan latautuvien akkujen vahingoittumiselta.

R6: n ja R7: n valinta tapahtuu jonkin verran kokeilemalla ja erehdyksellä, mikä tarkoittaa, että tarvitset sopivan alueen ampeerimittarin, tai jos R6- ja R7-arvot ovat aidosti tunnettuja, niin niiden jännitehäviö voitaisiin laskea Ohmin lain mukaan.

Ni-Cd-laturi, joka käyttää yhden op-vahvistinta

Tämä Ni-Cd-laturipiiri on suunniteltu lataamaan tavallisia AA-kokoisia NiCad-akkuja. Erityistä laturia suositellaan enimmäkseen NiCad-kennoille siitä syystä, että niillä on erittäin pieni sisäinen vastus, mikä johtaa lisääntyneeseen latausvirtaan, vaikka käytetty jännite olisi vain hieman suurempi.

Laturin tulisi siksi sisältää piiri, jolla latausvirta rajoitetaan oikeaan rajaan. Tässä piirissä T1, D1, D2 ja C1 toimivat kuin perinteinen alas-, eristys-, täysiaaltotasasuuntaaja ja DC-suodatuspiiri. Lisäosat tarjoavat nykyisen asetuksen.

IC1: tä käytetään kuten vertailulaitetta erillisellä puskurivaiheella Q1, joka tarjoaa kohtuullisen korkean lähtövirran toiminnallisuuden tässä suunnittelussa. IC1: n ei-invertoiva tulo toimitetaan 0,65 V: n vertailujännitteellä R1: n ja D3: n kautta. Käänteinen tulo on kytketty maahan R2: n kautta lepotilassa olevilla virtatasoilla, jolloin lähtö saa täysin positiivisen. NiCad-kennon ollessa kytkettynä ulostulon poikki, suuri virta voi pyrkiä R2: n kautta, mikä saa aikaan vastaavan määrän jännitettä kehittymään R2: n yli.

Se saattaa vain nousta 0,6 V: iin, kuitenkin kasvava jännite tässä vaiheessa kääntää IC1-tulojen tulopotentiaalit, aiheuttaen lähtöjännitteen alenemisen ja pienentämällä jännitettä R2: n takana 0,65 V: n korkeimmaksi. vastaanotettu latausvirta) on seurauksena 0,65 V: n 10 ohmin vastaisella tai 65 mA: n yksinkertaisella virralla muodostama virta.

Suurimmalla osalla AA-NiCad-kennoista optimaalinen ensisijainen latausvirta on enintään 45 tai 50 mA, ja tälle luokalle R2 on nostettava 13 ohmiin, jotta sinulla on sopiva latausvirta.

Muutama pikalatauslaji voi toimia 150 mA: n virralla, mikä edellyttää R2: n alentamista 4,3 ohmiin (3,3 ohmia plus 1 ohm sarjaan, jos ihanteellista osaa ei voida hankkia).

Lisäksi T1 on parannettava muunnokseen, jonka nimellisvirta on 250 mA., Ja Q1 on asennettava pienellä, pultilla kiinnitetyllä jäähdytyselementillä. Laite voi helposti ladata jopa neljä kennoa (6 kennoa, kun T1 päivitetään 12 V: n tyyppiin), ja kaikki nämä on kiinnitettävä sarjaan lähdön yli eikä rinnakkain.

Yleinen NiCad-laturipiiri

Kuvassa 1 on yleinen NiCad-laturin kytkentäkaavio. Virtalähde kehitetään käyttämällä transistoreita T1, T2 ja T3, jotka tarjoavat jatkuvan latausvirran.

Nykyinen lähde aktivoituu vasta, kun NiCad-solut on kiinnitetty oikein päin. ICI on sijoitettu tarkistamaan verkko tarkistamalla lähtöliittimien jännitteen napaisuus. Jos solut on väärennetty oikein, IC1: n nasta 2 ei voi muuttua yhtä positiiviseksi kuin tappi 3.

Tämän seurauksena IC1-lähtö saa positiivisen tuloksen ja resurssit T2: lle, joka kytkee virtalähteen päälle. Nykyinen lähderaja voidaan vahvistaa käyttämällä S1: tä. 50 mA: n, 180 mA: n ja 400 mA: n virta voidaan asettaa ennalta, kun R6: n, R7: n ja RB: n arvot on määritetty. S1: n asettaminen kohtaan 1 osoittaa, että NiCad-solut voidaan ladata, asema 2 on tarkoitettu C-soluille ja asema 3 on varattu D-soluille.

Muut osat

TR1 = muuntaja 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3-asennon kytkin
S2 = 2-asennon kytkin

Nykyinen lähde toimii hyvin perusperiaatteella. Piiri on johdotettu kuin nykyinen takaisinkytkentäverkko. Kuvittele, että S1 on asennossa 1 ja IC1-lähtö on positiivinen. T2 ja 13 alkavat nyt saada perusvirran ja aloittavat johtamisen. Näiden transistoreiden kautta kulkeva virta muodostaa R6: n ympärillä olevan jännitteen, joka laukaisee T1: n toimintaan.

Kiihtyvä virta R6: n ympärillä tarkoittaa, että T1 voi toimia suuremmalla voimalla minimoiden siten transistoreiden T2 ja T3 peruskäyttövirran.

Toinen transistori voi tässä vaiheessa johtaa vähemmän ja alkuperäinen virran nousu on rajoitettu. Siten toteutetaan kohtuullisen vakaa virta R3: n ja siihen kiinnittyneiden NiCad-solujen avulla.

Pari virtalähteeseen kiinnitettyä LEDiä osoittaa NiCad-laturin toimintatilan milloin tahansa. IC1 tuottaa positiivisen jännitteen, kun NiCad-kennot on kytketty oikein ja valaisee LED D8: ta.

Jos soluja ei ole kytketty oikeaan napaisuuteen, positiivinen potentiaali IC1: n nastassa 2 on suurempi kuin nasta 3, jolloin op-vahvistimen vertailulähdöstä tulee 0 V.

Tässä tilanteessa virtalähde pysyy pois päältä eikä LED D8 syty. Sama tilanne voi ilmetä, jos mitään soluja ei ole kytketty lataamista varten. Tämä voi tapahtua, koska tapilla 2 on suurempi jännite kuin tapilla 3 johtuen jännitteen pudotuksesta D10: n yli.

Laturi aktivoituu vain, kun vähintään 1 V: n kenno on liitetty. LED D9 osoittaa, että virtalähde toimii kuin virtalähde.

Tämä saattaa tuntua melko erikoiselta, mutta IC1: n tuottama tulovirta ei vain ole riittävä, myös jännitetason on oltava riittävän suuri virran vahvistamiseksi.

Tämä tarkoittaa, että syötteen tulisi aina olla suurempi kuin NiCad-kennojen jännite. Vain tässä tilanteessa potentiaaliero riittää nykyisen takaisinkytkennän T1 käynnistymiseen, mikä valaisee LED-valoa D9.

PCB-suunnittelu

IC 7805: n käyttö

Alla oleva piirikaavio osoittaa ihanteellisen laturipiirin ni-cad-solulle.

Tässä käytetään a 7805 säätimen IC tuottaa vakio 5 V vastuksen yli, mikä saa virran riippumaan vastuksen arvosta kennopotentiaalin sijaan.

Vastuksen arvo tulisi säätää sen tyypin mukaan, jota käytetään lataamaan arvoja välillä 10 Ohm - 470 Ohm, kennon mAh-luokituksesta riippuen. Johtuen IC 7805: n kelluvasta luonteesta maapotentiaalin suhteen, tätä mallia voitaisiin soveltaa yksittäisten Nicad-solujen tai muutaman kennosarjan lataamiseen.

Ni-Cd-kennon lataaminen 12 V: n virtalähteestä

Akkulaturin perusperiaate on, että sen latausjännitteen on oltava suurempi kuin nimellinen akkujännite. Esimerkiksi 12 V: n akku tulisi ladata 14 V: n lähteestä.

Tässä 12 V: n Ni-Cd-laturipiirissä käytetään suosittuun 555 IC: ään perustuvaa jännitteen kaksinkertaistajaa. Koska sirun lähtö 3 on kytketty vuorotellen +12 V: n syöttöjännitteen ja maan välille, IC värähtelee.

C₃latautuu D: n kautta_kaksija D₃lähes 12 V: iin, kun nasta 3 on matalalla logiikalla. Hetken tappi 3 on logiikan korkea, C: n liitosjännite₃ja D₃nostaa 24 V: iin C: n negatiivisen navan vuoksi₃joka on kytketty +12 V: n jännitteeseen, ja kondensaattorilla itsessään on sama arvoinen varaus. Sitten diodi D₃tulee puolueellinen, mutta D₄johtaa juuri tarpeeksi C: lle₄latautumaan yli 20 V. Tämä on enemmän kuin tarpeeksi jännitettä piirillemme.

IC: ssä oleva 78L05_kaksiAsemat toimivat virtalähteenä, joka sattuu pitämään lähtöjännitettään U_n, näkymästä R: n poikki₃5 V. Lähtövirta, I_n, voidaan yksinkertaisesti laskea yhtälöstä:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

78L05: n ominaisuuksiin kuuluu itse vetovirta, koska keskusliitin (yleensä maadoitettu) antaa meidän noin 3 mA.

Kokonaiskuormavirta on noin 10 mA ja se on hyvä arvo ladattaessa jatkuvasti NiCd-akkuja. Latausvirran virtauksen osoittamiseksi piiriin sisältyy LED.

Latausvirta

Kuva 2 kuvaa latausvirran ominaisuuksia akun jännitettä vastaan. On aivan selvää, että piiri ei ole täysin täydellinen, koska 12 V: n akku ladataan vain noin 5 mA: n virralla. Muutama syy tähän:

• Piirin lähtöjännite näyttää laskevan nousevan virran mukana.
• Jännitehäviö 78L05: n yli on noin 5 V.Mutta 2,5 V: n on oltava mukana, jotta IC toimii tarkasti.
• LEDin kohdalla on todennäköisesti 1,5 V: n jännitehäviö.

Kaiken edellä mainitun perusteella 12 V: n NiCd-akku, jonka nimelliskapasiteetti on 500 mAh, voidaan ladata keskeytyksettä 5 mA: n virralla. Yhteensä se on vain 1% sen kapasiteetista.