"ІНТЕЛЕКТУАЛЬНЕ" Зарядний пристрій для Ni-Cd АКУМУЛЯТОРІВ

Традиційна ("безпечна") зарядка нікель-кадмієвих акумуляторів струмом, значення якого в десять разів менше ємності акумулятора, задовольняє далеко не всіх користувачів, оскільки в цьому випадку для гарантованої повної зарядки потрібно затратити більше десяти годин. Тим часом акумулятори можна безпечно заряджати та великими струмами, відповідно скорочуючи час зарядки. При цьому, однак, необхідний постійний контроль за станом заряджає акумулятор, щоб уникнути його виходу з ладу.

Момент, коли нікель-кадмієвий акумулятор повністю заряджений, можна надійно встановити, вимірюючи залежність його напруги від часу зарядки. У загальному вигляді вона показана на рис. 1.

Повністю зарядженого акумулятора відповідає момент, коли напруга на ньому досягає максимуму. Оскільки для різних примірників абсолютне значення максимуму може відрізнятися, цей параметр не можна використовувати для однозначного визначення закінчення зарядки. "Інтелектуальні" зарядні пристрої, періодично вимірюючи напругу на заряджає акумулятор, визначають момент, коли зміна напруги змінить знак (напруга почне зменшуватися), і припиняють зарядку. Точніше, зазвичай переводять зарядний пристрій у Безпечний режим зарядки малим струмом. Слід зазначити, що зменшення напруги по відношенню до максимуму після його проходження невелика-близько 10 мВ на один елемент, і для його реєстрації потрібна вимірювальна апаратура з відповідним дозволом.

Другий параметр, який прийнято контролювати при швидкій зарядці, – час. Його розраховують виходячи з струму швидкої зарядки, і навіть якщо за цей час напруга на акумуляторі не досягло максимуму, зарядку припиняють. Це дозволяє в якійсь мірі зменшити небезпеку виходу з ладу зарядного пристрою, якщо в нього встановлений дефектний акумулятор, у якого може і не відбутися зміни знака зміни напруги в процесі зарядки.

Є ще один параметр, який разом зі зміною знака зміни напруги на акумуляторі об'єктивно відображає завершення процесу зарядки, – температура корпусу акумулятора. Однак цей параметр відноситься до числа найбільш важко контрольованих, оскільки вимагає встановлення надійного теплового контакту датчика температури з корпусом заряджає акумулятор. Більш того, в герметичних акумуляторних батареях, які в основному використовуються в сучасній переносної апаратури, це в принципі неможливо. Тому на практиці зарядку акумуляторів з контролем температури не застосовують. Але при цьому доводиться також відмовлятися і від граничних – дуже швидких режимів зарядки.

Для реалізації описаних алгоритмів зарядки випускають спеціалізовані мікросхеми, які виконують усі перераховані вище функції контролю і управління. До їх числа відноситься, наприклад, мікросхема МАХ713. Вона дозволяє заряджати як одиничний елемент, так і батарею, що складається з декількох акумуляторів. Контрольний час для швидкої зарядки може бути в межах від 22 до 264 хвилин (вісім дискретних значень), а струм – в межах від 4С до О. ЗЗС (С – ємність акумулятора). Всі ці параметри встановлюють програмно. Передбачена в мікросхемі МАХ713 і функцію контролю температури заряджає акумулятор.

При розрахунку режиму швидкої зарядки нікель-кадмієвих акумуляторів спочатку вибирають зарядний струм I, орієнтуючись на час, необхідний зарядки. Слід зауважити, що за відсутності надійного контролю температури заряджає акумулятор вибирати його більш 2С не рекомендується.

Після закінчення режиму швидкої зарядки струм знижують до значень, безпечних протягом тривалого періоду ("дозарядки"). У мікросхемі МАХ713 це значення, наприклад, вибрано близько 30 мА і не залежить від струму швидкої зарядки.

Схема "інтелектуального" зарядного пристрою для нікель-кадмієвих акумуляторів, виконаного на мікросхемі МАХ713, наведена на рис. 2. Джерело живлення напругою 12 В підключають до гнізда X1. Він повинен забезпечувати струм навантаження, принаймні, на 50 мА більше максимального зарядного струму. При напрузі живлення 12В можна заряджати батареї, що містять до дев'яти акумуляторів. В авторському варіанті для живлення пристрою використовувався звичайний мережевий адаптер, що забезпечує струм навантаження до 300 мА при напрузі 12 В. Світлодіод HL1 відображає роботу пристрою в цілому, а світлодіод HL2 – режим швидкої зарядки. Якщо він не світиться, то це означає, що зарядка закінчена. Акумуляторна батарея (батарею) підключають до гнізда Х2. Зарядний струм регулює транзистор VT1. Якщо після включення пристрою з підключеним акумулятором світлодіод HL2 не світиться, значить, акумулятор заряджений.

Таблиця 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

PGM0

V+

V+

V+

V+

OPEN

OPEN

OPEN

OPEN

REF

REF

REF

REF

BATT-

BATT-

BATT-

BATT-

PGM1

V+

OPEN

REF

BATT-

V+

OPEN

REF

BATT-

V+

OPEN

REF

BATT-

V+

OPEN

REF

BATT-

Програмування мікросхеми виробляють підключенням висновків 3 (PGM0), 4 (PGM1), 9 (PGM2) і 10 (PGM3) до висновків мікросхеми 15 (V +), 12 (ВАТ-), 16 (REF). Вони можуть бути також і не підключені до чого-небудь (OPEN). Через висновки PGM0 і PGM1 програмують число акумуляторів у батареї (табл. 1), а через висновки PGM2 і PGM3 – таймер закінчення швидкої зарядки (табл. 2).

Перед вибором остаточної версії пристрою задають число елементів N в акумуляторної батареї, що підлягає зарядці, і зарядний струм. Виходячи з першого параметра, визначають підключення висновків 3 і 4 мікросхеми (відповідно до табл. 1), а по другому параметру – орієнтовний час зарядки Т (в годинах) за формулою:

T=C/0,81.

Тут З підставляють в мА-год, а I – в мА.

У табл. 2 знаходять найближчим більше значення програмованого інтервалу часу зарядки і визначають відповідне йому підключення висновків 9 і 10 мікросхеми.

Таблиця 2

T, хв

22

33

45

66

90

132

180

264

PGM2

REF

BATT-

REF

BATT-

REF

BATT-

REF

BATT-

PGM1

V+

V+

OPEN

OPEN

REF

REF

BATT-

BATT-

На наступному етапі розраховують потужність Р (у ватах), яка буде розсіюватися на транзисторі VT1, за формулою

P=(U max -U min )*I,

Тут: U max , – Максимальна напруга на виході джерела живлення, В;

U min , – Мінімальна напруга на батареї акумуляторів, В:

I – струм зарядки, А.;

U min розраховують виходячи з числа елементів і мінімальної напруги на одному акумуляторі (зазвичай вважають 1 В). На основі цього розрахунку вибирають транзистор і з'ясовують, чи потрібен для нього тепловідвід.

Опір резистора R2 (в кілоомах) розраховують за формулою:

R2 = U/5-1, де

U – мінімальна напруга джерела живлення в вольтах.

Опір резистора R5 (у Омах) розраховують за формулою:

R5 = 0.25 / l, де

I – струм зарядки в амперах.

Наведені на схемі номінали відповідають мінімальному напрузі джерела живлення 12 В і току зарядки 0,25 А.

Steven Avrrtch. A Smart Charger For Nickel-Cadmium Batteries. – QST, 1994. September, p. 40-42.

Від редакції. При напрузі живлення 12 В можна заряджати батареї не більше ніж з семи акумуляторів.

Радіо № 1, 2001, С.72.