харчування світлодіодів

Наша сеть партнеров Banwar

"Юному радіоаматорові"

Неухильна тенденція розвитку портативної електроніки практично щодня змушує пересічного користувача стикатися з зарядкою акумуляторів своїх мобільних пристроїв. Будь ви власником мобільного телефону, планшета, ноутбука або навіть автомобіля, так чи інакше вам не раз доведеться зіткнутися з зарядкою акумуляторів цих пристроїв. На сьогоднішній день ринок вибору зарядних пристроїв настільки великий і великий, що в цьому різноманітті досить важко зробити грамотний і правильний вибір зарядного пристрою, відповідного до типу використовуваного акумулятора. До того ж, сьогодні існують більше 20-и типів акумуляторів з різним хімічним складом і основою. Кожен з них має свою специфіку роботи заряду і розряду. В силу економічної вигоди сучасне виробництво в цій сфері зараз сконцентровано переважно на випуску свинцево-кислотних (гелевих) (Pb), нікель - метал - гідридних (NiMH), нікель - кадмієвих (NiCd) акумуляторів і акумуляторів на основі літію - літій-іонних ( Li-ion) і літій-полімерних (Li-polymer). Останні з зазначених, до речі, активно використовуються в харчуванні портативних мобільних пристроїв. Головним чином літієві акумулятори заслужили популярність за рахунок застосування щодо недорогих хімічних компонентів, великої кількості циклів перезарядження (до 1000), високою питомою енергії, низького ступеня саморазряда, а так же здатності утримувати ємність при негативних значеннях температури.

Електрична схема зарядного пристрою літієвих акумуляторів, що застосовуються в мобільних гаджетах зводиться до забезпечення їх в процесі заряду постійною напругою, що перевищує на 10 - 15% номінальне. Наприклад, якщо для живлення мобільного телефону використовується літій-іонна батарея на 3,7 В., то для її заряду необхідний стабілізований джерело живлення достатньої потужності для підтримки напруги заряду не вище 4,2В - 5В. Саме тому більшість портативних зарядних пристроїв, що йдуть в комплекті з пристроєм, випускають на номінальну напругу 5В, обумовлене максимальною напругою живлення процесора і заряду батареї з урахуванням вбудованого стабілізатора.

Звичайно, не варто забувати і про контроллер заряду, який бере на себе основний алгоритм заряду батареї, а так само опитування її стану. Сучасні літієві акумулятори, що випускаються для мобільних пристроїв з малими струмами споживання, вже йдуть з вбудованим контролером. Контролер виконує функцію обмеження струму заряду в залежності від поточної ємності акумулятора, відключає подачу напруги пристрою в разі критичного розряду батареї, захищає батарею в разі короткого замикання навантаження (літієві батареї дуже чутливі до великого струму навантаження і мають властивість сильно нагріватися і навіть вибухати). З метою уніфікації та взаємозамінності літій-іонних акумуляторів ще в 1997 році компанії Duracell і Intel розробили керуючу шину опитування стану контролера, його роботи і заряду з назвою SMBus. Під цю шину були написані драйвера і протоколи. Сучасні контролери і зараз використовують основи алгоритму заряду, прописані цим протоколом. У плані технічної реалізації існує безліч мікросхем, здатних реалізувати контроль заряду літієвих акумуляторів. Серед них виділяється серія MCP738xx, MAX1555 від MAXIM, STBC08 або STC4054 з уже вбудованим захисним n-канальним MOSFET транзисторів, резистором визначення струму заряду і діапазоном напруги живлення контролера від 4,25 до 6,5 Вольт. При цьому у останніх мікросхем від STMicroelectronics значення напруги заряду акумулятора 4,2 В. має розкид всього +/- 1%, а зарядний струм може досягати 800 мА, що дозволить реалізувати зарядку акумуляторів ємністю до 5000 мА / год.

Розглядаючи алгоритм заряду літій-іонних акумуляторів варто сказати, що це один з небагатьох типів, які передбачають паспортну можливість зарядки струмом до 1С (100% ємності акумулятора). Таким чином, акумулятор ємністю в 3000 мА / год може заряджатися струмом до 3А. Однак, часта зарядка великим «ударним» струмом хоч і істотно скоротить її час, але в той же час досить швидко знизить ємність акумулятора і приведе його в непридатність. З досвіду проектування електричних схем зарядних пристроїв скажімо, що оптимальним значенням зарядки літій-інного (полімерного) акумулятора є значення 0,4 с - 0,5С від його ємності.

Значення струму в 1С допускається лише в момент початкового заряду батареї, коли ємність акумулятора досягає приблизно 70% своєї максимальної величини. Прикладом може стати робота зарядки смартфона або планшета, коли початкове відновлення ємності відбувається за короткий час, а відсотки, що залишилися набираються повільно.

На практиці досить часто трапляється ефект глибокого розряду літієвий акумулятор, коли його напруга опускається нижче 5% його ємності. У цьому випадку контролер не в змозі забезпечити достатній пусковий струм для набору початкової ємності заряду. (Саме тому не рекомендується розряджати такі акумулятори нижче 10%). Для вирішення таких ситуацій необхідно акуратно розібрати акумулятор і відключити вбудований контроллер заряду. Далі необхідно до висновків акумулятора приєднати зовнішнє джерело заряду, здатний видати струм не менше 0,4 с ємності акумулятора і напруга не вище 4,3В (для акумуляторів на 3,7.). Електрична схема зарядного пристрою для початкової стадії зарядки таких акумуляторів може застосуватися з прикладу нижче.

Дана схема складається з стабілізатора струму в 1А. (Задається резистором R5) на параметричному стабілізаторі LM317D2T і імпульсному регуляторі напруги LM2576S-adj. Напруга стабілізації, визначається зворотним зв'язком на 4-ю ногу стабілізатора напруги, тобто співвідношенням опорів R6 і R7, якими на холостому ходу виставляється максимальна напруга зарядки акумулятора. Трансформатор повинен на вторинній обмотці видавати 4,2 - 5,2 В змінної напруги. Тоді після стабілізації ми отримаємо 4,2 - 5В постійної напруги, достатнього для заряду вищезгаданого акумулятора.

Нікель - метал - гидридні акумулятори (NiMH) найчастіше можна зустріти у виконанні корпусів стандартних батарейок - це формфактор ААА (R03), АА (R6), D, С, 6F22 9В. Електрична схема зарядного пристрою для NiMH і NiCd акумуляторів повинна в себе включати наведені нижче функціональні можливості, пов'язані зі специфікою алгоритму заряду цього типу акумуляторів.

У різних акумуляторів (навіть з однаковими параметрами) з часом змінюються хімічні і ємнісні характеристики. В результаті виникає необхідність організовувати алгоритм заряду кожного примірника індивідуально, оскільки в процесі зарядки (особливо великими струмами, що допускають нікелеві акумулятори) надлишковий перезаряд впливає на швидкий перегрів акумулятора. Температура в процесі заряду вище 50 градусів через хімічно незворотних процесів розпаду нікелю повністю знищить акумулятор. Таким чином, електрична схема зарядного пристрою повинна мати функцію контролю температури акумулятора. Для збільшення терміну служби і кількості циклів перезарядження нікелевого акумулятора бажано кожну його банку розрядити до напруги не нижче 0,9В. струмом порядку 0,3С від його ємності. Наприклад, акумулятор з 2500 - 2700 мА / ч. розрядити на активне навантаження струмом в 1А. Так само зарядний пристрій повинен підтримувати зарядку з «тренуванням», коли протягом декількох годин відбувається циклічний розряд до 0,9В з подальшим зарядом струмом 0,3 - 0,4 с. Виходячи з практики таким чином можна оживити до 30% убитих нікелевих акумуляторів, причому нікель-кадмієві акумулятори «реанімації» піддаються набагато охочіше. За часом заряду електричні схеми зарядних пристроїв можуть ділитися на «прискорені» (струм заряду до 0,7 с з часом повного заряду 2 - 2,5ч.), «Середньої тривалості» (0,3 - 0,4 с - заряд за 5 - 6 год .) і «класичні» (струм 0,1 - час заряду 12 - 15год.). Конструюючи зарядний пристрій для NiMH або NiCd акумулятора, так само можна скористатися загальноприйнятою формулою розрахунку часу заряду в годинах:

T = (E / I) ∙ 1.5

де Е - ємність акумулятора, мА / год., I - струм заряду, мА, 1,5 - коефіцієнт для компенсації ККД у момент зарядки. Наприклад, час заряду акумулятора ємністю 1200 мА / ч. струмом 120 мА (0,1) буде: (1200/120) * 1,5 = 15 годин.

З досвіду експлуатації зарядних пристроїв для нікелевих акумуляторів варто відзначити, що чим нижче зарядний струм, тим більше циклів перезарядження перенесе елемент. Паспортні цикли, як правило, виробник вказує при зарядці акумулятора струмом 0,1 з найбільш тривалим часом заряду. Ступінь зарядженості банок зарядний пристрій може визначати через вимір внутрішнього опору за рахунок різниці падіння напруги в момент заряду і розряду певним струмом (метод ΔU).

Отже, з огляду на все вищевикладене, одним з найбільш простих рішень для самостійної збірки електричної схеми зарядного пристрою і в той же час володіє високою ефективністю є схема Віталія споришу, опис якої без праці можна знайти в мережі.

Основними перевагами даної схеми є можливість зарядки як одного, так і двох послідовно з'єднаних акумуляторів, термоконтроль заряду цифровим термометром DS18B20, контроль і вимір струму в процесі заряду і розряду, автовідключення по завершенню зарядки, можливість зарядки акумулятора в «прискореному» режимі. Крім того, за допомогою спеціально написаного програмного забезпечення і додаткової плати на мікросхемі - перетворювачі TTL рівнів MAX232 можливий варіант контролю зарядки на ПК і подальшої її візуалізації у вигляді графіка. До недоліків варто віднести необхідність наявності незалежного дворівневого харчування.

Акумулятори на основі свинцю (Pb) досить часто можна зустріти в пристроях з великим споживанням струму: автомобілях, електромобілях, бесперебойніка, як джерела живлення різного електроінструменту. Немає сенсу перераховувати їх достоїнства і недоліки, які можна розшукати на багатьох сайтах на просторах мережі. В процесі реалізації електричної схеми зарядного пристрою для таких акумуляторів слід розрізняти два режими зарядки: буферний і циклічний.

Буферний режим зарядки передбачає одночасне підключення до акумулятора і зарядного пристрою, і навантаження. Таке підключення можна спостерігати в блоках безперебійного живлення, автомобілях, вітряних і сонячних енергосистемах. При цьому, під час підзарядки пристрій є обмежувачем струму, а коли акумулятор набирає свою ємність - переходить в режим обмеження напруги для компенсації саморозряду. В цьому режимі акумулятор виступає в ролі суперконденсатора. Циклічний режим передбачає відключення зарядного пристрою по завершенню зарядки і його повторне підключення в разі розряду батареї.

Схемних рішень із зарядки даних акумуляторів в Інтернеті досить багато, тому розглянемо деякі з них. Для початківця радіоаматора для реалізації простого зарядного пристрою «на колінах» відмінно підійде електрична схема зарядного пристрою на мікросхемі L200C від STMicroelectronics. Мікросхема є аналоговий регулятор струму з можливістю стабілізації напруги. З усіх переваг, які має ця мікросхема - це простота схемотехніки. Мабуть, на цьому всі плюси і закінчуються. Згідно даташіту на цю мікросхему, максимальний струм заряду може досягати 2А, що теоретично дозволить зарядити акумулятор ємністю до 20 А / ч напругою (Регульованим) від 8 до 18В. Однак, як виявилося на практиці, мінусів у цієї мікросхеми набагато більше, ніж плюсів. Уже при зарядці 12 амперного Cвинцово-гелевого SLA акумулятора струмом 1,2А мікросхема вимагає радіатор площею не менше 600 кв. мм. Добре підходить радіатор з вентилятором від старого процесора. Згідно з документацією до мікросхеми, до неї можна прикладати напругу до 40В. Насправді, якщо подати по входу напруга більш 33В. - мікросхема згорає. Дане зарядний вимагає досить потужне джерело живлення, здатний видати струм не менше 2А. Згідно наведеної схемою вторинна обмотка трансформатора повинна видавати не більше 15 - 17В. змінної напруги. Значення вихідної напруги, при якому зарядний пристрій визначає, що акумулятор набрав свою ємність, визначається значенням Uref на 4-й ніжці мікросхеми і задається резистивним дільником R7 і R1. Опору R2 - R6 створюють зворотний зв'язок, визначаючи граничне значення зарядного струму акумулятора. Резистор R2 в той же час визначає його мінімальне значення. При реалізації пристрою не варто нехтувати значенням потужності опорів зворотного зв'язку і краще застосовувати такі номінали, які вказані в схемі. Для реалізації перемикання зарядного струму кращим варіантом стане застосування релейного перемикача, до якого підключаються опору R3 - R6. Від використання низкоомного реостата краще відмовитися. Дане зарядний пристрій здатний заряджати акумулятори на свинцевій основі ємністю до 15 А / ч. за умови гарного охолодження мікросхеми.

Суттєво зменшити габарити зарядки свинцевих акумуляторів невеликої ємності (до 20 А / ч.) Допоможе електрична схема зарядного пристрою на імпульсному 3А. стабілізаторі струму з регулюванням напруги LM2576-ADJ.

Для зарядки свинцево-кислотних або гелевих акумуляторних батарей ємністю до 80А / ч. (Наприклад, автомобільних). Відмінно підійде імпульсна електрична схема зарядного пристрою універсального типу представлена ​​нижче.

Схема була успішно реалізована автором цієї статті в корпусі від комп'ютерного блоку живлення ATX. В основі її елементної бази лежать радіоелементи, здебільшого взяті з розібраного комп'ютерного блоку живлення. Зарядний пристрій працює як стабілізатор струму до 8А. з регульованою напругою відсічення заряду. Змінний опір R5 встановлює значення максимального струму заряду, а резистор R31 встановлює його граничне напруга. Як датчик струму використовується шунт на R33. Реле K1 необхідно для захисту пристрою від зміни полярності підключення до клем акумулятора. Імпульсні трансформатори T1 і Т21 в готовому вигляді були так само взяті з комп'ютерного блоку живлення. Працює електрична схема зарядного пристрою наступним чином:

1. включаємо зарядний пристрій з відключеною батареєю (клеми зарядки відкинуті)

2. виставляємо змінним опором R31 (на фото верхнє) напруга заряду. Для свинцевого 12В. акумулятора воно не повинно перевищувати 13,8 - 14,0 В.

3. При правильному підключенні зарядних клем чуємо, як клацає реле, і на нижньому індикаторі бачимо значення струму заряду, яке виставляємо нижнім змінним опором (R5 за схемою).

4. Алгоритм заряду спроектований таким чином, що пристрій заряджає акумулятор постійним заданим струмом. У міру накопичення ємності значення зарядного струму прагне до мінімального значення, а «дозаряд» відбувається за рахунок виставленого раніше напруги.

Повністю посаджений свинцевий акумулятор не включить реле, як і власне саму зарядку. Тому важливо передбачити примусову кнопку подачі миттєвого напруги від внутрішнього джерела живлення зарядного пристрою на керуючу обмотку реле К1. При цьому слід пам'ятати, що в момент, утримуючи кнопки захист від переполюсовки буде відключена, тому потрібно перед примусовим пуском звернути особливу увагу на правильність підключення клем зарядного пристрою до акумулятора. Як варіант, можливий запуск зарядки від зарядженого акумулятора, а вже потім перекидаємо клеми зарядки на необхідний посаджений акумулятор. Розробника схеми можна знайти під ніком Falconist на різних радіоелектронних форумах.

Для реалізації індикатора напруги і струму була застосована схема на pic-контролері PIC16F690 і «супердоступних деталях», прошивку і опис роботи якої можна знайти в мережі.

Дана електрична схема зарядного пристрою, звичайно ж, не претендує на звання «еталонної», але вона в повній мірі здатна замінити дорогі зарядні пристрої промислового виробництва, а по функціональності може навіть значно перевершити багато з них. В закінчення варто сказати, що остання схема універсального зарядного пристрою розрахована головним чином на людину, підготовленого в радіоконструювання. Якщо ж ви тільки починаєте, то краще в потужному зарядному пристрої застосувати набагато більш прості схеми на звичайному потужному трансформаторі, тиристори і системі його управління на декількох транзисторах. Приклад електричної схеми такого зарядного пристрою наведено на фото нижче.

Дивіться також схеми: