Зарядное устройство для НКА.

в.зинин, г.Рязань.

Предлагаю схему автоматического зарядного устройства для никель-кадмиевых аккумуляторов, которое обеспечивает стандартный режим зарядки постоянным током

I = 0,1C

где I — зарядный ток в амперах; С — емкость аккумулятора в ампер часах (Ач).

Зарядка автоматически прекращается через 15 часов. Этим устройством можно заряжать аккумуляторы емкостью от 0,06 до 3,5 Ач. Максимальное число элементов, соединенных последовательно в заряжаемой батарее —10.
В радиотехнической литературе не раз приводились подобные схемы автоматических зарядных устройств [1 ...3].

Но у них, по моему мнению, имеется ряд недостатков. У одних [1] в случае неисправности пусковой кнопки или реле (залипание контактов), после того как таймер выдаст сигнал о завершении цикла зарядки, зарядка не прекратится. В этом случае время зарядки может значительно превысить 15 часов. Взрыва батареи при этом зарядном токе, скорее всего, не произойдет, но срок службы аккумуляторов может значительно сократиться.

У других [2, 3] во время зарядки, при случайном нажатии на пусковую кнопку, происходит обнуление счетчика таймера, и он начинает отсчет сначала. Это также приводит к перезарядке аккумуляторов. В предлагаемой схеме эти недостатки устранены.

Схема предлагаемого зарядного устройства содержит следующие основные функциональные блоки:
- таймер;
- стабилизатор тока;
- транзисторный ключ для автоматического отключения стабилизатора тока и батареи от источника питания;
- схему индикации режимов работы зарядного устройства.

Времязадающее устройство построено на микросхеме DD1 (рис.1) типа КР512ПС10 [4]. Время цикла зарядки определяется номиналами элементов внешней цепи R4, R5, СЗ и коэффициентом деления частоты счетчиков DD1, который задается комбинацией логических уровней на входах М01...М05 DD1.
При подключении зарядного устройства к источнику питания, в начальный момент на коллекторе транзистора VT1 возникает кратковременный положительный импульс, который через резистор R3 подается на вывод 2 DD1, устанавливая счетчики DD1 в начальное состояние. Длительность импульса определяется параметрами R1 и С1.

При этом на выводе 9 DD1 присутствует высокий логический уровень, свето-диод HL1 ("заряд окончен") не горит. Также не горит и светодиод HL2 "Заряд".
Положительный импульс с коллектора VT1 через диод VD3 поступает на базу транзистора VT2. Транзистор VT2 открывается на время этого импульса и соединяет базу VT4 с общим проводом. При этом транзисторы VT4 и VT3 надежно закрыты. Эта мера необходима для исключения случайного запуска зарядного устройства в момент подключения источника питания. Если, например, за несколько минут до окончания 15-часового цикла заряда пропадет напряжение в сети 220 В, то после его появления данное зарядное устройство уже не запустится сначала с той же батареей.

Питание микросхемы DD1 и индикатора HL1 осуществляется от параметрического стабилизатора, состоящего из элементов R7, VD1 и С4.
Необходимо отметить нестандартный вариант запуска данного зарядного устройства. В отличие от других подобных устройств, это устройство запускается не в момент замыкания пусковой кнопки, а в момент ее размыкания. При этом варианте невозможно включение зарядного устройства при



залипании контактов пусковой кнопки. В самом худшем случае, не произойдет включение следующего цикла зарядки.

При замыкании кнопки SB1 цепочка R8, С5, R9 замыкается на общий провод, а при размыкании кнопки в точке соединения резистора R9 и конденсатора С7 возникает положительный импульс. Через конденсатор С7 и диод VD2 этот импульс поступает на базу транзистора VT4. Транзистор VT4 открывается, и через резистор R14 база транзистора VT3 соединяется с общим проводом. Ключ на транзисторе VT3 открывается, и напряжение питания подается на стабилизатор тока на микросхеме DA1 и заряжаемую батарею.

Через цепочку R16-C9-R15 положительное напряжение подается на базу транзистора VT4, фиксируя его открытое состояние. При этом повторные нажатия кнопки SB1 никак не влияют на состояние транзисторного ключа и таймера до завершения 15-часового цикла заряда.

В момент включения транзисторного ключа, положительный импульс через конденсатор С2 повторно обнуляет счетчики DD1.
Светодиод HL2 ("заряд") при подсоединенной к устройству исправной батарее начинает светиться.

Стабилизатор тока собран по известной схеме, подробно описаной в [5, 6].
Через открытый транзистор VT4 и R13 низкий логический уровень поступает на вывод 3 DD1, тем самым разрешая работу счетчиков таймера DD1.
Индикатор заряда устройства на элементах HL2, R17, VT5 и R18 построен таким образом, что в случае отсутствия тока в цепи батареи GB1 (при открытом ключе на транзисторе VT3), что возможно при неисправности батареи GB1 (внутренний обрыв) или разъема ХР1, светодиод HL2 не горит.

Переключателем SA1 устанавливается необходимый зарядный ток. Если предполагается использовать данное зарядное устройство для зарядки лишь одного типа аккумуляторов, из схемы исключаются переключатель SA1 и резисторы R20...R29. Величина резистора R19 определяется по известной формуле:



где   Iвых — выходной ток стабилизатора в амперах;



R — сопротивление между выводами Vout и ADJ микросхемы в омах.
Через 15 часов заряда низкий уровень на выводе 10 DD1 сменяется высоким. Положительный импульс через конденсатор С6 открывает транзистор VT2. Через открытый транзистор VT2 база транзистора VT4 соединяется с общим проводом. Транзистор VT4 закрывается, и вследствие этого закрывается ключ на транзисторе VT3, обесточив стабилизатор тока DA1 и батарею GB1. Заряд прекращается, светодиод HL2 ("заряд") гаснет.

На выводе 9 DD1 появляется низкий уровень, светодиод HL1 ("заряд окончен") загорается.

В качестве источника для данного зарядного устройства подойдет любой не-стабилизированный блок питания, дающий на выходе напряжение 20...25 В при токе не менее 1 А.

Разумно поместить это зарядное устройство в корпус лабораторного блока питания, что значительно расширяет его возможности.
Если устройство будет использоваться только для зарядки батарей, состоящих не более чем из 7 последовательно соединенных аккумуляторов, то вход-
ное напряжение питания можно снизить до 15...16 В.

Для точной настройки таймера не требуется применения каких-либо измерительных приборов (осциллографа, частотомера). Для этого необходимо максимальный коэффициент деления счетчиков микросхемы DD1 (Кд тах=235929600) временно изменить на Кд=61440. В этом случае нужно разорвать токоведущие дорожки, идущие от выводов 1 и 12 DD1 к источнику питания, и временно соединить перемычками выводы 1 и 12 с общим проводом. Настройка производится переменным резистором R5. При коэффициенте деления Кд=61440 время заряда устройства должно составить 14 с (или точнее 14,06 с).

Ниже приводится пояснительный расчет.



15 час = 900 мин = 54000 с;
54000 : 3840 = 14,0625 (с).

После настройки перемычки удаляются, а разорванные токоведущие дорожки восстанавливаются каплей припоя. Эта процедура была проверена на практике, и погрешность составила не более ±0,25 часа.

Если устройство предполагается использовать для зарядки батарей током 50 мА и более, транзистор VT3 и микросхему DA1 необходимо установить на радиатор площадью не менее 50 см2 через изолирующую слюдяную прокладку с применением теплопрово-дящей пасты КПТ-8.

Все детали устройства, кроме переключателя SA1 и резисторов R20...R29, размещены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 50x90 мм (рис.2).

В качестве SA1 можно использовать переключатель типа МПН-1. Кнопка SB1 —любая малогабаритная. Разъем ХР1 — любой подходящий (даже зажимы "крокодил").
Транзисторы VT1, VT2, VT4, VT5 можно использовать любые кремниевые, маломощные, с максимально допустимым постоянным напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и статическим коэффициентом передачи тока не менее 50. Это могут быть, например, для VT1, VT2, VT4 — КТ315 (Г...Е), КТ3102 (А...Д); для VT5 —КТ361 (В...Е), КТ3107 (А, Б, Н). Транзистор VT3 можно заменить на КТ835, КТ837, КТ818(Б...Г).

Светодиоды — любые (видимого спектра), но желательно, чтобы светодиоды HL1 и HL2 были разного цвета. Конденсаторы С1, С5, С6, С8 — К50-35; СЗ необходимо использовать с низким ТКЕтипа К71-5, К72-9, К73-16, К77-1 и т.п.; остальные — КМ или КТ. Переменный резистор — многооборотный проволочный типа СП5-2В, СП5-ЗВ. Постоянные резисторы — типа МЛТ

Литература
1. Автоматическое зарядное устройство для никель-кадмиевых аккумуляторов. — Радиолюбитель, 1993, N2, С.26-27.
2.  Евсеев А.Н. Электронные устройства для дома. — М.: Радио и связь, 1994, С.83-86.
3.  Виноградов Ю.А. Радиолюбителю-конструктору: Си-Би-связь, дозиметрия, ИК-техника, электронные приборы, средства связи. — М.: ДМК, 1999, С.146-148.
4.  Генератор инфранизкой частоты на КР512ПС10. — Радио, 1991, N12.
5. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т.1.—М.: Мир, 1984, С.334-335.
6. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т.2.— М.:Мир, 1984, С.481-484.