Автоматичний зарядний пристрій акумуляторної батареї

М. Скріндевскій м.Москва

Загальновідомо, що акумуляторна батарея буде служити довго лише при дотриманні правильного режиму експлуатації. На її стан негативно позначається як перезарядка, так і глибока розрядка.

За останні роки в "Радіо" були опубліковані описи двох пристроїв з автоматичним відключенням акумуляторної батареї після закінчення зарядки [1, 2]. Але вони, на мій погляд, мають істотний недолік – Час зарядки завжди не мінімально, так як зарядний струм не стабілізований і в процесі зарядки "плаває" з-за зміни напруги джерела живлення і внутрішнього опору батареї. Крім того, в одному з цих пристроїв [2] від заряджати батареї харчується джерело зразкового напруги, який споживає значний струм, і після відключення струму зарядки батарея розряджається через стабілітрон.

Пропоноване зарядний пристрій (рис.1) вільно від цих недоліків і володіє розширеними можливостями. Зарядний струм батареї стабілізовано. Пристрій може бути вбудовано в побутову радіоапаратуру, а також використано в системах аварійного живлення. Поріг відключення струму зарядки відповідає максимальному напрузі батареї, а поріг включення зарядного струму – мінімального її напрузі.

Рис.1
Рис. 1.

Пристрій призначений для зарядки батареї з семи дискових акумуляторів Д-0, 06, Д-0, 1, Д-0, 25, Д-0, 5 і аналогічних малогабаритних.

Основні технічні характеристики
Напруга джерела живлення, В 12…15
Струм заряджання, мА 0…50
Напруга порогу відключення струму зарядки, В 10
Напруга порога включення струму зарядки, В 7
Загальна тривалість циклу зарядка-вимір, хв 2
Час виміру, с 1

Джерело струму зярядке батареї GB1 утворюють транзистори VT1, VT2, діод VD3, світлодіод HL1 і резистори R8, R9. Ключовий транзистор VT1 управляє джерелом струму. Свегодіод HL1 служить одночасно джерелом зразкового напруги, яка подається на базу транзистора VT2 регулюючого, і індикатором зарядки батареї. Резистор R8 обмежує струм через світлодіод. Підлаштування резистором R9 встановлюють ток зарядки, що протікає через транзистор VT2. Діод VD3 запобігає розрядку батареї через пристрій у разі відключення від нього джерела напруги живлення. Стабілітрон VD2, резистор R6 і конденсатор C2 утворюють стабілізатор напруги живлення мікросхеми DD1 вузла автоматики зарядного пристрою.

На логічних елементах DD1.1, DD1.2 мікросхеми, резистора R1, R2, діод VD1 і конденсаторі C1 зібраний генератор, що формує імпульси тривалістю близько 1 с і періодом проходження близько 2 хв. Ці імпульси відключають джерело струму на час вимірювання напруги батарей для зарядки. Елементи DD1.3, DD1.4 і резистори R3, R4 утворюють тригер Шмітта, контролюючий ступінь зарядженості батареї.

Роботу пристрою ілюструють часові діаграми, показані на рис.2. При включенні джерела харчування (t 1 на рис.2) елемент DD1.3 тригера Шмітта встановлюється в одиничне стан і напругою високого рівня, що надходять на вхідних висновок 2 елементи DD1.1, дозволяє роботу генератора (діаграма 2). Коли на виході елемента DD1.2 з'являється сигнал високого рівня (діаграма 3), він відкриває транзистор VT1 і, таким чином, включає джерело струму зарядки батареї на час приблизно 2 хв.

Рис.2
Рис. 2.

Одночасно сигнал низького рівня з виходу елемента DD1.1 (діаграма 2) надходить на висновок 8 елемента DD1.3 і блокує роботу тригера Шмітта. Далі на виході елемента DD1.2 з'являється сигнал низького рівня, транзистор VT1 закривається і припиняється зарядка батареї. У цей момент високий рівень напруги на виході елемента DD1.1 генератора дозволяє роботу тригера Шмітта. Вимірювання триває близько 1 с, після чого генератор знову включає джерело струму і цикл зарядка-вимір повторюється. Так триває до тих пір, поки напруга на батареї не стане рівним 10 В (діаграма 5) та у черговому періоді вимірювання напруга, знімається з дільника R10R11, досягне порогу переключення тригера Шмітта. Тепер на виході елемента DD1.3 тригера буде низький рівень, який, діючи на вхід 2 елементи DD1.1, забороняє роботу генератора. При цьому джерело струму вимкнеться – припиниться процес зарядки батареї (момент t 2 на рис.2).

Зарядитися батарея може довго залишатися підключеної до пристрою, що практично не позначається на її стані, так як через дільник R10R11 протікає незначний струм – близько 100 мкА. Тригер Шмітта при цьому перебуває в стані контролю за напругою батареї. Але якщо в процесі розрядки напруга на батареї знизиться до 7 В, то гріггер перемкнеться в початковий стан і почнеться підзарядка батареї. Цей режим особливо необхідний при використанні пристрою в системах аварійного живлення, наприклад, в електронному годиннику – для запобігання збою показань при проваллі напруги мережі. Цикли зарядка-вимір будуть повторюватися, поки батарея не зарядиться до 10 В.

У літературі наводяться різні, часто суперечливі відомості за режимами зарядки і номінальному напрузі, до якого необхідно заряджати дискові акумулятори. Практика показує, що напруга на батареї після закінчення зарядки поволі зменшується в міру завершення хімічних процесів у її елементах. У пропонованому пристрої час вимірювання мало і напруга на батареї вимірюється без навантаження. При такому режимі зарядки і вимірювання батарея набирає номінальну кількість енергії при напрузі більшій номінальгюго – 10 В (виробники батарей рекомендують номінальне значення 9,45 В).

Мікросхема DD1, що використовується в зарядному пристрої, може бути К176ЛА7 або К561ЛА7. Транзистор КТ312Б можна замінити будь-яким із серії КТ315, КТ316, а КТ814А – будь-яким PNP транзистором середньої потужності. Світлодіод HL1 – будь-який на номінальний струм 10 мА. Діод КД522А замінимо на Д220, КД503Б, а КД103А – на КД102А, КД104А; стабілітрон VD2 – на будь-який інший на напругу стабілізації близько 9 В. Конденсатор C1 – неполярні К50-4 або K50-15; C2 – К50-6 або К50-12. Підлаштування резистори – СВО, решта МЛТ. Неполярні оксидний конденсатор C1 можна замінити двома полярними такої ж ємності на номінальну напругу 10 В, включеними як в [1].

Всі деталі пристрою, крім світлодіода, роз'ємного з'єднувача X1 для підключення батарей для зарядки і підлаштування резисторів R9 і R14, що знаходяться на лицьовій панелі корпусу, змонтовані на друкованій платі (мал.3),


Рис. 3.

виконаної з фольгованого склотекстоліти товщиною 1 мм. Постійні резистори, діоди і конденсатори встановлені на платі у вертикальному положенні.

Якщо немає помилок в монтажі і деталі справні, то пристрій відразу починає працювати. Треба тільки відрегулювати напруга спрацювання автоматики вузла і встановити необхідний струм зарядки батареї. Роблять це в наступному порядку. Движок резистора R9 встановлюють в положення максимального, а резистора R11 – в положення мінімального опору. Висновок один елемента DD1.1 з'єднують з плюсовим висновком живлення мікросхеми DD1. До роз'єму X1 замість батареї підключають резистор опором 510 Ом. Потім на пристрій подають напругу живлення і резистором R9 встановлюють необхідний струм зарядки батареї (Для 7Д-0, 115 – 11,5 мА). Далі на верхній за схемою висновок резистора R10 подають від допоміжного джерела постійне напругу 10 В і повільно збільшують опір резистора R11 до моменту погасне світлодіода HL1. Потім, повільно зменшуючи напругу додаткового джерела, фіксують момент включення світлодіода. Якщо світлодіод включився при напрузі менше 7 В, то резистор R4 замінюють іншим, меншого опору, а якщо більше 7 В, то резистором більшого опору і повторюють регулювання резистором R11.

Л І Т Е Р А Т У Р А

1.Нечаев І. Автоматичний зарядний пристрій. – Радіо, 1985, № 12, стор.45
2.Александров І. Автоматичний зарядний пристрій. – Радіо, 1990, № 5, стор.39

Радіо , № 12, 1991 р