Istraženi jednostavni krugovi punjača za Ni-Cd bateriju

Post govori o jednostavnom krugu punjača NiCd s automatskom zaštitom od prekomjernog punjenja i konstantnim punjenjem struje.

Kad je riječ o ispravnom punjenju nikal-kadmijeve ćelije, strogo se preporučuje da se postupak punjenja zaustavi ili prekine čim dostigne punu razinu napunjenosti. Ako se to ne slijedi, to može negativno utjecati na radni vijek stanice, značajno smanjujući njezinu učinkovitost pričuve.

Jednostavni krug punjača Ni-Cad dolje predstavljen učinkovito se bori s kriterijem prekomjernog punjenja tako što uključuje uređaje poput punjenja stalnom strujom, kao i prekid napajanja kada ćelijski terminal dosegne punu vrijednost napunjenosti.

Glavne značajke i prednosti

• Automatsko isključivanje pri punoj razini napunjenosti
• Stalna struja tijekom punjenja.
• LED indikacija za potpuno napunjeno odsječeno.
• Omogućuje korisniku da doda više faza za istovremeno punjenje do 10 NiCd ćelija.

Kružni dijagram

Kako radi

Ovdje je detaljno opisana jednostavna konfiguracija namijenjena je punjenju jedne 'AA' ćelije od 500 mAh s preporučenom brzinom punjenja od blizu 50 mA, bez obzira na to može se povoljno prilagoditi da se nekoliko ćelija zajedno napuni ponavljanjem područja prikazanog točkastim crtama.

Opskrbni napon za krug dobiva se iz transformatora, mostovnog ispravljača i 5 V IC regulatora.

Ćelija se puni T1 tranzistorom koji je konfiguriran kao izvor stalne struje.

S druge strane, T1 kontrolira usporednik napona pomoću TTL Schmittova okidača N1. Za vrijeme dok se stanica puni terminalni napon stanice drži se na oko 1,25 V.

Čini se da je ta razina niža od pozitivnog praga okidanja N1, koji održava izlaz N1 visokim, a izlaz N2 niskim, što omogućava T1 da dobije osnovni napon pristranosti kroz potencijalni razdjelnik R4 / R5.

Sve dok se Ni-Cd ćelija puni, LED D1 ostaje svijetliti. Čim se stanica približi statusu punog napunjenja, napon stezaljke se penje na približno 1,45 V. Zbog toga se pozitivni prag okidača N1 podiže uzrokujući da izlaz N2 postane visok.

Ova situacija trenutno isključuje T1. Sada ćelija prestaje s punjenjem, a također se isključuje i LED D1.

Budući da je pozitivna granica aktivacije N1 približno 1,7 V i kontrolira se određenom tolerancijom, ugrađeni su R3 i P1 da bi se promijenili na 1,45 V. Negativna granica okidača Schmittova okidača iznosi oko 0,9 V, što je slučajno niže nego terminalni napon čak i potpuno ispražnjene ćelije.

To podrazumijeva da spajanje ispražnjene ćelije u krug nikada neće pokrenuti automatsko pokretanje punjenja. Iz tog razloga uključena je tipka za pokretanje S1 koja, kada se pritisne, smanjuje ulaz NI.

Da biste napunili veći broj ćelija, dio kruga otkriven u točkanoj kutiji može se ponoviti zasebno, po jedan za svaku bateriju.

To osigurava da se, bez obzira na razinu pražnjenja stanica, svaka od njih pojedinačno napuni na ispravnu razinu.

Dizajn PCB-a i prekrivanje komponenata

U dizajnu PCB-a, dolje se dupliciraju dvije faze kako bi se omogućilo istovremeno punjenje dviju Nicad stanica s jedne postavljene ploče.

Ni-Cad punjač pomoću otpornika

Ovaj jednostavni punjač mogao bi biti izrađen od dijelova koji se mogu vidjeti u gotovo bilo kojem kontejneru za smeće. Za optimalan vijek trajanja (broj ciklusa punjenja) Ni-Cad baterije moraju se puniti relativno konstantnom strujom.

To se često postiže prilično jednostavno punjenjem putem otpornika od opskrbnog napona višestruko većeg od napona akumulatora. Promjena napona baterije dok se puni vjerojatno će tada imati minimalan utjecaj na struju napunjenosti. Predloženi sklop sastoji se samo od transformatora, diodnog ispravljača i serijskog otpornika kako je naznačeno na slici 1.

Povezana grafička slika olakšava određivanje vrijednosti serijskog otpora.

Kroz napon transformatora na vertikalnoj osi povlači se vodoravna crta sve dok ne pređe navedeni vod napona akumulatora. Zatim nam crta povučena okomito dolje od ove točke kako bi se susrela s vodoravnom osi daje naknadno potrebnu vrijednost otpora u ohima.

Na primjer, isprekidana crta pokazuje da ako je napon transformatora 18 V, a Ni-Cd baterija koja se puni 6 V, tada će vrijednost otpora biti oko 36 ohma za predviđenu regulaciju struje.

Ovaj naznačeni otpor izračunava se da daje 120 mA, dok će za neke druge brzine struje punjenja vrijednost otpornika trebati prikladno smanjiti, na pr. 18 ohma za 240 mA, 72 ohma za 60 mA itd. D1.

Krug punjača NiCad pomoću automatske kontrole struje

Nikal-kadmijeve baterije obično zahtijevaju stalno punjenje strujom. Dolje prikazan krug punjača NiCad razvijen je za opskrbu ili 50mA do četiri 1,25V ćelije (tip AA) ili 250mA do četiri 1,25V ćelije (tip C) povezane u seriju, iako bi se mogao jednostavno prilagoditi za razne druge vrijednosti punjenja.

U razmatranim krugovima punjača NiCad R1 i R2 popravite izlazni napon bez opterećenja na približno 8V.

Izlazna struja putuje bilo pomoću R6 ili R7, a kako raste tranzistor Tr1 postupno se uključuje.

To uzrokuje poantu Y povećati, uključivanjem tranzistora Tr2 i omogućavanjem da točka Z postane manje pozitivna.

Proces posljedično smanjuje izlazni napon i ima tendenciju smanjivanja struje. Konačno se postiže ravnotežna razina koja se određuje vrijednošću R6 i R7.

Dioda D5 inhibira bateriju koja se puni, osiguravajući napajanje na izlazu IC1 u slučaju uklanjanja 12V, što bi inače moglo uzrokovati ozbiljnu štetu na IC-u.

FS2 je ugrađen za zaštitu od oštećenja baterija koje se pune.

Izbor R6 i R7 vrši se nekim pokušajima i pogreškama, što znači da će vam trebati ampermetar odgovarajućeg dometa, ili ako su vrijednosti R6 i R7 istinski poznate, tada bi se pad napona na njima mogao izračunati kroz Ohmov zakon.

Ni-Cd punjač pomoću jednog opcionog pojačala

Ovaj krug punjača za Ni-Cd dizajniran je za punjenje NiCad baterija standardne veličine AA. Poseban se punjač uglavnom preporučuje za NiCad ćelije iz razloga što posjeduju izuzetno nizak unutarnji otpor, što rezultira povećanom strujom punjenja, čak i ako je iskorišteni napon tek malo veći.

Punjač bi stoga trebao sadržavati krug za ograničavanje struje punjenja na ispravnu granicu. U ovom krugu T1, D1, D2 i C1 djeluju poput tradicionalnog opadajućeg, izolacijskog, punovalnog ispravljača i istosmjernog filtrirajućeg kruga. Dodatni dijelovi nude trenutnu regulativu.

IC1 se koristi poput usporedbe s odvojenim stupnjem međuspremnika Q1 koji pruža relativno visoku funkcionalnost izlazne struje u ovom dizajnu. Neinvertirajući ulaz IC1 isporučuje se s 0,65 V: referentnim naponom prikazanim kroz R1 i D3. Invertirajući ulaz povezan je sa zemljom kroz R2 unutar razina mirovanja, omogućujući da izlaz dobije potpuno pozitivan. Ako je NiCad ćelija pričvršćena preko izlaza, jaka struja može se potruditi preko R2, što uzrokuje razvoj ekvivalentne količine napona na R2.

Mogao bi se samo povećati na 0,6 V, unatoč tome, sve veći napon u ovom trenutku preokreće ulazne potencijale IC1 ulaza, uzrokujući smanjenje izlaznog napona i snižavanje napona oko R2 natrag 0,65 V. Najveća izlazna struja (i također primljena struja punjenja) rezultat je struje generirane sa 0,65 V na 10 ohma ili 65 mA, pojednostavljeno.

Većina AA NiCad stanica posjeduje optimalnu poželjnu struju punjenja ne veću od 45 ili 50 mA, a za ovu kategoriju R2 mora se povećati na 13 oma kako biste mogli imati odgovarajuću struju punjenja.

Nekoliko vrsta brzih punjača može raditi sa 150 mA, a to zahtijeva smanjenje R2 na 4,3 ohma (3,3 ohma plus 1 ohma u seriji u slučaju da se ne može nabaviti idealan dio).

Nadalje, T1 treba poboljšati na varijantu s trenutnom snagom od 250 mA., A Q1 se mora instalirati pomoću malog hladnjaka s rebrastim vijkom. Uređaj može lako napuniti do četiri ćelije (6 ćelija kada se T1 nadogradi na tip 12 V), a sve bi to trebalo biti priključeno u seriju preko izlaza, a ne paralelno.

Univerzalni krug punjača NiCad

Na slici 1. prikazan je puni dijagram sklopa univerzalnog NiCad punjača. Izvor struje razvija se pomoću tranzistora T1, T2 i T3, koji nude konstantnu struju punjenja.

Trenutni izvor postaje aktivan tek kada su NiCad ćelije pravilno pričvršćene. ICI je postavljen za provjeru mreže provjerom polariteta napona na izlaznim stezaljkama. Ako su stanice ispravno namještene, pin 2 IC1 ne može se okrenuti tako pozitivno kao na pin 3.

Kao rezultat, izlaz IC1 postaje pozitivan i daje osnovnu struju T2, koja uključuje izvor struje. Ograničenje trenutnog izvora moglo bi se popraviti pomoću S1. Struja od 50 mA, 180 mA i 400 mA mogla bi se unaprijed postaviti kada se utvrde vrijednosti R6, R7 i RB. Stavljanje S1 u točku 1 pokazuje da se NiCad stanice mogu puniti, položaj 2 namijenjen je C stanicama, a položaj 3 rezerviran je za D stanice.

Ostali dijelovi

TR1 = transformator 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = prekidač s 3 položaja
S2 = 2 prekidač položaja

Trenutni izvor djeluje po vrlo osnovnom principu. Krug je ožičen poput trenutne povratne mreže. Zamislite da je S1 na položaju 1, a izlaz IC1 je pozitivan. T2 i 13 sada počinju dobivati ​​struju baze i započinju provođenje. Struja preko ovih tranzistora čini napon oko R6, što pokreće T1 u rad.

Eskalirajuća struja oko R6 označava da T1 može provoditi s većom snagom, čime minimalizira osnovnu pogonsku struju za tranzistore T2 i T3.

U ovom trenutku drugi tranzistor može provoditi manje i početni porast struje je ograničen. Tako se implementira razumno konstantna struja pomoću R3 i pridruženih NiCad stanica.

Nekoliko LED dioda priključenih na trenutni izvor u svakom trenutku pokazuju radni status NiCad punjača. IC1 daje pozitivan napon nakon što se NiCad ćelije priključe na pravi način osvjetljavajući LED D8.

Ako stanice nisu povezane ispravnim polaritetom, pozitivni potencijal na pin 2 IC1 bit će veći od pin 3, što će dovesti do toga da izlaz komparatora opcijskog napona postane 0 V.

U ovoj će situaciji izvor struje ostati isključen, a LED D8 neće svijetliti. Identično stanje može se dogoditi u slučaju da nijedna stanica nije povezana za punjenje. To se može dogoditi jer će pin 2 imati povećani napon u odnosu na pin 3, zbog pada napona na D10.

Punjač će se aktivirati samo kada je spojena ćelija koja sadrži najmanje 1 V. LED D9 pokazuje da trenutni izvor radi poput trenutnog izvora.

To se može činiti prilično neobičnim, no ulazna struja koju generira IC1 jednostavno nije primjerena, razina napona također mora biti dovoljno velika da pojača struju.

To implicira da bi napajanje uvijek trebalo biti veće od napona na NiCad ćelijama. Samo u ovoj situaciji potencijalna razlika bit će dovoljna za aktiviranje trenutne povratne informacije T1, osvjetljavajući LED D9.

Dizajn PCB-a

Koristeći IC 7805

Shema spojeva u nastavku prikazuje idealan krug punjača za ni-cad ćeliju.

Ovo zapošljava 7805 IC regulator isporučiti konstantnih 5V preko otpornika, što dovodi do toga da struja ovisi o vrijednosti otpora, umjesto o potencijalu ćelije.

Vrijednost otpornika treba prilagoditi s obzirom na tip koji se koristi za punjenje bilo koje vrijednosti između 10 Ohm i 470 Ohm koja se može koristiti ovisno o ocjeni mAh ćelije. Zbog plutajuće prirode IC 7805 s obzirom na potencijal zemlje, ovaj dizajn mogao bi se primijeniti za punjenje pojedinih Nicad stanica ili niza od nekoliko ćelija.

Punjenje Ni-Cd ćelije iz napajanja od 12V

Najtemeljnije načelo punjača je da napon punjenja mora biti veći od nominalnog napona akumulatora. Na primjer, bateriju od 12 V treba puniti iz izvora od 14 V.

U ovom krugu punjača Ni-Cd od 12 V koristi se udvostručivač napona na bazi popularne 555 IC. Budući da je izlaz 3 čipa naizmjenično povezan između napona napajanja +12 V i zemlje, IC oscilira.

C₃naplaćuje se putem D_dvai D₃na gotovo 12 V kad je pin 3 logički nizak. Momentni pin 3 je logički velik, napon spoja C₃i D₃pojačava na 24 V zbog negativnog priključka C₃koji je priključen na +12 V, a sam kondenzator drži naboj iste vrijednosti. Zatim, dioda D₃postaje obrnuto pristran, ali D₄provodi taman toliko za C₄kako bi se napunili preko 20 V. To je više nego dovoljan napon za naš krug.

78L05 u IC-u_dvapoložaja djeluje kao dobavljač struje koji zadrži svoj izlazni napon, U_n, od pojavljivanja preko R₃na 5 V. Izlazna struja, I_n, može se jednostavno izračunati iz jednadžbe:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Svojstva 78L05 uključuju samu struju izvlačenja jer središnji terminal (obično uzemljen) daje našem oko 3 mA.

Ukupna struja opterećenja je oko 10 mA i to je dobra vrijednost za stalno punjenje NiCd baterija. Da bi se pokazalo da struja punjenja teče, u krug je uključena LED dioda.

Grafikon punjenja struje

Slika 2 prikazuje svojstva struje punjenja u odnosu na napon akumulatora. Sasvim je očito da strujni krug nije posve savršen jer će se baterija od 12 V puniti strujom jačine samo oko 5 mA. Nekoliko razloga za to:

• Čini se da izlazni napon kruga pada s porastom struje.
• Pad napona na 78L05 je oko 5 V. Ali, dodatnih 2,5 V mora biti uključeno kako bi se osiguralo da IC radi precizno.
• Preko LED diode najvjerojatnije postoji pad napona od 1,5 V.

Uzimajući u obzir sve navedeno, 12 V NiCd baterija nazivnog kapaciteta 500 mAh mogla bi se puniti neprekidno strujom od 5 mA. Ukupno je to samo 1% njegovog kapaciteta.