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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Chargeur pour batteries Ni-Cd et Ni-MH sur puce TEA1101. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Chargeurs, batteries, cellules galvaniques L'article décrit un chargeur "intelligent" fabriqué à l'étranger pour la charge accélérée des batteries nickel-cadmium et nickel-hydrure métallique, fabriqué sur la puce TEA1101 (Phillips), et son raffinement afin d'étendre ses capacités. Depuis de nombreuses années, on trouve dans les magasins et les marchés des batteries et batteries Ni-Cd (nickel-cadmium) qui, dans des conditions de fonctionnement appropriées, peuvent supporter jusqu'à 1000 cycles de charge-décharge. Les inconvénients de ces batteries comprennent ce que l'on appelle "l'effet mémoire". Elle consiste dans le fait que la batterie usagée doit être amenée à un état de décharge complète (environ 1 V par batterie) et qu'ensuite un nouveau cycle de charge doit être lancé. Parallèlement aux batteries au nickel-cadmium largement répandues, des batteries relativement nouvelles - Ni-MH (hydrure de nickel-métal) - sont apparues et sont également devenues largement utilisées. Avec les mêmes dimensions que le Ni-Cd, ces batteries ont presque le double de capacité. Naturellement, ils sont également coûteux et non sans inconvénients. Les batteries Ni-MH ont une résistance interne élevée et un courant de décharge de crête faible, elles ne sont donc pas conçues pour alimenter des appareils consommateurs d'énergie tels que des perceuses électriques, des tournevis électriques, des compresseurs, des aspirateurs, etc. En raison de méthodes de charge inappropriées, la "durée de vie" des batteries est réduite jusqu'à 30 %. Les batteries endommagées, à leur tour, causent des dommages irréparables à l'environnement lors de leur élimination. Par conséquent, une charge de batterie appropriée et compétente apportera non seulement des économies financières fondamentales, mais aura également un effet environnemental positif. Les chargeurs de batterie les moins chers et les plus simples se composent d'un transformateur, d'une diode redresseuse, d'une résistance de limitation de courant et d'une LED. Le transformateur abaisse la tension secteur de 220 V à 4...12 V, ce qui redresse ensuite le redresseur demi-onde. La résistance limite le courant de charge et la LED indique que la batterie est connectée au chargeur. Des appareils principalement fabriqués dans les pays asiatiques avec des circuits similaires ou identiques peuvent souvent être trouvés dans les magasins. Il n'y a pas de frais généraux pour fabriquer de tels appareils, mais rappelez-vous qu'ils ne protègent pas les batteries contre la surcharge. Après quelques cycles seulement, des modifications irréversibles peuvent apparaître dans les batteries, raccourcissant leur durée de vie. Pendant la charge, vous devez surveiller en permanence le courant, en le maintenant à un certain niveau. Pour réduire le temps, le courant de charge est augmenté, il peut atteindre une valeur numériquement égale à 100% de la capacité de la batterie. Si, dans de telles conditions, le moment de la charge complète n'est pas surveillé, des gaz peuvent s'accumuler à l'intérieur de la batterie et augmenter la pression jusqu'à son endommagement mécanique et sa défaillance. L'état de charge peut être surveillé en mesurant en permanence la température du boîtier de la batterie. Cette méthode est basée sur le coefficient de température dit négatif (environ -1 mV/°C) des batteries Ni-Cd et Ni-MH. La charge est arrêtée à la valeur de température appropriée, qui est calculée pour chaque cas spécifique. Cependant, cette méthode n'est pas largement utilisée, étant donné les difficultés qui surviennent lorsque l'on essaie de mesurer avec précision la température et la nécessité de calculs précis. Il existe une autre façon de contrôler la pleine charge de la batterie, basée sur la détection d'une baisse de tension, dans la littérature on l'appelle souvent la méthode ΔV [1-6]. Elle consiste à suivre dans le temps l'évolution de la tension aux bornes de la batterie et à arrêter la charge au moment où la caractéristique maximale est atteinte. C'est cette méthode - mesurer le signe de ΔУ - qui sous-tend le principe de fonctionnement de l'appareil, qui sera discuté plus loin. La méthode de détection maximale est aujourd'hui le moyen le plus précis pour déterminer la fin de charge des batteries Ni-Cd et Ni-MH. La tension aux bornes de la batterie à un courant de charge constant est une fonction monotone croissante. Lorsque la batterie est complètement chargée, elle cesse de stocker de l'énergie et le gaz commence à s'accumuler près de l'électrode positive. Cela entraîne une augmentation rapide de la température et une diminution de la tension aux bornes de la batterie. Un microcircuit spécialisé (dans le chargeur TEA1101 décrit) mesure à certains intervalles la tension actuelle sur la batterie en cours de charge et la compare à la mesure précédente. Si le résultat de la comparaison prend une valeur négative, c'est-à-dire que la tension actuelle est inférieure à la précédente, et qu'un phénomène similaire se répète pendant plusieurs dizaines de mesures, le chargeur passe en mode de charge conservateur avec un courant compris entre 1/20 ... 1/ 80 de la capacité nominale de la batterie. La charge conservatrice ne provoque pas de gazage supplémentaire dans la batterie et ne l'endommage pas. La valeur de ΔV, que le chargeur est capable de mesurer, dépend du microcircuit utilisé, ou plutôt de la capacité du convertisseur analogique-numérique intégré à celui-ci, qui convertit la tension en un code numérique. Dans la puce TEA1101, le nombre de bits est de 12, ce qui fournit une discrétion de 0,025 % de la valeur de tension absolue. Cela est suffisant pour les deux types de batteries, alors que, par exemple, la puce TEA1100 ne dispose que d'un ADC 10 bits, dont la précision est suffisante pour fonctionner uniquement avec des batteries Ni-Cd. Le schéma du chargeur "intelligent" est illustré à la fig. 1. Les désignations de position de tous les éléments correspondent au schéma du fabricant.
La base de l'appareil est un microcircuit spécialisé TEA1101 (DA1). La tension d'alimentation du microcircuit stabilise le stabilisateur VT3VD4R6R7 à un niveau de 8 V, cependant, il reste opérationnel jusqu'à une tension de 11,5 V. Une tension proportionnelle au courant de charge de la batterie est fournie à l'entrée IB (broche 5) du microcircuit, à partir du capteur de courant - résistance R4, qui est comparée aux valeurs spécifiées du courant de charge accéléré et conservateur, déterminées respectivement par les résistances R13 et R12. Si le courant de charge s'écarte de la valeur définie, une tension de commande apparaît à la sortie de commande analogique de l'AO (broche 2).Si un régulateur linéaire est utilisé dans le chargeur, cette tension est fournie au transistor de commande, qui effectue la correction . Cependant, la puce TEA1101 possède un modulateur de largeur d'impulsion intégré et, par conséquent, une sortie PWM (broche 1). La régulation par impulsions du courant de charge présente tous les avantages des régulateurs SHI par rapport aux régulateurs linéaires - efficacité supérieure, faible dissipation de puissance sur l'élément de régulation, etc. Le chargeur décrit est construit exactement sur le principe de la régulation SHI et le signal analogique est alimenté à l'unité de contrôle VT4R16 - R18 en deux couleurs LED HL2, par la couleur et la luminosité dont vous pouvez juger approximativement le courant de charge. La lueur la plus brillante de la LED rouge signifie que la batterie se charge rapidement (le transistor VT4 est ouvert au maximum). Une transition en douceur du rouge à l'orange au vert indique une diminution de la tension de régulation et couvrant l'élément de régulation. Une lueur verte brillante provient du moment de la transition vers le mode de charge conservateur. Malheureusement, une telle indication ne permet pas de déterminer avec précision le moment où une charge complète est atteinte. Cependant, la puce TEA1101 a une sortie LED spéciale (broche 15) pour piloter la LED. Cette LED (HL1) se comporte différemment dans différentes phases de charge, fournissant ainsi des informations complètes sur les processus qui se déroulent dans le chargeur. Si la LED ne s'allume pas ou brille très faiblement, elle peut clignoter avec un faible niveau de luminosité, la batterie n'est pas connecté au chargeur. Brille constamment et brillamment - il y a une charge accélérée de la batterie. Clignote vivement - la batterie est complètement chargée. Si au premier démarrage l'alarme est la même qu'à la fin de la charge, la batterie est très probablement hors service et ne peut pas être restaurée. Naturellement, dans toutes ces situations, vous devez également faire attention à la LED bicolore, sa lueur indique si la charge est vraiment en cours ou non. Initialement, l'appareil industriel était conçu pour charger des accumulateurs ou des batteries constitués de deux ou trois accumulateurs d'une capacité de 600...700 mAh. Cependant, cet appareil peut être soumis à un simple raffinement, à la suite duquel ses capacités sont considérablement étendues. Le fait est que tous les paramètres du chargeur peuvent être définis en sélectionnant les éléments et la tension d'alimentation appropriés. Le courant du mode de charge rapide est calculé par la formule lrapide = R8 Uref/(R4 R13) = 3,9 103 1,25/ /(0,27 27 103) = 0,669A, où Uref = 1,25 V est la tension de référence à la sortie Rref (broche 10). Courant de charge conservateur lnorm \u0,1d 8R4 Uref / (R12 R0,1 P) \u9d 10x x Z.XNUMX XNUMX3 1,25/(0,27 6,2 103 4) = 0,073 A, où P est un multiplicateur dont la valeur est déterminée en connectant la broche 8 (PR) de la puce TEA1101. Lorsque cette broche est connectée à la broche 6 (Us) du microcircuit, P \u1d 16, si à la broche 4 (GND), - P \u2d XNUMX, et lorsque la broche n'est pas connectée, P \uXNUMXd XNUMX. Ainsi, à partir des relations ci-dessus, on peut voir que si des résistances de différentes résistances sont connectées à la place de R8, il est possible de charger des batteries et des batteries de différentes capacités C. Dans le tableau. 1 montre les valeurs calculées de la résistance R8 et du courant des modes de charge rapide et conservateur.
De plus, pour charger des batteries avec un grand nombre de batteries, vous devez modifier le coefficient de transfert du diviseur résistif R14R15 à l'entrée UAC du microcircuit (broche 7). En tableau. 2 montre six options de batterie contenant de une à six batteries. Considérant que le courant de charge rapide maximal pour les batteries d'une capacité de 1000 ... 1200 mAh doit être d'environ 1 A et que la chute de tension aux bornes de l'élément de régulation et des deux diodes sera d'environ 2,5 V, la tension requise de la source d'alimentation lorsque chargeant des batteries composées de quatre batteries ou plus, choisissez égale à 18 V.
Le schéma de la version modifiée de l'appareil est illustré à la fig. 2.
L'évaluation de la tension d'alimentation minimale requise pour fournir l'un ou l'autre courant de charge a été réalisée de manière très approximative, mais des expériences ultérieures ont montré l'exactitude des calculs. littérature
Auteur : V. Golutvin, Lviv, Ukraine
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