Истражени једноставни кругови пуњача за Ни-Цд батерију

Пост говори о једноставном колу НиЦд пуњача са аутоматском заштитом од прекомерног пуњења и константним пуњењем струје.

Када је реч о правилном пуњењу никл-кадмијумске ћелије, строго се препоручује да се поступак пуњења заустави или прекине чим достигне пуни ниво напуњености. Непридржавање овог може негативно утицати на радни век ћелије, значајно смањујући њену резервну ефикасност.

Једноставно коло Ни-Цад пуњача представљено у наставку ефикасно се бори са критеријумом прекомерног пуњења тако што укључује уређаје попут пуњења константном струјом, као и прекид напајања када ћелијски терминал достигне пуну вредност пуњења.

Главне карактеристике и предности

• Аутоматско искључивање при пуном нивоу пуњења
• Стална струја током пуњења.
• ЛЕД индикација за потпуно пуњење је одсечена.
• Омогућава кориснику да дода више фаза за пуњење до 10 НиЦд ћелија истовремено.

Кружни дијаграм

Како то ради

Једноставна конфигурација овде детаљно дизајнирана је за пуњење једне ћелије од 500 мАх 'АА' са препорученом брзином пуњења од близу 50 мА, без обзира на то може се повољно прилагодити да се неколико ћелија заједно напуни понављањем подручја приказаног испрекиданим линијама.

Напон напајања за коло добија се из трансформатора, мостовског исправљача и 5 В ИЦ регулатора.

Ћелија се пуни Т1 транзистором који је конфигурисан као извор константне струје.

С друге стране, Т1 контролише компаратор напона помоћу ТТЛ Сцхмитт окидача Н1. За време док се ћелија пуни, терминални напон ћелије се одржава на око 1,25 В.

Чини се да је овај ниво нижи од позитивног прага окидача Н1, који одржава излаз Н1 високим, а излаз Н2 постаје низак, што омогућава Т1 да добије основни напон пристрасности кроз потенцијални разделник Р4 / Р5.

Све док се Ни-Цд ћелија пуни, ЛЕД Д1 остаје осветљен. Чим се ћелија приближи статусу пуног напуњења, напон њеног прикључка пење се на приближно 1,45 В. Захваљујући томе, позитивни праг окидача Н1 расте, што доводи до повећања излаза Н2.

Ова ситуација тренутно искључује Т1. Сада ћелија престаје да се пуни, а такође се искључује и ЛЕД Д1.

Будући да је позитивна граница активације Н1 приближно 1,7 В и контролише се одређеном толеранцијом, уграђени су Р3 и П1 да би се она изменила на 1,45 В. Негативна граница окидача Сцхмитт окидача је око 0,9 В, што је случајно ниже него терминални напон чак и потпуно испражњене ћелије.

То подразумева да повезивање пражњене ћелије у коло никада неће покренути аутоматско покретање пуњења. Из тог разлога је укључено стартно дугме С1 које притиском смањује улазни НИ.

Да бисте напунили већи број ћелија, део кола откривен у тачкастом пољу може се поновити одвојено, по један за сваку батерију.

Ово осигурава да се, без обзира на нивое пражњења ћелија, свака од њих појединачно напуни на тачан ниво.

Дизајн ПЦБ-а и прекривање компонената

У дизајну ПЦБ-а, две фазе су дуплиране како би се омогућило истовремено пуњење две Ницад ћелије са једне постављене плоче.

Ни-Цад пуњач помоћу отпорника

Овај конкретан једноставан пуњач могао би бити направљен од делова који се могу видети у скоро сваком контејнеру за смеће. За оптималан век трајања (број циклуса пуњења) Ни-Цад батерије морају се пунити релативно константном струјом.

То се често постиже прилично лако пуњењем преко отпорника из напона напајања који је много пута већи од напона батерије. Промена напона батерије док се пуни вероватно ће тада имати минималан утицај на струју пуњења. Предложено коло се састоји само од трансформатора, диодног исправљача и серијског отпорника како је приказано на слици 1.

Повезана графичка слика олакшава одређивање вредности серијског отпорника.

Кроз напон трансформатора на вертикалној оси повлачи се водоравна линија док не пређе наведену линију напона акумулатора. Затим линија повучена вертикално надоле од ове тачке да би се задовољила хоризонтална ос накнадно нам даје потребну вредност отпора у ома.

На пример, испрекидана линија показује да ако је напон трансформатора 18 В, а Ни-Цд батерија која се пуни 6 В, тада ће вредност отпора бити око 36 ома за предвиђену регулацију струје.

Овај назначени отпор израчунава се да даје 120 мА, док ће за неке друге брзине струје пуњења вредност отпорника требати да се прикладно смањи, нпр. 18 ома за 240 мА, 72 ома за 60 мА итд. Д1.

Круг пуњача НиЦад помоћу аутоматске контроле струје

Никал-кадмијумске батерије обично захтевају стално пуњење струјом. Ниже приказано коло пуњача НиЦад развијено је за напајање или 50мА до четири 1,25В ћелије (тип АА), или 250мА до четири 1,25В ћелије (тип Ц) повезане у серију, иако би се могло једноставно прилагодити за разне друге вредности пуњења.

У разматраним круговима пуњача НиЦад Р1 и Р2 поправите излазни напон без оптерећења на приближно 8В.

Излазна струја путује било помоћу Р6 или Р7, а како расте транзистор Тр1 се постепено укључује.

Ово узрокује поенту И. да се повећа, укључивањем транзистора Тр2 и омогућавањем да тачка З постане мање позитивна.

Процес последично смањује излазни напон и има тенденцију да смањи струју. На крају се постиже ниво равнотеже који се одређује вредностом Р6 и Р7.

Диода Д5 инхибира батерију која се пуни, обезбеђујући напајање на излазу ИЦ1 у случају уклањања 12В, што би у противном могло да нанесе озбиљну штету на ИЦ.

ФС2 је уграђен за заштиту од оштећења батерија које се пуне.

Избор Р6 и Р7 врши се помоћу покушаја и погрешака, што значи да ће вам требати амперметар одговарајућег опсега, или ако су вредности Р6 и Р7 заиста познате, пад напона на њима могао би се израчунати кроз Охмов закон.

Ни-Цд пуњач помоћу једног опционог појачала

Ово коло Ни-Цд пуњача дизајнирано је за пуњење НиЦад батерија стандардне величине АА. Посебан пуњач се углавном препоручује за НиЦад ћелије из разлога што поседују изузетно низак унутрашњи отпор, што резултира повећаном струјом пуњења, чак и ако је искоришћени напон само мало већи.

Пуњач зато треба да садржи коло за ограничавање струје пуњења на тачну границу. У овом колу Т1, Д1, Д2 и Ц1 раде као традиционални опадајући, изолациони, пун таласни исправљач и једносмерно филтрирање. Додатни делови нуде тренутну регулативу.

ИЦ1 се користи попут упоређивача са одвојеним степеном међуспремника К1 који пружа релативно високу функционалност излазне струје у овом дизајну. Неинвертујући улаз ИЦ1 испоручује се са 0,65 В: референтним напоном приказаним кроз Р1 и Д3. Инвертујући улаз је повезан са земљом кроз Р2 унутар нивоа мировања струје, омогућавајући да излаз добије потпуно позитиван. Ако је НиЦад ћелија причвршћена преко излаза, јака струја може учинити напор да се преко Р2 проузрокује да се на Р2 развије еквивалентна количина напона.

Могло би се само повећати на 0,6 В, без обзира на то, све већи напон у овом тренутку преокреће улазне потенцијале ИЦ1 улаза, што доводи до смањења излазног напона и снижавања напона око Р2 назад за 0,65 В. Највећа излазна струја (и такође примљена струја наелектрисања) је резултат тога што је струја генерисана са 0,65 В на 10 ома или 65 мА једноставно речено.

Већина АА НиЦад ћелија поседује оптималну пожељну струју пуњења не већу од 45 или 50 мА, а за ову категорију Р2 мора бити повећан на 13 ома како бисте могли да имате одговарајућу струју пуњења.

Неколико врста брзих пуњача може радити са 150 мА, а то захтева смањење Р2 на 4,3 ома (3,3 ома плус 1 ома у серији у случају да се идеалан део не може набавити).

Даље, Т1 треба побољшати на варијанту са тренутном номиналном снагом од 250 мА., А К1 мора бити инсталиран помоћу малог хладњака са завртањима. Уређај може лако да напуни до четири ћелије (6 ћелија када се Т1 надогради на тип 12 В), а све ове треба да буду причвршћене у серији преко излаза, а не паралелно.

Универзални круг пуњача НиЦад

На слици 1 је приказан пуни дијаграм кола универзалног пуњача НиЦад. Извор струје се развија помоћу транзистора Т1, Т2 и Т3, који нуде константну струју пуњења.

Тренутни извор постаје активан тек када су НиЦад ћелије правилно причвршћене. ИЦИ је позициониран за проверу мреже провером поларитета напона на излазним стезаљкама. Ако су ћелије правилно намештене, пин 2 ИЦ1 не може да се окрене тако позитивно као на пин 3.

Као резултат, излаз ИЦ1 постаје позитиван и даје основну струју Т2, која укључује извор струје. Ограничење тренутног извора може се поправити помоћу С1. Струја од 50 мА, 180 мА и 400 мА може бити унапред подешена када се одреде вредности Р6, Р7 и РБ. Стављање С1 у тачку 1 показује да се НиЦад ћелије могу пунити, положај 2 намењен је Ц ћелијама, а положај 3 резервисан за Д ћелије.

Остали делови

ТР1 = трансформатор 2 к 12 В / 0,5 А
С1 = прекидач са 3 положаја
С2 = 2 прекидач положаја

Тренутни извор функционише по врло основном принципу. Коло је ожичено попут тренутне мреже са повратним информацијама. Замислите да је С1 на положају 1 и да је излаз ИЦ1 позитиван. Т2 и 13 сада почињу да добијају базну струју и започињу провођење. Струја преко ових транзистора чини напон око Р6, што покреће Т1 у рад.

Ескалирајућа струја око Р6 означава да Т1 може да проводи већу снагу и на тај начин минимизира основну погонску струју за транзисторе Т2 и Т3.

У овом тренутку други транзистор може да проводи мање и почетни пораст струје је ограничен. Тако се примењује разумно константна струја помоћу Р3 и прикључених НиЦад ћелија.

Неколико ЛЕД диода прикључених на тренутни извор у сваком тренутку показују радни статус НиЦад пуњача. ИЦ1 даје позитиван напон након што се НиЦад ћелије прикључе на прави начин осветљавајући ЛЕД Д8.

Ако ћелије нису повезане исправним поларитетом, позитивни потенцијал на пину 2 ИЦ1 биће већи од пина 3, због чега ће излаз упоређивача опционог напона постати 0 В.

У овој ситуацији извор струје ће остати искључен и ЛЕД Д8 неће свијетлити. Идентично стање може се догодити у случају да ниједна ћелија није повезана за пуњење. То се може догодити јер ће пин 2 имати повећани напон у поређењу са пин 3 због пада напона на Д10.

Пуњач ће се активирати само када се прикључи ћелија која садржи најмање 1 В. ЛЕД Д9 показује да извор струје ради као извор струје.

Ово може изгледати прилично необично, међутим улазна струја коју генерише ИЦ1 једноставно није довољна, ниво напона такође мора бити довољно велик да појача струју.

То подразумева да напајање увек треба да буде веће од напона на НиЦад ћелијама. Само у овој ситуацији потенцијална разлика ће бити довољна за активирање тренутне повратне спреге Т1, осветљавајући ЛЕД Д9.

Дизајн ПЦБ-а

Користећи ИЦ 7805

Дијаграм кола доле приказује идеалан круг пуњача за ни-цад ћелију.

Ово запошљава а 7805 регулатор ИЦ да испоручи константних 5В преко отпорника, што доводи до тога да струја зависи од вредности отпорника, уместо од ћелијског потенцијала.

Вредност отпорника треба прилагодити с обзиром на тип који се користи за пуњење било које вредности између 10 Охм и 470 Охм која се може користити у зависности од оцене мАх ћелије. Због плутајуће природе ИЦ 7805 у односу на потенцијал земље, овај дизајн би се могао применити за пуњење појединачних Ницад ћелија или низа од неколико ћелија.

Пуњење Ни-Цд ћелије из напајања од 12В

Најосновнији принцип пуњача батерија је да његов напон пуњења мора бити већи од номиналног напона акумулатора. На пример, батерија од 12 В треба да се пуни од извора од 14 В.

У овом кругу 12В Ни-Цд пуњача користи се удвостручивач напона заснован на популарној 555 ИЦ. Будући да је излаз 3 чипа наизменично повезан између напона напајања +12 В и земље, ИЦ осцилира.

Ц.₃се наплаћује преко Д._дваи Д.₃на скоро 12 В када је пин 3 логички низак. Моментни пин 3 је логички висок, напон споја Ц₃и Д.₃појачава на 24 В због негативног терминала Ц.₃који је прикључен на +12 В, а сам кондензатор држи наелектрисање исте вредности. Затим, диода Д.₃постаје обрнуто пристрасно, али Д.₄проводи таман толико за Ц.₄да би се напунили преко 20 В. Ово је више него довољан напон за наш круг.

78Л05 у ИЦ_дваположај делује као тренутни добављач који задржи свој излазни напон, У_н, од појављивања преко Р.₃на 5 В. Излазна струја, И._н, може се једноставно израчунати из једначине:

Иη = Уη / Р3 = 5/680 = 7,4 мА

Особине 78Л05 укључују саму струју вуче, јер централни терминал (обично уземљен) даје нашем око 3 мА.

Укупна струја оптерећења је око 10 мА и то је добра вредност за стално пуњење НиЦд батерија. Да би се показало да струја пуњења тече, у коло је укључена ЛЕД лампица.

Графикон пуњења струје

Слика 2 приказује својства струје пуњења у односу на напон акумулатора. Сасвим је очигледно да струјни круг није у потпуности савршен јер ће се батерија од 12 В пунити струјом од само око 5 мА. Неколико разлога за ово:

• Чини се да излазни напон струјног кола опада са порастом струје.
• Пад напона на 78Л05 је око 5 В. Али, додатних 2,5 В мора бити укључено како би се осигурало да ИЦ ради тачно.
• Преко ЛЕД диоде, највероватније постоји пад напона од 1,5 В.

Узимајући у обзир све горе наведено, 12 В НиЦд батерија номиналног капацитета 500 мАх могла би се непрекидно пунити струјом од 5 мА. Укупно је то само 1% његовог капацитета.