Зарядное устройство для NiCd-NiMh аккумуляторов.

Н.А.Носов, г. Москва.

Данная схема используется для зарядки NiCd-NiMh аккумуляторов от солнечной батареи с выходным напряжением 1.7…3В.

Она имеет следующие технические характеристики:

1) входное напряжение ………………………….…. 1.7В…3В (до 6В при внешнем ограничении тока);

2) выходной ток ……………………………….……. до 1А на каждый аккумулятор (при Uвх=2В);

3) собственное потребление тока (при Uвх=2В) …. 10мА(при зарядке 2х аккумуляторов), 30мА(без аккумуляторов).

Зарядное устройство предназначено для независимой зарядки 2х NiCd-NiMh аккумуляторов от солнечной батареи рабочим напряжением 2…3В. Для его питания также можно использовать и любой внешний источник напряжения величиной не более 6В, однако этот источник должен иметь внутреннее ограничение тока на уровне 2А.

 

 

Описание схемы.

Зарядка выполняется в два этапа. Вначале максимально возможным током приблизительно до 80% наполнения, а затем безопасным током до полного заряда. Такой алгоритм позволяет получить короткое время заряда и, в то же время, обеспечить безопасность аккумуляторов. При этом схема оказывается достаточно простой.

Зарядное устройство состоит из двух независимых каналов. Зарядный ток в каждый аккумулятор G1(G2) протекает по цепи VD4(VD5) и полевой транзистор VT3(VT4). В зависимости от степени заряженности, а, значит, и величины напряжения на соответствующем аккумуляторе, это транзистор может быть открыт или заперт. Сравнение с образцовым напряжением, равным 1.45В, выполняется с помощью компаратора DA2. Если напряжение на аккумуляторе меньше чем 1.45В, то VT3(VT4) открыт и в аккумулятор течет ток зарядки, ограниченный только источником питания (в частности, производительностью солнечной батареи). При этом выполняется быстрая зарядка аккумулятора до примерно 80% емкости. При достижении напряжения на нем приблизительно 1.45В компаратор DA2 закрывает полевой транзистор, прерывая подачу тока в аккумулятор. Благодаря тому, что для переключения полевого транзистора введен элемент с гистерезисом (триггер Шмитта DD1), в граничной области около напряжения 1.45В в цепи заряда происходят колебания. Т.е. ток в аккумулятор при этом подается импульсами, частота которых определяется постоянной времени R13C4(R14C5) и составляет приблизительно 3Гц. С этой же частотой мигают светодиоды VD6,VD7 индицируя, что процесс зарядки подходит к концу. Постепенно напряжение на аккумуляторах возрастает более чем 1.45В даже при отключенных транзисторах. В этом случае основная цепь заряда, рассмотренная выше, окончательно отключается, и аккумуляторы продолжают заряжаться лишь через резисторы R16(R17). Величина этих резисторов выбрана такой, чтобы ток зарядки аккумуляторов через них не превышал безопасный. Для NiCd-NiMh аккумуляторов безопасным током, которым их можно долговременно выполнять зарядку, принято выбирать ток равный одной десятой от емкости аккумулятора в амперчасах.

Триггер Шмитта также выполняет быстрое переключение полевого транзистора, что позволяет его в ключевом режиме для снижения нагрева.

Светодиоды VD6, VD7 светятся если напряжение на зажимах аккумуляторов G1,G2 выше 1.45В, и погашены — когда в аккумулятор течет максимальный зарядный ток. Т.е. светодиоды будут гореть в случае: а) отсутствия аккумуляторов G1,G2; б) в случае окончания зарядки аккумуляторов, когда напряжение на них выше 1.45В. И будут мигать — при приближении зарядки к концу, длительность погашенного состояния при этом будет уменьшаться.

Для питания микросхем используется предварительный повышающий преобразователь напряжения, выполненный на транзисторах VT1,VT2. Напряжение на его выходе равно сумме входного и напряжения стабилизации стабилитрона VD1. Для питания DD1 используется стабилизатор на VT5, VD3, R12. Вообще говоря, вместо DD1 серии НС можно использовать обыкновенную КМОП логику, в этом случае необходимость в дополнительном ограничении напряжения питания DD1 (на VT5, VD3, R12) отсутствует и эти элементы можно удалить из схемы.

Детали.

Транзисторы VT1,VT2 — маломощные высокочастотные, например КТ3129А9, КТ3130А9, КТ3102, КТ3107, соответствующей структуры.

В качестве L1 используется практически любой дроссель, на который нужно намотать дополнительную обмотку, число витков которой приблизительно равно числу витков в основной обмотке. Например, автор использовал LQH43CN220K. В этом случае вторичная обмотка содержит 24 витка провода диаметром 0.12мм.

Светодиоды желательно использовать имеющие повышенную яркость свечения при малом рабочем токе.

Вообще говоря, данный зарядник не критичен к типам используемых деталей, которые могут быть заменены на близкие по параметрам.

Наладка.

Вначале необходимо проверить работу преобразователя напряжения. В случае отсутствия генерации на коллекторе VT2, необходимо поменять местами выводы обмотки w2 дросселя L1. Выходное постоянное напряжение преобразователя приблизительно 7В при входном — 2В.

Далее нужно проверить и, при необходимости, с помощью подбора резисторов R4 или R5, выставить напряжение 1.45В в точке их соединения, т.е. на прямых входах компаратора.

Затем можно проверить работу схемы: при отсутствии аккумуляторов светодиоды должны гореть, при установке разряженных аккумуляторов — гаснуть, выдавая в аккумулятор ток до 0.5…2А, при установке заряженных аккумуляторов — мерцать, постепенно переходя к равномерному свечению.

 

Приведенная схема была повторена в десятках приборов и показала хорошую повторяемость и надежность. Другие устройства подобного типа представлены на сайте www.vampirchik-sun.nm.ru .