Enkle Ni-Cd batteriopladekredse udforsket

Indlægget diskuterer et simpelt NiCd-opladerkredsløb med automatisk overopladningsbeskyttelse og en konstant strømopladning.

Når det kommer til korrekt opladning af en nikkel-cadmium-celle, anbefales det strengt, at opladningsprocessen standses eller afbrydes, så snart den når det fulde opladningsniveau. Hvis du ikke følger dette, kan det påvirke cellens levetid negativt og reducere dens backup-effektivitet betydeligt.

Det enkle Ni-Cad-opladerkredsløb, der præsenteres nedenfor, tackler effektivt overopladningskriteriet ved at inkludere faciliteter som en konstant strømopladning samt afbryde forsyningen, når celleterminalen når den fulde opladningsværdi.

Vigtigste funktioner og fordele

• Automatisk afskæring ved fuldt opladningsniveau
• Konstant strøm gennem hele opladningen.
• LED-indikation for fuld opladning afbrudt.
• Tillader brugeren at tilføje flere trin til opladning af op til 10 NiCd-celler samtidigt.

Kredsløbsdiagram

Hvordan det virker

Den enkle konfiguration, der er beskrevet her, er designet til at oplade en enkelt 500 mAh 'AA' -celle med den anbefalede opladningshastighed på tæt på 50 mA, alligevel kan den bekvemt tilpasses billigt til at oplade flere celler sammen ved at gentage området vist med stiplede linjer.

Forsyningsspænding til kredsløbet erhverves fra en transformer, broensretter og 5 V IC-regulator.

Cellen er ladet med en T1-transistor, der er konfigureret som en konstant strømkilde.

T1 styres på den anden side af en spændingskomparator ved hjælp af en TTL Schmitt-trigger N1. I løbet af den tid, cellen oplades, holdes cellens terminalspænding omkring 1,25 V.

Dette niveau ser ud til at være lavere end den positive udløsertærskel for N1, som holder output af N1 høj, og output fra N2 bliver lav, hvilket gør det muligt for T1 at få basisspændingen gennem potentialdeleren R4 / R5.

Så længe Ni-Cd-cellen bliver ladet, forbliver LED D1 oplyst. Så snart cellen kommer tæt på fuld opladningsstatus, stiger dens terminalspænding til cirka 1,45 V. På grund af dette stiger den positive udløsertærskel for N1, hvilket får output fra N2 til at gå højt.

Denne situation slukker øjeblikkeligt T1. Cellen holder nu op med at oplade, og også LED D1 er slukket.

Da den positive aktiveringsgrænse for N1 er cirka 1,7 V, og den styres af en specifik tolerance, er R3 og P1 inkorporeret for at ændre den til 1,45 V. Den negative triggergrænse for Schmitt-udløseren er omkring 0,9 V, hvilket tilfældigvis er lavere end terminalspændingen til endda en helt afladet celle.

Dette indebærer, at tilslutning af en afladet celle i kredsløb aldrig vil medføre, at opladningen starter automatisk. Af denne grund er en startknap S1 inkluderet, som, når den trykkes ned, tager input af NI lavt.

For at oplade mere antal celler kan den del af kredsløbet, der er afsløret i den stiplede kasse, gentages separat, en for hvert batteri.

Dette sikrer, at uanset cellernes udledningsniveauer hver af dem oplades individuelt til det korrekte niveau.

PCB-design og komponentoverlay

I printkortdesignet duplikeres to trin, så to Nicad-celler kan oplades samtidigt fra en enkelt kortopsætning.

Ni-Cad oplader ved hjælp af en modstand

Denne særlige enkle oplader kunne konstrueres med dele, der kunne ses i næsten enhver konstruktørs skrotbeholder. For at opnå en optimal levetid (antal opladningscyklusser) skal Ni-Cad-batterier oplades med en relativt konstant strøm.

Dette opnås ofte ret let ved at oplade via en modstand fra en forsyningsspænding mange gange højere end batterispændingen. Ændring i batterispændingen, da den oplades, vil sandsynligvis derefter have minimal indflydelse på ladestrømmen. Det foreslåede kredsløb består kun af en transformer, dioderetter og seriemodstand som angivet i figur 1.

Det tilknyttede grafiske billede letter den nødvendige seriemodstandsværdi, der skal bestemmes.

En vandret linje trækkes gennem transformerspændingen på den lodrette akse, indtil den krydser den specificerede batterispændingslinje. Derefter giver en linje trukket lodret ned fra dette punkt for at møde den vandrette akse os efterfølgende den nødvendige modstandsværdi i ohm.

For eksempel viser den stiplede linje, at hvis transformerspændingen er 18 V, og Ni-Cd-batteriet, der skal oplades, er 6 V, vil modstandsværdien være omkring 36 ohm for den tilsigtede strømstyring.

Denne angivne modstand beregnes til at levere 120 mA, mens modstandsværdien for nogle andre ladestrømhastigheder skal reduceres passende, f.eks. 18 ohm til 240 mA, 72 ohm til 60 mA osv. D1.

NiCad Charger Circuit ved hjælp af automatisk strømstyring

Nikkel-cadmium-batterier kræver generelt en konstant strømopladning. Det nedenfor viste NiCad-opladerkredsløb er udviklet til at levere enten 50mA til fire 1,25V-celler (type AA) eller 250mA til fire 1,25V-celler (type C) forbundet i serie, selvom det simpelthen kunne modificeres til forskellige andre opladningsværdier.

I det diskuterede NiCad-opladerkredsløb R1 og R2 fikseres off-load-udgangsspændingen til ca. 8V.

Udgangsstrømmen bevæger sig ved hjælp af enten R6 eller R7, og når den stiger, tændes transistoren Tr1 gradvist.

Dette forårsager punkt Y for at øge, tænde for transistoren Tr2 og gøre det muligt for punkt Z at blive mindre og mindre positivt.

Processen reducerer følgelig udgangsspændingen og har en tendens til at bringe strømmen ned. Et balanceniveau opnås i sidste ende, som bestemmes af værdien af ​​R6 og R7.

Diode D5 hæmmer batteriet, der oplades, og leverer forsyning til IC1-udgangen i tilfælde af, at 12V fjernes, hvilket ellers kan forårsage alvorlig skade på IC.

FS2 er indbygget for at beskytte mod beskadigelse af de batterier, der er under opladning.

Valg af R6 og R7 udføres gennem nogle forsøg og fejl, hvilket betyder, at du får brug for et amperemeter, der har et passende interval, eller hvis R6- og R7-værdierne er ægte kendte, kunne spændingsfaldet over dem beregnes gennem Ohms lov.

Ni-Cd-oplader ved hjælp af en enkelt op-forstærker

Dette Ni-Cd-opladerkredsløb er designet til opladning af standard NiCad-batterier i AA-størrelse. En speciel oplader anbefales for det meste til NiCad-celler, fordi de har en ekstrem lav intern modstand, hvilket resulterer i en øget ladestrøm, selvom den anvendte spænding bare er lidt højere.

Opladeren skal derfor omfatte et kredsløb for at begrænse ladestrømmen til en korrekt grænse. I dette kredsløb fungerer T1, D1, D2 og C1 som et traditionelt nedtrapnings-, isolations-, fuldbølge-ensretter og DC-filtreringskredsløb. De ekstra dele tilbyder den nuværende regulering.

IC1 anvendes som en komparator med et separat buffertrin Q1, der giver en passende høj udgangsstrømfunktionalitet i dette design. IC1s ikke-inverterende indgang leveres med en 0,65 V: referencespænding præsenteret gennem R1 og D3. Den inverterende input er forbundet til jorden gennem R2 inden for hvilestrømniveauer, hvilket gør det muligt for outputen at blive helt positiv. At have en NiCad-celle tilsluttet på tværs af udgangen, kan en høj strøm gøre en indsats for via R2, hvilket får en ækvivalent mængde spænding til at udvikle sig over R2.

Det kan kun stige til 0,6 V, ikke desto mindre vender en stigende spænding på dette tidspunkt IC1-indgangernes indgangspotentialer, hvilket får udgangsspændingen til at blive reduceret og sænker spændingen omkring R2 tilbage 0,65 V. Den højeste udgangsstrøm (og også den modtagne ladestrøm) er som følge heraf den strøm, der genereres med 0,65 V over 10 ohm eller 65 mA enkelt sagt.

De fleste AA NiCad-celler har en optimal foretrukket ladestrøm på ikke mere end 45 eller 50 mA, og for denne kategori skal R2 øges til 13 ohm, så du kan have den passende ladestrøm.

Et par hurtige opladningsvarianter fungerer muligvis med 150 mA, og dette kræver, at R2 sænkes til 4,3 ohm (3,3 ohm plus 1 ohm i serie, hvis en ideel del ikke kan anskaffes).

Derudover skal T1 forbedres til en variant med en strømstyrke på 250 mA., Og Q1 skal installeres ved hjælp af en lille bolt-on finned heatsink. Enheden kan let oplade op til fire celler (6 celler, når T1 opgraderes til en 12 V-type), og alle disse skal fastgøres i serie over output og ikke parallelt.

Universal NiCad oplader kredsløb

Figur 1 viser det fulde kredsløbsdiagram for den universelle NiCad-oplader. En strømkilde er udviklet ved hjælp af transistorer T1, T2 og T3, der tilbyder en konstant ladestrøm.

Den aktuelle kilde bliver kun aktiv, når NiCad-cellerne er fastgjort korrekt. ICI er positioneret til at kontrollere netværket ved at kontrollere spændingens polaritet over udgangsterminalerne. Hvis cellerne er rigget korrekt, er pin 2 i IC1 ikke i stand til at blive så positiv som på pin 3.

Som et resultat bliver IC1-output positivt og ressourcer en basisstrøm til T2, som tænder for den aktuelle kilde. Den aktuelle kildegrænse kunne løses ved hjælp af S1. En strøm på 50 mA, 180 mA og 400 mA kunne forudindstilles, når værdierne for R6, R7 og RB er bestemt. At sætte S1 på punkt 1 viser, at NiCad-cellerne kan oplades, position 2 er beregnet til C-celler, og position 3 er reserveret til D-celler.

Diverse dele

TR1 = transformer 2 x 12 V / 0,5 A.
S1 = 3-positionskontakt
S2 = 2-positionskontakt

Den nuværende kilde fungerer ved hjælp af et meget grundlæggende princip. Kredsløbet er kablet som et nuværende feedbacknetværk. Forestil dig S1 at være i position 1 og IC1 output er positiv. T2 og 13 begynder nu at få en basisstrøm og indlede ledning. Strømmen via disse transistorer udgør en spænding omkring R6, som udløser T1 i drift.

En eskalerende strøm omkring R6 betyder, at T1 kan lede med større styrke og dermed minimere basedrevstrømmen for transistorer T2 og T3.

Den anden transistor kan på dette tidspunkt lede mindre, og den oprindelige nuværende stigning er begrænset. En rimelig konstant strøm ved hjælp af R3 og de vedhæftede NiCad-celler bliver således implementeret.

Et par lysdioder, der er knyttet til den aktuelle kilde, angiver NiCad-opladerens driftsstatus til enhver tid. IC1 ressourcer til en positiv spænding, når NiCad-cellerne er tilsluttet på den rigtige måde og belyser LED D8.

Hvis cellerne ikke er forbundet med korrekt polaritet, vil det positive potentiale ved pin 2 i IC1 være højere end pin 3, hvilket får op-amp-komparatorudgangen til at blive 0 V.

I denne situation forbliver den aktuelle kilde slukket, og LED D8 lyser ikke. En identisk tilstand kan opstå, hvis ingen celler er forbundet til opladning. Dette kan ske, fordi pin 2 vil have en øget spænding sammenlignet med pin 3 på grund af spændingsfaldet over D10.

Opladeren aktiveres kun, når en celle bestående af mindst 1 V er forbundet. LED D9 viser, at den aktuelle kilde fungerer som en strømkilde.

Dette kan virke ret mærkeligt, men en indgangsstrøm genereret af IC1 er bare ikke tilstrækkelig, spændingsniveauet skal også være stort nok til at forstærke strømmen.

Dette indebærer, at forsyningen altid skal være større end spændingen over NiCad-cellerne. Kun i denne situation vil den potentielle forskel være tilstrækkelig til, at den aktuelle feedback T1 kan sparke ind og belyser LED D9.

PCB-design

Brug af IC 7805

Nedenstående kredsløbsdiagram viser et ideelt opladerkredsløb til en ni-cad-celle.

Dette anvender en 7805 regulator IC at levere en konstant 5V over en modstand, som får strømmen til at være afhængig af modstandens værdi i stedet for cellepotentialet.

Modstandens værdi skal justeres med hensyn til den type, der bruges til opladning af en hvilken som helst værdi mellem 10 Ohm og 470 Ohm, der kan bruges afhængigt af celle mAh-klassificeringen. På grund af IC 7805's flydende natur med hensyn til jordpotentialet kunne dette design anvendes til opladning af individuelle Nicad-celler eller serier med få celler.

Opladning af Ni-Cd-celle fra en 12V forsyning

Det mest grundlæggende princip for en batterioplader er, at dets opladningsspænding skal være mere end den nominelle batterispænding. For eksempel skal et 12 V batteri oplades fra en 14 V kilde.

I dette 12V Ni-Cd-opladerkredsløb anvendes en spændingsdobler baseret på den populære 555 IC. Fordi udgang 3 på chippen er skiftevis forbundet mellem +12 V forsyningsspænding og jord, svinger IC.

C₃bliver opkrævet gennem D._toog D₃til næsten 12 V, når pin 3 er logisk lav. Øjeblikket pin 3 er logisk høj, krydsspændingen på C₃og D₃øges til 24 V på grund af den negative terminal på C₃som er tilsluttet +12 V, og kondensatoren selv har en opladning af samme værdi. Diode D derefter₃bliver omvendt forudindtaget, men D₄udfører lige nok til C₄for at blive ladet over 20 V. Dette er mere end nok spænding til vores kredsløb.

78L05 i IC_topositioner fungerer som en nuværende leverandør, der tilfældigvis holder sin udgangsspænding, U_nfra at dukke op over R₃ved 5 V. Udgangsstrømmen, I_n, kan simpelthen beregnes ud fra ligningen:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Egenskaberne for 78L05 inkluderer selv at trække strøm, da den centrale terminal (normalt jordet) giver vores omkring 3 mA.

Den samlede belastningsstrøm er ca. 10 mA, og det er en god værdi for konstant opladning af NiCd-batterier. For at vise, at ladestrømmen flyder, er en LED inkluderet i kredsløbet.

Opladning af den aktuelle graf

Figur 2 viser egenskaberne for ladestrømmen i forhold til batterispænding. Det er tydeligt, at kredsløbet ikke er helt perfekt, da 12 V-batteriet oplades med en strøm, der kun måler omkring 5 mA. Et par grunde til dette:

• Kredsløbets udgangsspænding ser ud til at falde med den stigende strøm.
• Spændingsfaldet over 78L05 er omkring 5 V. Men der skal medtages yderligere 2,5 V for at sikre, at IC fungerer korrekt.
• På tværs af LED er der højst sandsynligt et 1,5 V spændingsfald.

I betragtning af ovenstående kan et 12 V NiCd-batteri med en nominel kapacitet på 500 mAh oplades uafbrudt ved hjælp af en strøm på 5 mA. I alt er det kun 1% af dets kapacitet.