מעגלי מטען סוללות פשוטים Ni-Cd נחקרו

הפוסט דן במעגל מטען פשוט של NiCd עם הגנה מפני טעינת יתר אוטומטית וטעינה של זרם קבוע.

בכל הנוגע לטעינה נכונה של תא ניקל-קדמיום, מומלץ בהחלט להפסיק את תהליך הטעינה או לנתק אותה ברגע שהוא מגיע לרמת הטעינה המלאה. אי ביצוע זה עלול להשפיע לרעה על חיי העבודה של התא, ולהפחית את יעילות הגיבוי שלו באופן משמעותי.

מעגל המטען הפשוט של Ni-Cad המוצג להלן מתמודד ביעילות עם קריטריון טעינת היתר על ידי הכללת מתקנים כמו טעינת זרם קבוע וכן ניתוק ההיצע כאשר מסוף התא מגיע לערך הטעינה המלא.

התכונות והיתרונות העיקריים

• מנותק אוטומטי ברמת טעינה מלאה
• זרם קבוע לאורך כל הטעינה.
• חיווי LED לטעינה מלאה.
• מאפשר למשתמש להוסיף שלבים נוספים לטעינה של עד 10 תאי NiCd בו זמנית.

תרשים מעגלים

איך זה עובד

התצורה הפשוטה המפורטת כאן נועדה לטעון תא 500 mAh 'AA' יחיד עם קצב טעינה מומלץ של קרוב ל 50 mA, עם זאת ניתן להתאים אותו בצורה נוחה בזול לטעינת כמה תאים יחד על ידי חזרה על האזור המוצג בקווים מנוקדים.

מתח אספקה ​​למעגל נרכש משנאי, מיישר גשר וווסת ​​IC 5 V.

התא טעון טרנזיסטור T1 שמוגדר כמקור זרם קבוע.

T1 לעומת זאת נשלט על ידי משווה מתח באמצעות TTL Schmitt ההדק N1. במהלך הזמן שהתא טעון מתח המסוף של התא מוחזק סביב 1.25 V.

נראה כי רמה זו נמוכה מסף ההדק החיובי של N1, השומר על תפוקת N1 גבוהה, והפלט של N2 הופך להיות נמוך, מה שמאפשר ל- T1 להשיג את מתח ההטיה הבסיסי באמצעות מחלק הפוטנציאל R4 / R5.

כל עוד תא Ni-Cd נטען, נורית ה- D1 נותרת מוארת. ברגע שהתא מתקרב למצב הטעינה המלא מתח המסוף שלו עולה לכ- 1.45 V. בשל כך, סף ההדק החיובי של N1 עולה וגורם לתפוקה של N2 להגיע גבוה.

מצב זה מכבה באופן מיידי את T1. התא מפסיק כעת להיטען וגם נורית ה- D1 מכובה.

מכיוון שמגבלת ההפעלה החיובית של N1 היא כ- 1.7 וולט והיא נשלטת על ידי סובלנות ספציפית, משולבים R3 ו- P1 כדי לשנות אותה ל- 1.45 V. מגבלת ההדק השלילית של ההדק שמיט היא בסביבות 0.9 וולט, שבמקרה נמוך יותר. ממתח המסוף של אפילו תא משוחרר לחלוטין.

זה מרמז על כך שחיבור תא משוחרר במעגל לעולם לא יפעיל את הטעינה באופן אוטומטי. מסיבה זו כלול כפתור התחלה S1 אשר, כאשר לוחצים עליו, לוקח את הקלט של NI נמוך.

כדי לטעון מספר רב יותר של תאים ניתן לחזור על חלק המעגל שנחשף בתיבה המנוקדת, אחד לכל סוללה.

זה מבטיח שללא קשר לרמות הפריקה של התאים, כל אחד מהם טעון בנפרד לרמה הנכונה.

תכנון PCB וכיסוי רכיבים

בתכנון PCB להלן משוכפלים שני שלבים המאפשרים לחייב שני תאי Nicad בו זמנית מלוח אחד שהותקן.

מטען Ni-Cad באמצעות נגד

מטען פשוט מסוים זה יכול להיות בנוי עם חלקים שניתן לראות כמעט בכל מיכל הזבל של קונסטרוקטור. למשך חיים אופטימליים (מספר מחזורי טעינה) יש לטעון סוללות Ni-Cad בזרם קבוע יחסית.

לרוב הדבר מתבצע די בקלות על ידי טעינה באמצעות נגד ממתח אספקה ​​הגבוה פי כמה ממתח הסוללה. שינוי במתח הסוללה שכן הוא נטען, צפוי אז להשפיע מינימלי על זרם הטעינה. המעגל המוצע מורכב רק משנאי, מיישר דיודות ונגד סדרה כפי שצוין באיור 1.

התמונה הגרפית המשויכת מאפשרת לקבוע את ערך הנגד הסדרתי הדרוש.

קו אופקי נמשך דרך מתח השנאי על הציר האנכי עד שהוא חוצה את קו מתח הסוללה שצוין. לאחר מכן, קו הנמשך אנכית מטה מנקודה זו לפגוש את הציר האופקי מספק לאחר מכן את ערך הנגד הדרוש באום.

לדוגמא, הקו המקווקו מראה כי אם מתח השנאי הוא 18 וולט וסוללת ה- Ni-Cd שיש לטעון היא 6 וולט, אז ערך ההתנגדות יהיה סביב 36 אוהם עבור בקרת הזרם המיועדת.

ההתנגדות המצוינת הזו מחושבת לספק 120 mA, ואילו עבור שיעורי זרם טעינה אחרים יהיה צורך להפחית את ערך הנגד באופן מתאים, למשל. 18 אוהם עבור 240 mA, 72 אוהם עבור 60 mA וכו 'D1.

מעגל מטען NiCad באמצעות בקרת זרם אוטומטי

סוללות ניקל קדמיום דורשות בדרך כלל טעינה שוטפת של זרם. מעגל המטענים של NiCad המוצג להלן פותח כדי לספק 50mA לארבעה תאי 1.25V (סוג AA), או 250mA לארבעה תאי 1.25V (סוג C) המחוברים בסדרה, אם כי ניתן לשנות אותו פשוט לערכי טעינה שונים אחרים.

במעגל המטענים NiCad הנידונים R1 ו- R2 מקבעים את מתח המוצא מחוץ לעומס לכ- 8 וולט.

זרם היציאה נע באמצעות R6 או R7, וכשהוא עולה הטרנזיסטור Tr1 מופעל בהדרגה.

זה גורם לנקודה י להגדיל, הפעלת טרנזיסטור Tr2 ומאפשר לנקודה Z להיות פחות פחות חיובית.

כתוצאה מכך התהליך מקטין את מתח המוצא ויש לו נטייה להוריד את הזרם. בסופו של דבר תושג רמת איזון הנקבעת על פי הערך של R6 ו- R7.

דיודה D5 מעכבת את הסוללה הטוענת, ומספקת אספקת יציאת IC1 במקרה של הסרת 12V, מה שאחרת עלול לגרום נזק חמור ל- IC.

FS2 משולב כדי להגן מפני נזק לסוללות הטעונות.

הבחירה ב- R6 ו- R7 נעשית באמצעות ניסוי וטעייה כלשהו, ​​מה שאומר שתזדקק למד זרם בעל טווח מתאים, או אם ערכי R6 ו- R7 ידועים באמת, ניתן לחשב את ירידת המתח עליהם באמצעות חוק אוהם.

מטען Ni-Cd באמצעות מגבר יחיד

מעגל מטען Ni-Cd זה מיועד לטעינה של סוללות NiCad בגודל AA רגילות. מטען מיוחד מומלץ בעיקר לתאי NiCad מהסיבה שיש להם עמידות פנימית נמוכה במיוחד, וכתוצאה מכך זרם טעינה מוגבר גם אם המתח המשמש הוא מעט גבוה יותר.

על המטען לכלול מעגל להגבלת זרם הטעינה לגבול נכון. במעגל זה, T1, D1, D2 ו- C1 עובדים כמו מעגל סינון מסורתי, בידוד, מיישר גל מלא ומעגל DC מסורתי. החלקים הנוספים מציעים את הרגולציה הנוכחית.

IC1 משמש כמו משווה עם שלב חיץ נפרד Q1 המספק פונקציונליות זרם פלט גבוהה במיוחד בתכנון זה. הכניסה הלא הפוכה של IC1 מסופקת עם מתח של 0.65 וולט: התייחסות המוצגת דרך R1 ו- D3. הקלט ההפוך מחובר לקרקע דרך R2 ברמות זרם שקטות, מה שמאפשר ליציאה לחיוב לחלוטין. לאחר תא NiCad מחובר על פני הפלט, זרם גבוה עשוי להתאמץ באמצעות R2, ולגרום לכמות שווה של מתח להתפתח על פני R2.

זה עשוי רק לעלות ל -0.6 וולט, עם זאת, מתח גובר בשלב זה הופך את פוטנציאל הקלט של כניסות IC1, מה שגורם להפחתת מתח המוצא, והורדת המתח סביב R2 חזרה 0.65 V. זרם המוצא הגבוה ביותר (וגם זרם הטעינה שהתקבל) הוא כתוצאה מהזרם שנוצר עם 0.65 וולט על פני 10 אוהם, או 65 mA בפשטות.

לרוב תאי ה- NiCad AA יש זרם טעינה מועדף אופטימלי של לא יותר מ 45 או 50 mA, ולגבי קטגוריה זו יש להגדיל את ה- R2 ל -13 אוהם כדי שיהיה לך זרם הטעינה המתאים.

כמה זני מטען מהירים עשויים לעבוד עם 150 מיליאמפר, וזה דורש הורדת R2 ל -4.3 אוהם (3.3 אוהם בתוספת 1 אוהם בסדרה במקרה שלא ניתן להשיג חלק אידיאלי).

יתר על כן, יש לשפר את T1 לגרסה עם דירוג זרם של 250 מיליאמפר. ויש להתקין את Q1 באמצעות גוף קירור זעיר עם הברגה. המכשיר יכול לטעון בקלות עד ארבעה תאים (6 תאים כאשר T1 משודרג לסוג 12 וולט), וכל אלה צריכים להיות מחוברים בסדרה מעל הפלט, ולא במקביל.

מעגל מטען NiCad אוניברסלי

איור 1 מציג את תרשים המעגל המלא של מטען ה- NiCad האוניברסלי. מקור זרם מפותח באמצעות הטרנזיסטורים T1, T2 ו- T3, המציעים זרם טעינה קבוע.

המקור הנוכחי הופך להיות פעיל רק כאשר תאי ה- NiCad מחוברים נכון. ICI ממוקם כדי לבדוק את הרשת על ידי אימות קוטביות המתח על פני מסופי הפלט. אם התאים מחוברים כראוי, סיכה 2 של IC1 אינה מסוגלת להפוך לחיובית כמו על סיכה 3.

כתוצאה מכך פלט IC1 מקבל חיובי ומשאב זרם בסיס ל- T2, שמפעיל את המקור הנוכחי. ניתן לתקן את מגבלת המקור הנוכחית באמצעות S1. ניתן לקבוע מראש זרם של 50 mA, 180 mA ו- 400 mA לאחר קביעת הערכים של R6, R7 ו- RB. הצבת S1 בנקודה 1 מראה שתאי NiCad ניתנים לטעינה, עמדה 2 מיועדת לתאי C ומיקום 3 שמור לתאי D.

חלקים שונים

TR1 = שנאי 2 x 12 V / 0.5 A.
S1 = מתג מיקום
S2 = מתג מיקום 2

המקור הנוכחי עובד באמצעות עקרון בסיסי מאוד. המעגל מחובר כמו רשת משוב נוכחית. תאר לעצמך S1 נמצא במצב 1 ותפוקת IC1 חיובית. T2 ו- 13 מתחילים כעת לקבל זרם בסיס ולהתחיל הולכה. הזרם באמצעות הטרנזיסטורים הללו מהווה מתח סביב R6, שמפעיל את T1 לפעולה.

זרם הסלמה סביב R6 מסמל כי T1 יכול להתנהל בחוזק גדול יותר ובכך למזער את זרם כונן הבסיס לטרנזיסטורים T2 ו- T3.

הטרנזיסטור השני יכול בשלב זה להתנהל פחות והעלייה הנוכחית הראשונית מוגבלת. זרם קבוע למדי באמצעות R3 ותאי ה- NiCad המצורפים, מיושם.

כמה נוריות LED המחוברות למקור הנוכחי מציינות את מצב התפעול של מטען ה- NiCad בכל רגע. IC1 מקנה מתח חיובי ברגע שתאי ה- NiCad מחוברים בצורה הנכונה ומאירים את הנורית D8.

אם התאים אינם מחוברים בקוטביות נכונה, הפוטנציאל החיובי בסיכה 2 של IC1 יהיה גבוה יותר מסיכה 3, מה שגורם לפלט המשווה של מגבר המגבר להיות 0 וולט.

במצב זה המקור הנוכחי יישאר כבוי ונורת D8 לא תידלק. מצב זהה יכול להופיע במקרה שלא מחוברים תאים לטעינה. זה עשוי לקרות מכיוון שסיכה 2 תהיה בעלת מתח מוגבר בהשוואה לסיכה 3, בגלל ירידת המתח על פני D10.

המטען יופעל רק כאשר מצטרף תא המורכב ממינימום של 1 וולט. נורית ה- D9 מראה כי המקור הנוכחי פועל כמו מקור זרם.

זה עשוי להיראות מוזר למדי, אולם זרם קלט שנוצר על ידי IC1 פשוט אינו מספיק, גם רמת המתח צריכה להיות גדולה מספיק כדי לחזק את הזרם.

זה מרמז שהאספקה ​​צריכה להיות תמיד גדולה יותר מהמתח על פני תאי ה- NiCad. רק במצב זה ההבדל הפוטנציאלי יספיק כדי שהמשוב הנוכחי T1 יתחיל, ויאיר את הנורית D9.

עיצוב PCB

באמצעות IC 7805

תרשים המעגל שלהלן מדגים מעגל מטען אידיאלי לתא ני-קאד.

זה מעסיק א 7805 ויסות IC לספק 5 וולט קבועים על פני הנגד, מה שגורם לזרם להיות תלוי בערך הנגד, במקום בפוטנציאל התא.

יש לכוונן את ערך הנגד ביחס לסוג המשמש לטעינה של ערך כלשהו בין 10 אוהם ל -470 אוהם, בהתאם לדירוג mAh התא. בשל האופי הצף של IC 7805 ביחס לפוטנציאל הקרקע, ניתן ליישם עיצוב זה לחיוב תאי ניקד בודדים או סדרות של כמה תאים.

טעינת תא Ni-Cd מאספקת 12V

העיקרון הבסיסי ביותר עבור מטען סוללות הוא כי מתח הטעינה שלו חייב להיות יותר ממתח הסוללה הנומינלי. לדוגמא, יש לטעון סוללת 12 וולט ממקור 14 וולט.

במעגל מטען Ni-Cd זה 12 וולט, נעשה שימוש במכפיל מתח מבוסס על 555 IC הפופולרי. מכיוון שפלט 3 של השבב מחובר לסירוגין בין מתח האספקה ​​+12 V לאדמה, ה- IC מתנדנד.

ג₃מקבל טעינה דרך ד_שתייםוד '₃לכמעט 12 וולט כאשר סיכה 3 נמוכה בהיגיון. הרגע שסיכה 3 גבוהה בהיגיון, מתח הצומת של C₃וד '₃מגביר ל 24 וולט בגלל הטרמינל השלילי של C₃אשר מחובר ל- +12 וולט, והקבל עצמו מחזיק במטען של אותו ערך. ואז, דיודה D.₃הופך למוטה הפוך, אך ד₄מוליך בדיוק מספיק עבור ג₄כדי להיטען מעל 20 וולט. זה די והותר מתח למעגל שלנו.

78L05 ב- IC_שתייםעמדות משמש כספק הנוכחי אשר במקרה מחזיק במתח היציאה שלו, U_נ, מההופעה על פני R₃ב 5 V. זרם המוצא, אני_נ, ניתן לחשב פשוט מהמשוואה:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7.4 mA

המאפיינים של 78L05 כוללים ציור זרם עצמו כמו המסוף המרכזי (בדרך כלל מוארק) נותן שלנו סביב 3 mA.

זרם העומס הכולל הוא כ- 10 mA, וזה ערך טוב לטעינה מתמדת של סוללות NiCd. כדי להציג כי זרם הטעינה זורם, כלול נורית LED במעגל.

טעינת גרף נוכחי

איור 2 מתאר את המאפיינים של זרם הטעינה מול מתח הסוללה. זה די ברור שהמעגל לא לגמרי מושלם מכיוון שסוללת 12 וולט תוטען עם זרם שגודלו כ -5 mA בלבד. כמה סיבות לכך:

• נראה כי מתח המוצא של המעגל יורד עם הזרם המסלים.
• ירידת המתח על פני 78L05 היא סביב 5 וולט, אך יש לכלול 2.5 וולט נוספים כדי להבטיח שה- IC יפעל במדויק.
• על פני ה- LED יש ככל הנראה ירידת מתח של 1.5 וולט.

בהתחשב בכל האמור לעיל, ניתן לטעון ללא הפרעה סוללת 12 וולט NiCd עם קיבולת מדורגת של 500 מיליאמפר / שעה באמצעות זרם של 5 מיליאמפר / שעה. בסך הכל מדובר רק ב -1% מהקיבולת שלו.