В настоящее время широко применяются устройства для автоматической зарядки аккумуляторов напряжением 6 и 12 В. В [1] было опубликовано простое устройство для заряда двух аккумуляторных элементов с общим напряжением 2,5 В. Опыт эксплуатации аккумуляторов показывает целесообразность раздельной и независимой зарядки аккумуляторных элементов (напряжением 1,25 В каждый). Действительно, в природе нет абсолютно одинаковых по параметрам аккумуляторов. Даже аккумуляторы одной серии и партии отличаются друг от друга, особенно через некоторое время эксплуатации. Индивидуальная зарядка позволяет наиболее полно восстанавливать емкость каждого аккумулятора [2]. Только за счет индивидуальной зарядки аккумуляторных элементов срок их эксплуатации возрастает на 50…100%.
Однако описанное в [2] устройство имеет недостатки. Так, после прекращения зарядного цикла не происходит полного отключения аккумуляторных элементов от зарядного устройства – через аккумуляторы продолжает протекать ток. Экспериментально установлено, что остаточный ток значительно превышает необходимый ток дозаряда аккумуляторов. Этот недостаток устранен в предлагаемой схеме, показанной на рисунке.
Другое существенное отличие схемы от прототипа – использование двух компараторов вместо четырех. Казалось бы, для этого достаточно включить светодиоды индикации режима ожидания непосредственно с выходов компараторов на корпус. Однако сразу же возникают проблемы: напряжение на выходе компараторов при работе изменяется от нулевого во время зарядки аккумуляторов до половины напряжения источника питания микросхем в режиме ожидания заряда. При этом, естественно, ток заряда аккумуляторов полностью не прекращается, а только незначительно уменьшается. Замена микросхе: мы аналогичной или подбор ее типа не приводят к устранению этого явления.
Задачу удалось решить, изменив схему включения светодиодов ожидания даже при использовании в схеме слаботочных компараторов. Упростилась и схема зарядного устройства: вместо микросхемы счетверенного компаратора LT339 применена менее дефицитная и более дешевая микросхема сдвоенного компаратора LT393. При желании радиолюбители могут попробовать использовать микросхемы бытовых сдвоенных операционных усилителей, например, серии 1458 или К157УД2.
Сетевое напряжение понижается трансформатором Т1, выпрямляется мостовым выпрямителем VD1–VD4 и сглаживается конденсаторами С1, С2. Два конденсатора, соединенные параллельно, применены с целью миниатюризации платы по высоте. Для работы схемы достаточно одного конденсатора. Интегральный стабилизатор напряжения DA2 типа TL431 обеспечивает опорное напряжение на инвертирующих входах микросхемы DA1. Дальнейшая часть схемы представляет собой два независимых канала заряда двух аккумуляторов GB1 и GB2. Возможна зарядка одного аккумулятора, при этом другой к устройству не подключают.
Компараторы напряжения DA1.1 и DA1.2 управляют работой зарядных устройств. Напряжение на инвертирующих входах компараторов является эталонным для схемы и выставляется при настройке подстроечным резистором R3. Диоды VD5 и VD10 защищают росхему DA1 при ошибочном подключении к устройству аккумуляторов в противоположной полярности. Если напряжение подключаемого аккумулятора меньше опорного напряжения инвертирующего входа компаратора, то на выходе компаратора устанавливается низкий потенциал – около 0,18 В.
При этом через резистор R9 (R14) и стабилитрон VD6 (VD12) отпирается транзистор VT1 (VT2). Зажигается светодиод VD7 (VD15) зеленого цвета свечения, одновременно стабилизируя напряжение на базе транзистора. Резистор R11 (R17) в цепи эмиттера транзистора обеспечивает работу ключа в режиме стабилизации тока. Подбирая сопротивление этого резистора при настройке схемы, можно задать необходимый для данного типа аккумуляторов ток заряда. Диод VD8 (VD16) в цепи коллектора транзистора VT1 (VT2) препятствует разряду аккумулятора при отключении зарядного устройства от сети или перебоях в энергоснабжении. Как только аккумулятор зарядится, возрастет напряжение на неинвертирующем входе компаратора, и он переключится.
Зеленый светодиод гаснет, а красный светодиод VD11 (VD13) зажигается. Это происходит из-за того, что напряжение на выходе компаратора скачком возрастает почти до напряжения источника питания схемы.
Поскольку микросхемы компараторов маломощные, из:за нагрузки напряжение на их выходе возрастает не до напряжения питания микросхем, а менее этой величины на 1,5…2 В. При отсутствии стабилитронов VD6, VD14 это привело бы к неполному запиранию транзисторов VT1, VT2 и наличию существенного тока дозарядки аккумуляторов. При несвоевременном отключении устройства от сети появилась бы опасность перезаряда аккумуляторов.
Резисторы R7, R12 обеспечивают гистерезис переключения компараторов. При увеличении сопротивлений резисторов гистерезис уменьшается. На гистерезис влияет также соотношение сопротивлений резисторов делителей напряжения в цепи неинвертирующих входов компараторов R6–R5 и R8–R13.
В режиме заряда аккумуляторов выходное сопротивление микросхем компараторов DA1 через диоды VD9, VD12 шунтирует светодиоды VD11, VD13, и они не светятся. Как только аккумулятор зарядится и компаратор перейдет в другое устойчивое состояние, напряжение на выходе компаратора скачком возрастает, красный светодиод уже не шунтируется и начинает светиться.
Настройку устройства проще всего осуществить по следующей методике. К зарядному устройству подключают предварительно полностью заряженный аккумулятор. Регулируя сопротивление подстроечного резистора R3, добиваются зажигания красного светодиода. Если теперь подключить разряженный аккумулятор, то красный светодиод погаснет, а зеленый загорится.
Подбирая сопротивления резисторов R11 и R17, устанавливают необходимый ток заряда аккумуляторов, который, как правило, выбирают равным по величине 0,1 от емкости аккумулятора. Так, для аккумуляторов емкостью 0,6 Ач был установлен ток около 60 мА. В качестве R3 целесообразно использовать многооборотный подстроечный резистор типа СП5:2. Его сопротивление не критично. Можно применить, например, резистор на 6,8 кОм или более.
Транзисторы VT1, VT2 в авторском варианте установлены на небольшие радиаторы. Практически все элементы схемы допускают разброс параметров до 30%. Подбор элементов при этом не проводился.
В заключение хотелось бы обратить внимание читателей на универсальность схемы. Добавив в нее незначительное количество переключателей или переменных резисторов, увеличив размеры радиаторов транзисторов можно заряжать и более мощные аккумуляторы с любым напряжением, например 2,5, 6, 12 В.
Литература
1. Яковлев Е.Л. Низковольтное автоматическое зарядное устройство//Радіоаматор. – 2005. – №7. –С.21.
2. Vit Krnavek, Nabijec alkalickych akumulatoru//Prakticka electronika. –2001. – №10.
Автор:Е.Л. Яковлев, г. Ужгород
Литература — РА 1‘2006
Загрузка...