ЗАРЯДНІ ПРИСТРОЇ ДЛЯ нікель-кадмієвих акумуляторів І батарей

У спеціалізованій літературі обґрунтовано доцільність зарядки акумуляторів від джерела фіксованого напруги з обмеженням струму. Такий режим зручний тим, що підзарядка протягом, наприклад, ночі гарантує до ранку їх повну зарядку незалежно від їх вихідного стану без небезпеки перезарядки. У цьому розділі містяться кілька варіантів подібних пристроїв для зарядки нікель-кадмієвих акумуляторів і батарей.

Схема першого із запропонованих зарядних пристроїв наведена на рис. 113. Стабилитрон VD6, операційний підсилювач DA1.1, транзистор VT1 і пов'язані безпосередньо з ними елементи утворюють високостабільний джерело напруги. Його особливість - харчування параметричного стабілізатора R2VD6 вихідною напругою джерела, що і забезпечує йому високі параметри.

Дільник R 17 - R28 формує 12 ступенів напруги, відповідних граничним при зарядці одиночних акумуляторів і батарей, складених з 2 - 12 нікель-кадмієвих акумуляторів. Необхідна зарядна напруга вибирають перемикачем SA2. Операційний підсилювач (ОУ) DA1.2 спільно з транзистором VT2 утворюють точний повторювач цієї напруги з великою навантажувальною здатністю. Його вихідний опір дуже мало -зміна напруги при збільшенні вихідного струму від 0 до 350 мА можна виявити по чотиризначний цифрового вольтметру, т. Е. Воно менше 1 мВ, а вихідний опір відповідно менше 0,003 Ом.

Для обмеження струму на початку зарядки використовується порівняння падіння напруги на резисторі R32 (і підключаються до нього паралельно резисторах R6 - R 16) і зразкового напруги, що знімається з дільника R35 - R39. Струм колектора транзистора VT2 з достатньою точністю дорівнює току зарядки. Зразкове напруга, що знімається з резисторів R35 і R36, дорівнює 1,2 В. Порівняння напруг здійснює компаратор, його функцію виконує ОУ DA2.2. Коли струм зарядки створює на резисторі R32 падіння напруги понад 1,2 В, ОУ DA2.2 відкриває транзистор VT3, який своїм колекторним струмом збільшує напругу на вході інвертується ОУ DA1.2, що призводить до зменшення вихідної напруги ОП і переходу всього джерела в режим стабілізації струму. Установку значення струму обмеження в межах від 2,5 до 350 мА виробляють перемикачем SA3.

Вихідний опір пристрою в режимі стабілізації струму дорівнює опору резистора R30:

Мікроамперметр РА1 з додатковим резистором R31 утворює вольтметр на напругу 1,2 В, тому при роботі джерела в режимі стабілізації струму його стрілка вказує на останнє поділ шкали. Для вольтметра використаний мікроамперметр на струм 100 мкА, тому таке його показання відповідає зарядного струму, рівному 100% від встановленого перемикачем SA3 значення.

Якщо до гнізд XI і Х2 зарядного пристрою підключити розряджену батарею акумуляторів, встановивши перемикач SA2 в положення, відповідне їх числа в ній, спочатку струм зарядки буде визначатися положенням перемикача SA3. Через кілька годин напруга на батареї досягне значення, встановленого перемикачем SA2, і пристрій перейде в режим стабілізації напруги. Струм зарядки почне зменшуватися, що можна відстежувати за показаннями приладу РА1.

Коли струм зменшиться до значення, що становить приблизно 5% від встановленого перемикачем SA3, компаратор на ОУ DA2.1 переключиться і загориться світлодіод HL2, сигналізуючи про закінчення зарядки.

Якщо батарею (або одиночний акумулятор) продовжувати заряджати навіть протягом доби, з нею нічого не станеться, оскільки струм в кінці зарядки дуже малий.

Світлодіод HL1 - індикатор підключення пристрою до мережі. Підбором конденсатора С7 усувають високочастотну генерацію ОУ DA1.2.

Яка роль діодів VD2 - VD5? При зарядці одиночного акумулятора напруга на неінвертуючий вхід ОП DA1.2 становить 1,4 В, а в режимі замикання виходу зарядного пристрою його вихідна напруга, що забезпечує переклад пристрою в режим стабілізації струму, має бути близько 0,6 В відносно загального проводу. Щоб ОУ DA1.2 нормально працював в таких режимах, напруга його мінусового джерела живлення повинна бути за абсолютним значенням не менше 2 В, що і забезпечується падінням напруги на діодах VD3 - VD5.

Аналогічно для нормальної роботи ОУ DA2.1 при напрузі на входах, близькому до напруги плюсового джерела живлення, різниця між ними повинна бути не менше 0,6 В - забезпечується падінням напруги на діоді VD2.

Креслення друкованої плати з одностороннього фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм, на якій розміщена велика частина деталей пристрою, наведено на рис. 114. Транзистор VT2 забезпечений голчастим теплоотводом розмірами 60 х 45 мм, висота голок - 20 мм. Перемикачі SA2 і SA3 разом з розпаяними на них

резисторами, мікроамперметр РА1, світлодіоди HL1 і HL2, вихідні гнізда XI і Х2 встановлені на передній панелі приладу, виготовленої з склотекстоліти товщиною 1,5 мм, а трансформатор Т1, вимикач SA1, запобіжник FU1, діодний міст VD1 і конденсатори С1 - на задній дюралюмінієвої панелі такої ж товщини. Панелі скріплені між собою дюралюмінієвими стяжками довжиною 135 мм, до цих же стяжкам пригвинчена друкована плата. Закінчена конструкція встановлена ​​в алюмінієвий корпус у вигляді відрізка прямокутної труби.

Мережевий трансформатор Т1 - уніфікований ТН-30 [17]. Але застосуємо будь-який інший аналогічний трансформатор, вторинна обмотка якого забезпечує напругу 19 ... 20 В при струмі не менше 400 мА. Випрямний міст VD1, розрахований на такий же вихідний струм, можна зібрати з чотирьох діодів з робочим струмом 300 мА, наприклад, серії Д226. Такими можуть бути і діоди VD2 -VD5. Конденсатор С1 складено з трьох з'єднаних паралельно оксидних конденсаторів К50-29 ємністю по 1000 мкФ на номінальну напругу 25 В. Конденсатор С2 - К53-1, решта - КМ-5 і КМ-6.

Термокомпенсірованний стабілітрон КС191Ф (VD6) можна замінити на Д818 з літерними індексами В - Е або на КС 191 з будь-яким буквеним індексом. Резистори R3, R5 і R17 - R28 бажано використовувати стабільні, наприклад, С2-29. Опору резисторів R17 - R28 можуть бути в межах 160 Ом ... 10 кОм, але обов'язково однакового значення з точністю не гірше 0,3%.

Опору резисторів R6 - R 16 не обов'язково повинні бути точними. Їх бажано підібрати відповідно до зазначених на схемі значеннями з резисторів близьких номіналів, що спростить настройку приладу. Кожен з резисторів R 15, R 16 складається з декількох резисторів більшого номіналу і меншої потужності розсіювання, які з'єднані паралельно. Підлаштування резистори R4 і R38 - СПЗ-19а.

Світлодіоди HL1 і HL2 - будь-які, але бажано різного кольору світіння. Стабілітрони VD7 і VD8 на напругу стабілізації 5,6 ... 7,5 В. Перемикачі SA2 і SA3 - ПГ2-5-12П1Н або аналогічні інші малогабаритні.

Мікроамперметр РА1 типу М4247 на струм 100 мкА. Використовуючи прилад на інший струм повного відхилення стрілки, доведеться підбирати не тільки обмежувальний резистор R31, але і R32 - для забезпечення зарядного струму 2,5 мА при крайньому лівому (за схемою) положенні перемикача SA3.

Транзистори VT1, VT2 можуть бути будь-якими кремнієвими структури n-р-n середньої потужності, a VT3 - будь-яким кремнієвим

малопотужним структури р-n-р на допустиме напруження не менше ЗОВ.

Операційні підсилювачі К140УД20 (DA1, DA2) замінні подвійним числом ОУ К140УД7. Застосування ОУ інших типів визначається можливістю їх роботи в згаданих вище режимах, але автором це не перевірялося.

Коротко про налаштування зарядного пристрою. Спочатку підлаштування резистором R4 встановіть на емітер транзистора VT1 напруга, рівне 16,8 В. Накинувши пристрій резистором опором 51 ... 68 Ом (на потужність розсіювання 7,5 Вт) і тимчасово отпаяв резистор R43, переконайтеся в тому, що при перекладі перемикача SA2 в кожне наступне положення (вгору за схемою) вихідна напруга збільшується на 1,4 В. Перевірте відсутність високочастотної генерації на виході і при необхідності підберіть конденсатор С7.

Далі відновите з'єднання резистора R43, а перемикач SA2 встановіть в положення "12". Змінюючи положення перемикача SA3, переконайтеся, що при цьому вихідний струм, вимірюваний миллиамперметром, включеним послідовно з навантажувальним резистором, обмежується значенням, відповідним положенням цього перемикача (крім 350 мА). Замініть навантажувальний резистор ланцюжком з двох - трьох діодів (однотипних з VD2 - VD5) і, встановивши перемикач SA3 в положення "100 мА", виставте підлаштування резистором R38 такої ж вихідний струм. Стрілка мікроамперметра повинна вказувати на останнє поділ шкали, якщо це не так - підберіть резистор R31.

Тепер перемикач SA2 встановіть в положення "1", а перемикач SA3 в положення "10 мА". До виходу виробу до його встановлення змінний резистор на 3,3 ком і міліамперметр, після чого збільшуйте від нуля опір цього резистора. При вихідному струмі, що дорівнює приблизно 0,5 мА, повинен включитися світлодіод HL2.

Налаштовуючи пристрій, пам'ятайте, що його вихідний опір різко несиметрично - воно мало для витікаючого струму і велике для втікає. Тому пристрій без навантаження чутливо до мережевих наведень і вимір вихідної напруги високоомним вольтметром може дати несподівано завищений результат.

Зарядка батареї акумуляторів нескладна. Треба лише встановити перемикачі в положення, відповідні числу акумуляторів в ній і максимальному току зарядки, підключити до виходу батарею з дотриманням полярності і включити живлення пристрою. Ознакою закінчення зарядки служить загоряння світлодіода HL2. Максимальний струм зарядки повиненбути в 3 ... 4 рази менше ємності батарей для зарядки акумуляторів.

Які доповнення або зміни можна внести в цей варіант зарядного пристрою? Перш за все треба доповнити його електро-

магнітним реле К1, як показано на рис. 115, яке б відключало акумулятор або батарею після закінчення зарядки. При включенні світлодіода HL2 реле спрацьовує і своїми нормально замкнутими контактами розриває ланцюг зарядки. Резистор R44 необхідний для чіткого спрацьовування реле і забезпечення невеликого гістерезису компаратора на ОУ DA2.1. Реле К1 має бути на напругу 20 ... 27 В, транзистор VT4-будь середньої або великої потужності структури р-n-р, наприклад, серій КТ502, КТ814, КТ816.

Але ввівши в пристрій таке доповнення, слід враховувати, що після початку зарядки будь-які перемикання його ланцюгів призводять до спрацьовування реле, тому необхідні установки треба робити заздалегідь.

Пристрій можна застосовувати для розрядки батарей з семи акумулятора, не побоюючись їх перерозрядження. Для цього перемикач SA2 треба встановити в положення "5", перемикач SA3 - найближчим по току розрядки, але більше його, включити між вихідними гніздами XI і Х2 резистор, що забезпечує необхідний струм розрядки і підключити розряджається батарею. Оскільки напруга батареї більше, ніж подається на неінвертуючий вхід ОП DA1.2, транзистор VT2 буде закритий, а батарея розряджатися через резистор. Коли напруга батареї знизиться до 7 В, ОУ DA1.2 і транзистор VT1 перейдуть в режим стабілізації напруги, розрядка припиниться.

Індикатором завершення розрядки батареї служить світлодіод HL2 - в процесі розрядки він світиться, а по її закінченні - гасне.

Якщо пристрій часто передбачається використовувати для розрядки батарей, до того ж з різним числом акумуляторів, в нього доцільно ввести додатковий резистор, опір якого складає 40% від сумарного опору резисторів R17 - R28, і, звичайно, вимикач. Резистор включають між виходом джерела зразкового напруги (на схемі рис. 113 -точка з'єднання емітера транзистора VT1, резисторів R2, R3, конденсатора СЗ) і нерухомим контактом "12" перемикача

SA2, сполученим з резистором R17, а паралельно цьому резистору - додатковий вимикач. Батарею заряджають при замкнутих контактах вимикача, а при розмиканні їх, коли вихідна напруга зменшується в 1,4 рази (до 1 В на акумулятор), батарею можна розряджати.

Розрядка батареї через резистор відбувається постійно змінюваних в часі струмом, який можна стабілізувати мікросхемою

К142ЕН12А, включивши її за схемою, наведеною на рис. 116. Опір резистора R46 (Ом) визначають за формулою: R46 = 1250 / Ipaз, де Iраз - струм розрядки (мА).

Номінали резисторів, від яких залежить струм розрядки, відповідають опорам резисторів R6 - R 16 при тих же токах, що і струм зарядки.

Схема другого варіанту зарядного пристрою показана на рис. 117. Воно значно простіше, але в ньому немає вузла індикації моменту закінчення зарядки.

У пристрої застосовані дві мікросхеми КР142ЕН12А. Перша з них (DA1) працює в режимі обмеження струму, а друга виконує функцію стабілізатора напруги зарядки.

Діоди VD2-VD4 є елементами захисту. Підлаштування резисторами R25 і R28 точно встановлюють вихідні напруги при різних положеннях перемикача SA3. Конденсатори С2-С4 запобігають можливу генерацію мікросхем DA1, DA2.

Трансформатор харчування Т1, діодний міст VD1, конденсатор С1, перемикачі SA2 і SA3 можуть бути такими ж, як у першому варіанті пристрою. Діоди VD2-VD4 - будь-які малопотужні кремнієві.

Резистори R13-R24, R26 повинні бути точними і стабільними, а їх опору - в межах 120 ... 180Ом.

Перед установкою мікросхем на платі бажано перевірити їх напруга стабілізації. Зробити це можна, підключивши ланцюг, виконану за схемою рис. 116, до джерела напруги 5 ... 15 В, вимірюючи напругу на резисторі R46 (160 Ом). Ту з мікросхем, напруга стабілізації якої ближче до 1,2 В, використовуйте в вузлі обмеження струму зарядки (DA1). А якщо воно сильно відрізняється від 1,2 В, опору резисторів R2-R12 доведеться підібрати під час налаштування пристрою.

Налаштуйте це зарядний пристрій наступним чином. Спочатку перемикачі SA2 і SA3 встановіть в положення "350" і

"12" відповідно, движок підлаштований резистора R25 - в середнє положення, після чого резистором R27 виставите на виході напруга 16,8 В. Далі перемикач SA3 переведіть в положення "1" і резистором R25 встановіть на виході пристрою напруга 1,4 В. Ці операції взаємопов'язані, тому повторіть їх кілька разів.

Потім до виходу підключіть три з'єднаних послідовно кремнієвих діода на струм не менше 300 мА і міліамперметр. Перемикачі SA2 і SA3 встановіть в положення "2,5" і "2" і підбором резистора R1 добийтеся вихідного струму, рівного 2,5 мА. Якщо напруга стабілізації мікросхеми DA1 1,2 В і опору резисторів R2-R12 відповідають зазначеним на схемі, то і при інших положеннях перемикачів струми зарядки повинні відповідати зазначеним на схемі. В іншому випадку доведеться додатково підбирати резистори R2-R12.

Вихідний опір пристрою в режимі стабілізації струму значно менше, ніж у конструкції першого варіанту, і так само

сумарному опору введених резисторів R13-R24 і R25-R28.

Якщо зарядний пристрій за схемою на рис. 117 призначається лише для батарей з акумуляторів одного типу, перемикач SA2 і резистори R2-R12 можна виключити, а індикатор закінчення зарядки, зібраний за схемою рис. 118, ввести. Поки сумарний струм зарядки і поточний через резистори R13-R24 досить великий, він тече, в основному,

через емітерний перехід транзистора VT1. Транзистор при цьому відкривається і спалахує світлодіод HL1, індіціруя процес зарядки. Коли струм зменшиться до значення, обумовленого опором резистора R29 і напругою відкривання транзистора VT1, цей транзистор закриється і світлодіод згасне.

Було зібрано (з виключенням перемикача SA2 і з додаванням індикатора закінчення зарядки за схемою рис. 118) зарядний пристрій для батарей з акумуляторів ЦНК-0,45 (до шести штук). Щоб обмежити вихідний струм на рівні 150 мА, буде потрібно-вався резистор (R1 на рис. 117) опором 8,2 Ом. В індикаторі закінчення зарядки при опорі резистора R29 30 Ом зменшення яскравості світіння світлодіода починалося при струмі зарядки 10 мА, повністю він згасав при струмі 7 мА.

У пристрої використано трансформатор ТПП-220 [16], всі шість вторинних обмоток якого з'єднані послідовно. Перемички зручно встановлювати так: 16-17, 18-11, 12-13, 14-19, 20-21, напруга на діодний міст знімають з висновків 15 і 22. Напруга мережі подають на висновки 2 і 9 трансформатора, між висновками 3 і 7 необхідно також встановити перемичку. Але, звичайно, придатний будь-який інший трансформатор, що забезпечує на вторинній обмотці напруга 11 ... 12 В при струмі не менше 400 мА.

Всі елементи пристрою, крім мережевого трансформатора з вимикачем харчування, запобіжника, перемикача SA3 і вихідних гнізд, змонтовані на друкованій платі розмірами 90 х 50 мм (рис. 119). Плата розрахована на установку діодного моста КЦ407А (VD1), оксидного конденсатора К50-29 (С1) ємністю 2200 мкф на номінальну напругу 16 В. Інші деталі такі, як в конструкції першого варіанту пристрою. Мікросхеми DA1 і DA2 встановлені на голчасті тепловідводи розмірами 45 х 25 мм, висота голок - 20 мм.

Монтажна плата за допомогою різьбових втулок, вклепать в її кути, разом з іншими деталями встановлена ​​в пластмасовому корпусі розмірами 133х100х56 мм. Світлодіод на подовжених висновках виведений на кришку корпусу.

Налагоджують Пристрій в такому порядку. Підстроєні резисторами R25 і R27 встановлюють на виході напруги 8,4 і 1,4 В при положеннях "6" і "1" перемикача SA3 відповідно, вихідний струм, рівний 150 мА, - підбором резистора R1 і поріг згасання світлодіода - підбором резистора R29. У разі виникнення генерації мікросхеми DA1 між її вхідним виводом 2 і мінусовим дротом ланцюга харчування включають конденсатор С * (кілька десятків або сотень нанофарадах), позначений на рис. 119 штриховими лініями. Друкована плата такого варіанту зарядного пристрою може стати основою і для пристрою по схемі рис. 117-на ній передбачені контакти для підключення перемикача

SA2 з резисторами R2-R12. Кожна з мікросхем повинна бути встановлена ​​на свій радіатор таких же габаритів, що і в пристрої за схемою рис. 113.

Любителям слухати музику, використовуючи плеєр, джерелом живлення якого служить батарея з двох акумуляторів ЦНК-0,45, пропонується зарядний пристрій простіше (рис. 120, схема відрізняється від рис. 105 номіналами і відсутністю конденсатора, включеного паралельно вторинної обмотці трансформатора). Вторинна обмотка мережевого трансформатора Т1 повинна бути розрахована на напругу 8 ... 9 В і струм не менше 160 мА. Мікросхему слід забезпечити невеликим пластинчастим теплоотводом. Вихідна напруга, рівне 2,8 В, встановлюють підлаштування резистором R2, а потім, навантаживши пристрій на три послідовно включених діода на ток 300 мА або два виряджених акумулятора, підбором резистора R1 - вихідний струм 150 ... 180 мА.

А якщо мікросхеми КР142ЕН12А немає? В такому випадку зарядний пристрій аналогічного призначення рекомендується зібрати по

схемою рис. 121. Основою такого варіанту зарядного пристрою може бути блок живлення ПМ-1, який призначався для живлення електродвигунів іграшок, будь-який інший трансформатор, що знижує напругу мережі до 6 ... 6,3 В, або мережевий адаптер.

Всі деталі пристрою, крім мережевого трансформатора, монтують на друкованій платі, креслення якої наведено на рис. 122, розрахованої на установку на ній оксидних конденсаторів К50-6 (С1-СЗ), підлаштування резистора СПЗ-

19б (R5), світлодіодів АЛ341А або АЛ307Б. Світлодіоди виведені назовні через вентиляційні щілини кожуха. Транзистор VT1 забезпечений невеликим пластинчастим теплоотводом з латуні (або алюмінію) товщиною 0,5 мм. Монтажна плата закріплена в корпусі на двох вклепать в неї різьбових втулках.

При налаштуванні цього пристрою, як і попереднього, спочатку встановлюють вихідну напругу 2,8 В (резистором R5), після чого його навантажують трьома з'єднаними послідовно діодами на робочий струм 300 мА і підбором резистора R7 домагаються вихідного струму 150 ... 180 мА. Світлодіод HL2 при цьому гасне.

Корпуси описаних зарядних пристроїв повинні мати вентиляційні отвори для забезпечення охолодження теплоотводов мікросхем або транзисторів.