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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Chargeur sécurisé
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Chargeurs, batteries, cellules galvaniques Dans la conception proposée, l'accent est mis sur la sécurité de la charge. L'appareil vérifie la connexion correcte de la batterie, l'éteint automatiquement lorsque la charge est terminée, arrête la charge lorsque la batterie est chauffée au-dessus de la température définie. On sait que même l'algorithme de charge rapide (courant 1...2C, où C est la capacité de la batterie) suppose que la durée du processus de charge est de 1...5 heures [1]. Il est difficile d'imaginer que pendant tout ce temps, le processus sera surveillé. Et malgré le fait que la charge rapide est la plus dangereuse. Même avec un léger non-respect du régime, une rupture du boîtier de la batterie est possible avec toutes les conséquences qui en découlent. La charge standard avec un courant de 0,1 C est beaucoup plus sûre, mais elle dure trop longtemps (jusqu'à 14 ... 16 heures). Le dispositif décrit permet une charge accélérée (4...7 h) d'une batterie Ni-Cd ou Ni-MH d'une capacité de 250 à 1000 mAh. Une large plage de courant de charge n'est en aucun cas propice à la sécurité de l'appareil en raison d'éventuelles erreurs de l'utilisateur lors du réglage du courant de charge, il existe donc différentes manières de protéger la batterie et le chargeur lui-même. Le résultat est un appareil qui peut sembler inutilement complexe. Cependant, cette complexité sera payante avec une durée de vie prolongée de la batterie et une tranquillité d'esprit face à la situation d'incendie dans l'appartement. La possibilité de charger une seule batterie est due à la volonté d'assurer une charge complète et, encore une fois, sûre. Parmi les caractéristiques techniques de l'appareil, il convient de noter le mode "soft" de charge accélérée, l'arrêt automatique de la batterie une fois la charge terminée, la protection contre l'inversion de polarité de sa connexion et la surchauffe, l'indication de mode, la notification sonore du mode d'urgence et , enfin, une tension d'alimentation plutôt basse (de 3,5, XNUMXB), ce qui dans certains cas peut être très souhaitable. Le schéma de principe de l'appareil est illustré à la fig. 1.
Sa partie principale - le stabilisateur de courant - se compose de trois nœuds : un régulateur de tension maître et deux régulateurs de courant identiques. Le régulateur principal (DA6.1, VT3) fournit un courant de charge de 0,1C et fonctionne tout au long du cycle. Le deuxième régulateur (DA6.2, VT4) - on peut l'appeler forcé - délivre un courant égal à 0.ZC et s'allume lorsque la tension sur la batterie est supérieure à 0,6 V, mais n'a pas atteint 1,4 V. À cette fois, les deux régulateurs fonctionnent et, étant connectés en parallèle, alimentent la batterie avec un courant total de 0,4C. Les restrictions sur le fonctionnement du régulateur de courant forcé sont dues à ce qui suit. Si la batterie est fortement déchargée (la tension sur celle-ci est Uac <0,6 V), il n'est pas sûr de la charger avec un courant important, donc la charge est effectuée avec un courant de 0,1C avec la participation du seul régulateur de courant principal . Lorsque la tension Uakk atteint 1,4 V, le régulateur forcé s'éteint, car cette tension est proche de la limite, et il est conseillé d'effectuer une charge supplémentaire avec un courant standard de 0,1C. En atteignant Uacc = 1,48 V, il s'éteint et le régulateur principal - la charge s'arrête. Dans ce cas, la LED HL3 ("Chargement") s'éteint et HL1 ("Chargement terminé") s'allume. Les diodes VD1, VD2 empêchent la batterie de se décharger après l'arrêt de la charge. Les deux régulateurs sont des sources de courant commandées en tension. La tension de commande (par rapport au fil d'alimentation positif) est formée par le régulateur de tension principal DA3 et est régulée par une résistance variable R23 (ils définissent le courant de charge requis en fonction de la capacité de la batterie). Une caractéristique des amplificateurs opérationnels KR1446UD1A utilisés dans les régulateurs de courant [2] est la capacité de fonctionner à de faibles tensions d'alimentation (à partir de 2,5 V pour unipolaire), et surtout, que la plage de leurs signaux d'entrée et de sortie est presque égale à la somme des tensions d'alimentation. Dans notre cas, DA6.1 fonctionne avec une tension d'entrée égale à Us - UR25, où Us est la tension d'alimentation positive, et UR25 est la chute de tension aux bornes de la résistance de mesure R25. Cette dernière, en fait, est une "copie" de la tension de commande (comme on le sait, les tensions aux deux entrées de l'OA couvertes par l'OOS coïncident jusqu'à une tension de polarisation nulle). Ainsi, avec un courant de charge de 25 mA (pour une batterie d'une capacité de 250 mAh), UR25 = 0,2 V. Cela signifie que la tension d'entrée ne peut être inférieure que de 0,2 V à la tension d'alimentation positive de l'ampli-op DA6.1. 1,5. Les amplificateurs opérationnels courants permettent un fonctionnement avec des tensions d'entrée ne dépassant pas (Us - 2 ... XNUMX) V. Il en va de même pour les tensions de sortie. Pendant le processus de charge, DA6.1 fournit une tension de sortie égale à Us - UR25 - UBE VT3, où UBE VT3 est la tension directe à la jonction d'émetteur VT3 (0,6 ... 0,8 V). Pour arrêter le régulateur de courant, l'ampli-op fournit une tension égale à Us, fermant ainsi le transistor. Tout ce qui précède s'applique au régulateur forcé sur DA6.2. Les deux régulateurs sont désactivés respectivement par les transistors VT1 et VT2 (plus précisément, VT1 le fait, car lorsqu'il s'ouvre, il shunte les résistances R21, R23, à partir desquelles la tension est appliquée aux entrées des deux amplificateurs opérationnels). A l'état bloqué, le courant de sortie du régulateur n'est pas égal à zéro, car la tension aux bornes de la résistance R25 n'est pas égale à zéro. Il y a deux raisons à cela. Premièrement, la résistance du canal du transistor à effet de champ ouvert VT1 est non nulle, et donc la tension USI VT1 est de quelques millivolts. La deuxième raison est la tension de polarisation nulle de l'ampli-op DA6.1. En conséquence, la tension aux bornes de la résistance R25 dépend du signe de la tension de polarisation nulle et est égale à USI VT1 ± UCM DA6.1. Dans ce cas, il est préférable d'utiliser l'ampli-op KR1446UD1A, sa tension de polarisation ne dépasse pas ±3 mV, donc, à l'état éteint, le régulateur produit un petit courant résiduel de 1 ... 3 mA. Le régulateur de courant forcé se comporte de la même manière. En conséquence, une fois la charge terminée, le stabilisateur de courant maintient une certaine tension sur la batterie, ce qui empêche sa décharge due à l'autodécharge et au courant de fuite à travers les circuits de l'appareil. Un si petit courant ne peut pas endommager la batterie. De plus, cette fonctionnalité assure la stabilité de l'appareil lorsque la batterie est retirée et que la tension d'entrée est appliquée. Le courant défini par le régulateur principal est égal à Ureg / R25, où Ureg est la chute de tension aux bornes des résistances R21 + R23 (à l'exclusion de la tension de polarisation nulle de l'ampli-op DA6.1, de son courant d'entrée et du courant de fuite du canal fermé VT1) Ureg dépend de la tension de stabilisation DA3 ( 2,5 V) et du rapport de division du diviseur de tension R21-R23 (comme indiqué, il est compté à partir du "plus" de l'alimentation). Le courant réglé par le régulateur forcé est déterminé de manière similaire. Passons maintenant à la deuxième partie de l'appareil, composée d'un pilote de tension modèle, de comparateurs, qui sont utilisés comme amplis op des microcircuits DA4, DA5 et d'un nœud logique. Comme on peut le voir sur le schéma, la tension de la batterie est fournie aux entrées des comparateurs DA4.1-DA4.4 non pas directement, mais via les résistances R14, R16-R18, afin d'éviter d'endommager l'ampli-op lorsque la batterie est insérée et que le chargeur est éteint. Les résistances sur les entrées "de référence" éliminent l'erreur causée par les courants d'entrée de l'ampli op (mais pas la différence des courants d'entrée). L'entrée "exemplaire" de l'ampli-op DA4.3 n'a pas une telle résistance, car une grande précision n'est pas requise de ce comparateur. Le comparateur DA4.1 détermine le moment où le régulateur de courant forcé est désactivé (lorsque la tension de la batterie atteint 1,4 V), DA4.2 - le moment où la charge est terminée et donne un signal pour désactiver le régulateur de courant principal. La résistance R24, qui crée une rétroaction positive, forme une petite hystérésis (environ 40 mV), ce qui permet d'éviter un état instable du comparateur après les arrêts de charge. Le comparateur DA4.3 donne un signal pour activer le régulateur de courant forcé lorsque la tension sur la batterie dépasse 0,6 V, et DA4.4 "vérifie" la connexion correcte de la batterie : si la polarité est incorrecte, les régulateurs de courant sont désactivés et la cloche piézoélectrique HA1 génère un signal sonore d'avertissement. Pour déterminer la polarité, la capacité de l'amplificateur opérationnel KR1401UD2A à fonctionner avec des tensions d'entrée inférieures à la tension d'alimentation de polarité négative a été utilisée. Une caractéristique importante du dispositif décrit est le contrôle du régime de température de la batterie rechargeable. Elle est réalisée à l'aide d'un capteur de température DA2 et OU DA5.1. Le LM335Z est un régulateur de tension intégré avec une réponse linéaire en température : sa tension de sortie augmente de 10 mV pour chaque degré Celsius d'augmentation de la température. A une température de +25°C (298 K), la tension de sortie est de 2,98 V. Lorsque la batterie chauffe à +33°C environ, le comparateur DA5.1 s'active, la charge s'arrête, la LED HL2 ("Surchauffe" ) s'allume et un signal sonore retentit (comme en cas de mauvaise polarité de la connexion de la batterie). Les exemples de tensions pour les comparateurs proviennent du conformateur, réalisé sur DA1. Le dispositif logique sur les éléments de la puce DD1 traite les signaux des comparateurs, contrôle les indicateurs LED, la cloche et les régulateurs de courant. Au lieu de K1401UD2A, l'appareil peut utiliser la puce K1401UD2B, ainsi que son homologue étranger LM124. KR1446UD1A est remplaçable par un microcircuit de cette série avec indice B ou C, cependant, il est possible que le courant résiduel (après avoir éteint les régulateurs de courant) soit trop important ou pas du tout. Ces deux éléments sont indésirables. KR142EN19A peut être remplacé par un TL431 analogue étranger dans n'importe quelle conception. En plus de ceux indiqués dans le schéma, il est permis d'utiliser des transistors à effet de champ de la série KP303 avec d'autres indices de lettres dans l'appareil, cependant, leur tension de coupure ne doit pas être supérieure à 3 et de préférence pas inférieure à 0,5 V KT814A peut être remplacé par des transistors de cette série avec des indices B, C L'instance qui sera utilisée dans le régulateur de courant forcé (VT4) doit avoir un rapport de transfert de courant de base statique d'au moins 70 à un courant d'émetteur de 300 mA. Sous cette condition, il est possible d'utiliser un transistor de la série KT816. Les KT3107A sont interchangeables avec n'importe laquelle de ces séries. Diodes KD212 - avec n'importe quel index de lettre. Les LED L-53LYD (lueur jaune) et L-53LID (rouge) de Kingbright se caractérisent par un faible courant de fonctionnement (les paramètres d'éclairage sont normalisés à un courant de 2 mA) et peuvent être remplacées par des similaires avec un courant direct maximal autorisé d'au moins 7mA. HL3 - n'importe quelle LED verte. Émetteur piézoélectrique HA1 - HRM14AX de JL World avec un générateur intégré 3H (consommation de courant - pas plus de 7 mA). Pour régler le courant de charge (R23), il est recommandé d'utiliser une résistance variable filaire, par exemple PPZ-40, PPZ-41, et de régler les tensions de référence (R3, R6, R11) - fil multitour SP5- 2, SP5-3 et similaires. Les pièces du chargeur sont montées sur une carte de circuit imprimé placée dans un boîtier en plastique. Le compartiment de la batterie rechargeable est ouvert ; des contacts ayant le même objectif de l'avomètre domestique M4317 ont été utilisés comme contacts. Une attention particulière doit être portée à la fixation du capteur de température DA2 (fig. 2, pos. 4).
La puce LM335Z a un boîtier "transistor" en plastique KT-26 (TO-92). Il est fixé par son côté plat au contact positif 2 du compartiment à pile par l'intermédiaire d'une fine couche de pâte thermoconductrice non desséchante. Si une faible résistance électrique est fournie entre la borne positive de la batterie 1 et la borne 2, alors le contact thermique sera bon. Il faut se rappeler que la masse et la surface du contact et des pièces métalliques qui lui sont adjacentes doivent être aussi petites que possible. Cela fournira moins de perte de chaleur "en cours de route" de la batterie au capteur et, par conséquent, augmentera la précision de la détermination de la température. C'est à cet effet que des rondelles diélectriques 6 sont placées sous les têtes des vis 2, qui fixent le contact 8 à la base 7. Le capteur 4 est "attaché" au contact avec un morceau de fil MGTF 5 (ses extrémités sont soudées au contact) et est rempli d'une fine couche de colle époxy autour du périmètre du boîtier. La paroi du logement 3 sert de butée, limitant la flexion du contact 2. Lors de la charge, le transistor VT4 libère une puissance jusqu'à 1,5 W, il est donc installé verticalement sur une plaque en duralumin mesurant 20x30x0,8 mm. Sur la paroi supérieure du boîtier de l'appareil, il y a des LED HL1 - HL3 et une résistance variable R23, dont le bouton de commande est équipé d'une échelle ronde pour régler le courant de charge. Dans la version de l'auteur, l'échelle est graduée en valeurs de capacité (de 250 à 1000 mAh), il est donc plus facile d'éviter les erreurs de réglage du courant. La cloche piézoélectrique HA1 a de petites dimensions et des fils rigides, elle s'installe donc sur la carte sans aucune fixation supplémentaire. La mise en place de l'appareil commence par l'étalonnage du capteur de température DA2. Réglez d'abord sur la broche 3 DA5.1 l'exemple de tension UT. Pour ce faire, une tension constante de 4,5 ... 5,5 V est appliquée à l'entrée, la température T (en degrés Kelvin) est mesurée sur le site d'installation du chargeur et la tension de référence Uobr \u100d T / 273 correspondant à cette la température est calculée. Rappelons que la température en degrés Kelvin est égale à la température en degrés Celsius + 2. Ensuite, la tension réelle Umeas à la broche 2 de DA5.1 (ou, ce qui revient au même, à la broche du même nom DA2) est mesurée et le décalage de la caractéristique de température de DA3 est calculé à l'aide de la formule Δ = Uobr - Umeas. Après cela, la résistance R3,06 définit la tension de référence UT = XNUMX - Δ (en tenant compte du signe du décalage). Ensuite, avec les résistances accordées R6 et R11, des tensions de référence de 1,4 et 1,48 V, respectivement, sont définies en série (l'écart autorisé n'est pas supérieur à ± 0,02 V). En conclusion, l'échelle de la résistance variable R23 est calibrée. Pour ce faire, un ampèremètre est connecté aux contacts du compartiment à piles, une tension de 4,5 ... 5,5 V est appliquée à l'entrée et un courant de 23 mA est obtenu en tournant le curseur de la résistance R25. Sur l'échelle, la marque correspondant à cette valeur de courant est désignée par 250 mAh. Les marques 350, 500, 750 et 1000 mAh sont calibrées de la même manière. littérature
Auteur : M. Bogdanov, Sarov, région de Nizhny Novgorod.
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