Разрядно-зарядное устройство для аккумуляторных батарей

Правильная эксплуатация аккумуляторов и аккумуляторных батарей различных типов во многом обеспечивает их долговечность и надежность. Для частичного или полного восстановления емкости, а также устранения "эффекта памяти" рекомендуется тренировка аккумуляторов проведением нескольких циклов разрядки-зарядки. Предлагаемое устройство автоматизирует этот процесс. Оно разработано для обслуживания Ni-Cd, Ni-Mh, но может быть использовано для аккумуляторов и других типов.

Предлагаемое устройство после подключения аккумуляторной батареи сначала ее разряжает, затем заряжает, после чего переходит в режим ожидания. Напряжения разрядки и зарядки предварительно устанавливают в интервале 1...12В, а токи разрядки и зарядки — в интервале 0...0,25 А.

Схема устройства показана на рис. 1. Оно содержит блок питания, стабилизаторы тока разрядки и зарядки, а также узел управления и индикации. Блок питания собран на понижающем трансформаторе Т1, выпрямителе на диодном мосте VD1 со сглаживающим конденсатором С1 и интегральном стабилизаторе напряжения DA2. Выходное напряжение стабилизатора, кроме питания микросхем и других элементов, используется как образцовое для контроля за напряжением аккумуляторной батареи. Выходной ток стабилизатора не превышает 15 мА и практически не влияет на изменение его выходного напряжения.

Узел управления и индикации содержит два ОУ DA1.1, DA1.2, которые использованы как компараторы, два триггера DD1.1 и DD1.2, электронные ключи на транзисторах VT1, VT2, VT4, VT5 и стабилизатор тока на транзисторе VT3. ОУ DA1.2 контролирует напряжение на аккумуляторной батарее при ее разрядке. Переменным резистором R1 устанавливают напряжение, до которого она должна быть разряжена. Пока напряжение на ней превышает установленное, на выходе ОУ DA1.2 оно соответствует низкому логическому уровню. ОУ DA1.1 контролирует напряжение аккумуляторной батареи при ее зарядке. Переменным резистором R3 устанавливают напряжение, до которого она должна быть заряжена. Пока напряжение на ней меньше установленного, на выходе ОУ DA1.1 присутствует низкий уровень.

Стабилизатор тока разрядки представляет собой источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Он собран на ОУ DA3.1, транзисторе VT6 и резисторе R23 — датчике тока. Конденсаторы С7 и С9 обеспечивают устойчивую работу ИТУН. Ток разрядки устанавливают переменным резистором R17. Его значение можно определить по формуле Iразр = UR17/R23, где UR17 — напряжение на движке резистора R17.

Стабилизатор тока зарядки собран на транзисторе VT7, источник образцового напряжения — на стабилитроне VD2, ток через который стабилизирован транзистором VT3, а резистор R26 выполняет функцию датчика тока. Переменным резистором R25 устанавливают ток зарядки. Диод VD3 предотвращает разрядку аккумуляторной батареи через транзистор VT7 при отключении устройства от сети. В этой же ситуации резисторы R7 и R8 ограничивают входные токи ОУ DA1.1 и DA1.2 [3].

Работает устройство следующим образом. После подключения аккумуляторной батареи переменными резисторами R1 и R3 устанавливают значения напряжения, до которых необходимо разрядить и зарядить батарею, и включают устройство в сеть. При кратковременном нажатии на кнопку SB1 "Пуск" триггеры DD1.1 и DD1.2 установятся в нулевое состояние — низкий уровень на прямых выходах (выводы 1 и 13 DD1) и высокий на инверсных (выводы 2 и 12). Напряжение питания поступит на резистор R15, и на движке резистора R17 появится управляющее напряжение стабилизатора тока разрядки, поэтому он начнет работать. Этот режим индицирует светящийся светодиод HL2 "Разрядка", поскольку на него поступит питающее напряжение через открытый транзистор VT2.

По мере разрядки напряжение на аккумуляторной батарее начнет уменьшаться, и когда оно станет меньше напряжения на движке резистора R1, компаратор DA1.2 переключится. На его выходе появится высокий уровень, который установит триггер DD1.2 в единичное состояние. На инверсном выходе установится низкий уровень, поэтому ток разрядки станет близким к нулю, светодиод HL2 погаснет, а транзистор VT5 откроется. Поскольку транзистор VT4 при этом открыт за счет высокого уровня на инверсном выходе триггера DD1.1, через стабилитрон VD2 потечет ток и начнет работать стабилизатор тока зарядки. Этот режим индуцируется горящим светодиодом HL3 "Зарядка".

По мере зарядки напряжение на аккумуляторной батарее увеличивается, и при достижении напряжения отключения, которое установлено резистором R3, ОУ DA2.1 переключится, сменив на высокий низкий уровень на выходе. Триггер DD1.1 установится в единичное состояние, что приведет к открыванию транзистора VT1 и закрыванию транзистора VT4. Зарядка остановится, светодиод HL3 погаснет, и загорится светодиод HL1 "Конец зарядки".

Большинство деталей устанавливают на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Конденсаторы С5, С6 и С8 монтируют со стороны печатных проводников на выводах микросхем DD1, DA1 и DA3. Транзисторы VT6, VT7 после установки на плату крепят к пластине размерами 99x25x10 мм и толщиной 1,5 мм из алюминиевого сплава, которая служит теплоотводом. Причем транзистор VT6 крепят через теплопроводящую изолирующую прокладку. Плату устанавливают на дно пластмассового корпуса подходящего размера, там же закрепляют и понижающий трансформатор Т1. На крышке корпуса устанавливают переменные резисторы, светодиоды и кнопку, а на боковой стенке — держатель плавкой вставки.

Применены постоянные резисторы МЛТ, С2-23, переменные — СПЗ-4аМ группы А, но возможна замена на переменные резисторы другого типа с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота движка. Оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, остальные — К10-17. Транзисторы КТ3102А заменимы на транзисторы КТ3102, КТ342, КТ315 с любыми буквенными индексами, КТ3107 — на транзисторы КТ3107, КТ361 также с любым буквенным индексом. Транзистор КП303В можно заменить на КП303Г, КП303Д, транзистор КТ973А — на КТ973Б. ОУ LM358N заменим его аналогами КР1040УД1, КР1464УД1R аналог микросхемы LM7812CV— КР142ЕН8Б. Кнопка SB1 — любая с самовозвратом, например, П2К без фиксации. Понижающий трансформатор — ТС-10-ЗМ либо другой, обеспечивающий на вторичной обмотке переменное напряжение 15...18 В при выходном токе до 0,3 А. Диодный мост RB152 заменим любым с допустимым обратным напряжением не менее 50 В и прямым током не менее 0,5 А или отдельными диодами с такими же параметрами.

Если монтаж выполнен правильно и элементы исправны, налаживание сводится к градуировке шкал резисторов R1 и R3, R17 и R25 и регулировке стабилизаторов тока разрядки и зарядки. Сначала градуируют шкалы резисторов R1 и R3 — для этого включают питание, а к их движкам поочередно подключают вольтметр. Изменяя положение движков резисторов, устанавливают требуемое напряжение и делают соответствующие отметки на шкале. Шкалу резистора R1 градуируют через 1 В (из расчета 1 В на один аккумулятор), а шкалу резистора R3 — через 1,45 В. Например, шкала резистора R1 — 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 В, а шкала резистора R3 — 1,45; 2,9; 4,35; 5,8; 7,25; 8,7; 10,15 и 11,6 В.

Для градуировки шкалы резисторов R17 и R25 их движки устанавливают в нижнее (R17) и правое (R25) по схеме положение, а последовательно с заряженной батареей аккумуляторов включают амперметр и подключают их к устройству. Движки резисторов R1 и R3 устанавливают в верхнее по схеме положение, включают устройство в сеть и кратковременно нажимают на кнопку SB1 "Пуск". Устройство начнет работать в режиме разрядки. Движок резистора R17 устанавливают в верхнее по схеме положение и контролируют максимальный ток разрядки. При необходимости его изменяют подборкой резистора R15. Затем градуируют шкалу резистора R17, делая на ней отметки в соответствии с показаниями амперметра. Для градуировки шкалы резистора R25 его движок устанавливают в крайнее левое по схеме положение и кратковременно подают напряжение питания (12 В) на вход S (вывод 8) триггера DD1.2 — устройство перейдет в режим зарядки. При необходимости максимальное значение тока зарядки устанавливают подборкой резистора R22. Далее градуируют шкалу резистора R25, делая на ней отметки, соответствующие показаниям амперметра.

Радио №10, 2010г.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Зарядное устройство