Зарядний пристрій з дискретною установкою зарядного струму

При зарядці різних акумуляторів необхідний певний зарядний струм для кожного з них. Пропонований пристрій дозволяє встановлювати 127 значень струму всього лише за допомогою семи вимикачів.

Це зарядний пристрій розрахований на зарядку будь-яких малогабаритних акумуляторів з напругою від 1,5 до 12 В і струмом зарядки від 1 до 127 мА. До нього можна підключати, наприклад, акумулятори Д-0, 025, Д-0, 06, Д-0, 25, Д-0, 55, ЦНК-0, 45, ЦНК-0, 9, а також батареї, складені з них. Струм заряджання не залежить від числа заряджаються акумуляторів і може бути дискретно встановлений у вказаному вище діапазоні з кроком 1 мА без використання вимірювача струму. Нестабільність струму зарядки не перевищує 0,5%. Після досягнення на акумуляторі напруги, що відповідає повній зарядці, процес автоматично припиняється. Напруга порога припинення зарядки в залежності від типу акумулятора або батареї можна встановлювати від 1 до 12 В. Процес зарядки контролюється світлодіодом.

Високі характеристики нестабільності зарядного струму забезпечує джерело струму, в якому використана мікросхема КР142ЕН19 [1]. Ця мікросхема відмінно працює також у прецизійних джерелах струму [2] в діапазоні від декількох десятків до декількох мікроампер ампер.

Схема зарядного пристрою з зазначеної мікросхемою наведена на рис. 1. Джерело струму утворюють мікросхема DA1, транзистори VT3, VT4 (вони утворюють складовою транзистор) і токозадающіе резистори R4-R10, що підключаються вимикачами SA2-SA8. Опору резисторів підібрані такими, щоб при підключенні одного з них встановлювався струм зарядки, вказаної на схемі. Одночасним підключенням декількох резисторів встановлюють сумарний струм. Наприклад, при замиканні контактів вимикачів SA2, SA4 сумарний струм складе 5 мА, а коли будуть замкнуті контакти всіх вимикачів, сумарний струм досягне 127 мА.

Рис.1. Принципова схема зарядного пристрою

При необхідності дискретність установки струму можна змінити, зробивши її, приміром, рівної 2, 3, 5 мА. Опір відповідного токозадающего резистора в цьому випадку визначають за формулою

R = Uоп / Iзар (Ом),

де Uоп – опорне напруга мікросхеми DA1 (близько 2,5 В); Iзар – струм зарядки, А.

Вибираючи іншу дискретність, слід враховувати, що кожне наступне значення зарядного струму повинен бути вдвічі більше попереднього, наприклад, 3, 6, 12, 24 і т.д.

Харчування на мікросхему DA1 надходить через ключ на транзисторі VT2, а режим роботи її задає резистор R3. Заряджається акумулятор G1 підключають до виходу джерела струму через гнізда (або затискачі) Х2 і ХЗ. Діод VD5 запобігає розрядку акумулятора при випадковому вимкненні живлення пристрою. Оскільки акумулятор заряджається від стабілізованого джерела, напруга на колекторах транзисторів VT3, VT4 буде дорівнює напрузі джерела живлення та акумулятора. Ця напруга через емітерний повторювач, виконаний на транзисторі VT5, надходить на вхід (вивід 6) компаратора, зібраного на таймері КР1006ВІ1 [3]. На інший вхід компаратор (висновок 5) подається опорна напруга з движка перемінного резистора R16.

На початку зарядки акумулятора напруга на колекторах транзисторів VT3, VT4 і, отже, на виведення 6 компаратора більше опорного напруги, що надходить на його висновок 5. При цьому на виході компаратор (висновок 3) встановлюється низький рівень, який утримує транзистор VT1 в закритому стані. У результаті відкритий транзистор VT2, який включає джерело струму, і починається зарядка акумулятора. Запалюється світлодіод HL2, контролюючий роботу джерела струму і процес зарядки.

У міру зарядки акумулятора напругу на колекторах транзисторів VT3, VT4 і, відповідно, на виведення 6 компаратора зменшується. Як тільки воно зменшиться до напруги, встановленого на виведенні 5, компаратор спрацює. На виводі 3 компаратора встановиться високий рівень, який відкриє транзистор VT1. Транзистор VT2 при цьому закриється, джерело струму відключиться. Світлодіод HL2 згасне, що вкаже про закінчення процесу зарядки.

При зниженні напруги акумулятора на значення напруги гістерезису, встановлюваного подстроечним резистором R14, процес зарядки відновиться.

Блок живлення пристрою складається з понижуючого трансформатора Т1 і двох стабілізаторів напруги – на елементах VT7, VT8, DA3 і мікросхемі DA4. Перший стабілізатор служить джерелом живлення мікросхеми DA2 і джерелом для зарядки акумулятора. Підстроєним резистором R21 встановлюють вихідна напруга стабілізатора. Для зарядки акумуляторів в діапазоні від 1 до 12 В і нормальної роботи джерела струму воно має бути 16 В.

На транзисторі VT7 виконана захист від короткого замикання на виході. При нормальній роботі стабілізатора цей транзистор закритий, оскільки напруга на його емітері більше напруги на базі. У разі короткого замикання напруга на емітер стає менше напруги на базі, транзистор відкривається, напруга на його колекторі різко зменшується, що призводить до закривання транзистора VT8 та забороні роботи мікросхеми DA3.

Діод VD4 служить для підвищення пробивної напруги емітер-база транзистора VT7, оскільки таку напругу у більшості транзисторів не перевищує 8 В. Діод VD3, включений у прямому напрямку, компенсує падіння напруги на діоді VD4, а разом з діодом VD2 створює початковий зсув на базі транзистора VT7.

Другий стабілізатор служить для живлення мікросхеми DA1 і її елементів управління.

Світлодіод HL1 сигналізує про підключення пристрою до мережі.

Замість зазначених на схемі в пристрої допустимо використовувати на місці транзисторів VT1, VT2, VT6 будь-які з серій КТ312, КТ315, КТ342, на місці VT5, VT7 – будь-які з цих же серій, але з допустимим напругою колектор-емітер не менше 25 В, на місці VT3 – серій КТ342, КТ3102 з коефіцієнтом передачі струму бази не менше 100, на місці VT4, VT8 – будь-які з вказаної серії. Світлодіоди – будь-які з серії АЛ307. Трансформатор Т1 – готовий або саморобний, він повинен забезпечувати на вторинній обмотці напруга 18 … 20 В при струмі навантаження 200 … 400 мА. Діодний міст VD1 – серії КЦ405 з будь-яким буквеним індексом. Вимикач SA1 – МТЗ, ТП1-1, інші – типів МТ1, ТП1-1 або аналогічні. Постійні резистори – МЛТ, змінні R14, R16 – СП1-1, СП4-1 групи А, підлаштований R21 – СПЗ-1.

Більшість деталей пристрою змонтовано на двох друкованих платах з односторонньо фольгированного стеклотекстолита товщиною 1,5 мм. На одній платі (рис. 2) зібрана основна частина пристрою, на другий (рис. 3) – стабілізатор напруги. Транзистор VT4 встановлений на алюмінієвій пластині товщиною 4 … 5 мм таких же розмірів, що і друкована плата. Сама плата кріпиться до пластини зверху на стійках висотою 3 … 5 мм. Оскільки колектор транзистора з'єднаний з пластиною, в місцях отворів для кріплення плати необхідно видалити фольгу, а також ізолювати пластину у випадку встановлення пристрою в металевому корпусі.

Рис.2. Друкована плата № 1 (збирається основна частина пристрою)

Рис.3. Друкована плата № 2 (збирається стабілізатор напруги)

Транзистор VT8 встановлений на невеликому радіаторі, який, як і трансформатор, закріплений на нижній кришці корпусу пристрою. Сам корпус може бути будь-якої конструкції, його розміри визначають габарити використовуваних елементів.

Налагодження зарядного пристрою починають з перевірки стабілізатора напруги на мікросхемі DA3 без підключення його до основної платі. При відсутності помилок в монтажі і справних деталях на виведенні 1 мікросхеми повинно бути напруга близько 2,5 В. Потім подстроечним резистором R21 встановлюють на виході стабілізатора (на конденсаторі С2) напруга 16 В. Для перевірки стабілізатора під навантаженням паралельно конденсатору С2 підключають резистор МЛТ-2 опором 120 Ом. Вихідна напруга стабілізатора не повинне відрізнятися більш ніж на 50 мВ. Якщо вона перевищує це значення, підбирають резистор R20.

Щоб перевірити захист, висновки конденсатора С2 замикають пінцетом або дротяною перемичкою. Світлодіод HL1 повинен згаснути, а після зняття перемички спалахнути.

Переконавшись в нормальній роботі стабілізатора, перевіряють дію всього пристрою. Підключивши вольтметр до висновку 1 мікросхеми DA4, перевіряють вихідна напруга другого стабілізатора – воно має бути рівним 9 В. Потім замикають дротяної перемичкою гнізда Х2, ХЗ і ставлять вимикач SA2 в положення замкнутих контактів. Подавши харчування, вимірюють напругу на емітер транзистора VT4 – воно має бути близько 2,5 В, при цьому повинен світитися світлодіод HL2. Підбором резистора R3 встановлюють струм через мікросхему DA1 рівним 0,5 … 0,6 мА. Видаляють перемичку з гнізд і замість неї підключають до гнізд міліамперметр. Підбором резистора R4 домагаються струму 1 мА. Далі замість контактів вимикача SA2 замикають контакти вимикача SA3 і підбором резистора R5 встановлюють струм 2 мА. Аналогічно підбором інших резисторів (R6-R10) при замкнутих контактах відповідних вимикачів встановлюють струми, вказані на схемі.

Звичайно, процес установки струмів зарядки можна спростити, якщо замість постійних резисторів R4-R10 включити подстроєчниє.

Шкалу резистора R16 градуюють, підключаючи до гнізд Х2, ХЗ свежезаряженние акумулятори відповідної напруги. Переміщуючи движок резистора, домагаються моменту згасання світлодіода HL2 і роблять відмітку на шкалі резистора.

За допомогою резистора R14 встановлюють напругу гістерезису, при якому буде чітко гаснути світлодіод в момент повної зарядки акумулятора.

Джерела

  1. Янушенко Є. Мікросхема КР142ЕН19. – Радіо, 1994, № 4, с. 45, 46.
  2. Мікросхеми для лінійних джерел харчування і їх застосування. TL431. Сімейство регульованих прецизійних паралельних стабілізаторів. – М.: Додека, 1998.
  3. Коломбет Є. А. Таймери. – М.: Радіо і зв'язок, 1983.