Автоматичний зарядний пристрій

Ш. Гізатуллін, м. Томськ

Для продовження терміну служби батареї нікель-кадмієвих або нікель-металгідридних акумуляторів рекомендують перед кожною зарядкою розрядити батарею. Робити це без спеціального пристрою незручно, а зневага розрядкою може призвести до появи ефекту "пам'яті". Описується нижче зарядний пристрій автоматично виконує і розрядну, і зарядну функції.

Зарядний пристрій призначений для зарядки акумуляторних батарей, що складаються з 7-10 герметичних лужних акумуляторів в режимі, близькому до вказаного на етикетці батареї.

Завод-виробник гарантує ресурс акумулятора (число циклів зарядка-розрядка) і збереження його номінальної ємності при дотриманні наступних умов експлуатації: розрядка до кінцевої напруги не менше 1 В і зарядка струмом, рівним однієї десятої від номінальної ємності в ампер-годинах протягом 15 ч. У пропонованому пристрої розрядка виробляється до кінцевої напруги, відповідного 1,05 В на кожен акумулятор батареї. Зарядний струм дорівнює 0,8 номінвльного, час зарядки – близько 17 год, ємність заряджаються акумуляторів – від 0,1 до 1 А-ч.

Схема пристрою показана на малюнку. Експлуатувати пристрій дуже просто – достатньо підключити батарею до затискачів Х1, Х2 включити тумблер SA1 "Мережа" і натиснути на кнопку SB1 "Пуск". При припиненні електропостачання пристрій переходить в режим очікування і при появі напруги в мережі процес триває.

Розрядку акумуляторної батареї виробляє генератор стабільного струму до кінцевої напруги, при якому ЕРС на найбільш "слабкому" акумуляторі понизиться до 1,05 В. При досягненні кінцевої напруги генератор стабільного струму підключається послідовно з батареєю до джерела живлення, забезпечуючи струм зарядки. Одночасно запускається таймер, який при закінченні 17 год 4 хв припиняє зарядку.

Зарядний пристрій харчується від мережі змінного струму 220 В. Блок живлення являє собою двуполупе-ріодний випрямляч VD1 з приглушують конденсаторами С1, С2, СЗ і токоогра-нічітельним резистором R1. Згладжене конденсаторами С4 і С5 напруга надходить на послідовно з'єднані стабілітрони VD2 і VD4 з напругою стабілізації 10 В. Перше напруга використовується для харчування основної частини пристрою, а друге – для живлення генератора струму в режимі зарядки акумуляторної батареї.

Генератор струму – параметричний. Він зібраний на транзисторах VT5, VT6, світлодіоді HL2 і резисторах R17, R18. Транзистор VT5 задає струм через світло-діод HL2 який крім індикації струму через батарею виконує функцію низьковольтного Стабистор. Транзистор VT6 включений за схемою емітерного повторювача. Необхідний струм встановлюють підстроєним резистором R17.

Після спрацьовування реле К1 і К2 генератор струму підключений паралельно акумуляторної батареї і розряджання її, а при знеструмленні обмоток реле генератор струму підключається послідовно з батареєю до джерела харчування – вона заряджається.

Мікросхема DD2 працює одночасно кварцовим генератором на частоті 32768 Гц і дільником частоти. На виході S2 мікросхеми частота дорівнює 2 Гц, на виході М – 1 / 60 Гц.

Пристрій працює наступним чином. Підключають акумуляторну батарею до контактів Х1 і Х2 Включають тумблер SA1, і натискають на кнопку SB 1 "Пуск". При замиканні правих за схемою контактів кнопки напруга надходить на ланцюг C13R21 і далі на вхід R тригера DD3.2. На його інверсному виході виникає високий рівень. Також високий рівень через діод VD6 надходить на ланцюг C8R6 і вхід R лічильника DD1, переводячи його в нульовий стан.

При замиканні лівої по схемі групи контактів кнопки SB1 через обмотки реле К1 і К2 протікає струм, реле спрацьовують (замикаються контакти 2 і 3) і підключають генератор струму паралельно акумуляторної батареї. Починається процес розрядки батареї, про що свідчить світіння світло-діода HL3 Значення напруги на движку резистора R15 більше необхідного для прямого зміщення емітерного переходу транзистора VT4 і світлодіода HL4, що використовується як низьковольтного Стабистор. Транзистор VT4 відкрито, на його колекторі і вході D тригера DD3.1 низький рівень.

Тактові імпульси з частотою 2 Гц надходять на вхід С тригера DD3.1 і переводять його в стан, при якому на прямому виході низький рівень, а на інверсному – високий. Цей високий рівень через діод VD7 приходить на вхід R лічильника DD1 і на базу складеного транзистора VT7VT8, відкриваючи його. Струм через відкриті транзистори і обмотки реле К1 К2 утримує контакти цих реле в спрацював стані, при якому генератор струму включений паралельно акумуляторної батареї і розряджання її.

У міру розрядки батареї напруга на движку резистора R15 стає недостатнім для підтримки відкритим транзистора VT4 Він закривається, і на його колекторі і вході D тригера DD3.1 виникає високий рівень. З приходом чергового тактового імпульсу на вхід С тригера DD3.1 на його інверсному виході з'являється низький рівень, а на прямому – високий. Складовою транзистор VT7VT8 закривається, обмотки реле К1 і К2 обесточиваются, їх контакти повертаються в положення, при якому генератор струму підключений послідовно з батареєю до джерела живлення 25 В на зарядку.

Одночасно низький рівень з'являється на вході R лічильника DD1, і він починає підраховувати імпульси з частотою 1 / 60 Гц, що приходять на його вхід С з виходу М лічильника DD2. Високий рівень з прямого виходу тригера DD3.1 надходить на вхід S тригера DD3.2, при цьому напруга на його інверсному виході стає рівним нулю, діод VD10 відкривається і надходження імпульсів на вхід С тригера DD3.1 припиняється.

Коефіцієнт перерахунку лічильника DD1 дорівнює 1024, вхідна частота – 1 / 60 Гц (один імпульс у хвилину). При надходженні 1024-го імпульсу (через 17 год 4 хв) на виході 2 лічильника DD1 з'являється високий рівень, який відкриває транзистори VT2 і VT3. Складовою транзистор VT3 шунтирует джерело живлення, і процес зарядки припиняється. Однак знеструмлюється

не всі пристрій. Струм від зарядженої батареї, рівний 30 мкА починає протікати через діод VD5, резистор R2 і назад включений емітерний перехід транзистора VT1, що виконує функцію слаботочного стабілітрона з напругою стабілізації 6,3 В. Ця напруга живить мікросхеми DD1, DD3 і утримує їх у стані, в якому вони перебували в момент шунтування джерела живлення. Можливість зберігання інформації за відсутності мережевої напруги дозволяє допускати перерви в процесі розрядки-зарядки через відсутність напруги в живильній мережі.

Діод VD11 призначений для захисту зарядного пристрою – при підключенні акумуляторної батареї в невірної полярності діод VD11 відкривається і запобіжник FU2 перегорає.

У пристрої застосовані конденсатори МБГЧ (С1-СЗ) на напругу 500 В. Реле К1 і К2 – герконові РЕС55А з паспортом РС4.569.600-02. Резистор R1 – С5-42В, R15, R17 – СПЗ-19а.

Стабілітрони VD2, VD4 і транзистор VT6 розміщені на дюралюмінієвих тепловідведення площею 20 смг кожен. Компактно зібрана монтажна плата пристрої розміщена в металевій коробці, яка захищає його від потужних електромагнітних і електростатичних полів, здатних викликати помилкове спрацьовування.

Оскільки пристрій має бестрансформаторних живлення від мережі, слід дотримуватися обережності при налагодженні і експлуатації. На час налагодження бажано підключати пристрій до мережі через розділовий трансформатор. Налагодження пристрою полягає у встановленні необхідного струму зарядки і розрядки і визначення моменту перемикання пристрою з режиму розрядки в режим зарядки.

Спочатку встановлюють движок резистора R17 в крайнє нижнє по схемі положення, a R15 – в крайнє верхнє. Підключають не повністю розряджену акумуляторну батарею до контактів Х1 Х2 через міліамперметр і включають пристрій в мережу. Натискають на кнопку "Пуск" – батарея починає розряджатися через генератор струму. Необхідний розрядний струм встановлюють обертанням движка резистора R17. Відключають міліамперметр, підключають батарею безпосередньо до контактів XI, Х2 і натискають на кнопку "Пуск" – розрядка триває. Періодично контролюють напруга на кожному акумуляторі батареї. При досягненні значення 1,05 В на якому-небудь з них розрядку припиняють плавним обертанням движка резистора R15 вниз за схемою. При цьому пристрій перемикається в режим зарядки, світлодіод HL3 гасне.

Вихід пристрою гальванічно пов'язаний з мережею, внаслідок чого підключати або відключати батарею можна лише у вимкненому положенні тумблера SA1.

РАДІО № 4, 2004 р., с. 35.