Uuritud lihtsad Ni-Cd akulaadija ahelad

Postitus käsitleb lihtsat NiCd laadija vooluahelat, millel on automaatne ülelaadimise kaitse ja pideva voolu laadimine.

Nikkel-kaadmiumelemendi õigesti laadimisel on rangelt soovitatav laadimisprotsess peatada või katkestada niipea, kui see on täislaadimise taseme saavutanud. Selle järgimata jätmine võib raku tööiga kahjustada, vähendades oluliselt selle varundamise efektiivsust.

Allpool esitatud lihtne Ni-Cadi laadijaahel lahendab tõhusalt ülelaadimise kriteeriumi, lisades sellised seadmed nagu pidev voolu laadimine, samuti katkestades toite, kui kärjeterminal saavutab täislaadimise väärtuse.

Peamised omadused ja eelised

• Automaatne väljalülitamine täislaadimise tasemel
• Pidev vool kogu laadimise ajal.
• LED-näidik täislaadimiseks on välja lülitatud.
• Võimaldab kasutajal lisada rohkem etappe kuni 10 NiCd-elemendi üheaegseks laadimiseks.

Vooluringi skeem

Kuidas see töötab

Siin üksikasjalik lihtne konfiguratsioon on mõeldud ühe 500 mAh 'AA' elemendi laadimiseks, mille soovitatav laadimiskiirus on lähedal 50 mA, kuid seda saab mugavalt kohandada odavalt mitme lahtri laadimiseks, korrates punktiirjoontega näidatud ala.

Vooluahela toitepinge saadakse trafost, sillalaldist ja 5 V IC regulaatorist.

Element on laetud T1 transistoriga, mis on konfigureeritud nagu püsivooluallikas.

Teiselt poolt juhib T1 pinge võrdleja, kasutades TTL Schmiti päästikut N1. Elemendi laadimise ajal hoitakse elemendi terminali pinget umbes 1,25 V juures.

See tase näib olevat madalam kui N1 positiivne päästikulävi, mis hoiab N1 väljundi kõrgel, ja N2 väljund muutub madalaks, võimaldades T1-l potentsiaalijaguri R4 / R5 kaudu saada baaspinge.

Niikaua kui Ni-Cd-element on laetud, jääb LED D1 põlema. Niipea kui element jõuab täislaadimise taseme lähedale, tõuseb klemmipinge umbes 1,45 V-ni. Seetõttu tõuseb N1 positiivne päästiklävi, põhjustades N2 väljundi kõrge.

See olukord lülitab T1 koheselt välja. Element lõpetab nüüd laadimise ja ka LED D1 on välja lülitatud.

Kuna N1 positiivse aktivatsiooni piir on ligikaudu 1,7 V ja seda kontrollib konkreetne tolerants, on R3 ja P1 lisatud, muutes selle väärtuseks 1,45 V. Schmitti päästiku negatiivne päästikupiirang on umbes 0,9 V, mis on juhtumisi madalam kui isegi täielikult tühjenenud elemendi klemmipinge.

See tähendab, et tühjenenud raku ühendamine vooluringis ei käivita laadimist kunagi automaatselt. Seetõttu on kaasas käivitusnupp S1, mis vajutamisel viib NI sisendi madalaks.

Rohkemate rakkude arvu laadimiseks võib punktiiril näidatud vooluahela osa korrata eraldi, üks iga aku kohta.

See tagab, et olenemata rakkude tühjenemisastmetest laetakse igaüks neist eraldi õigele tasemele.

PCB kujundus ja komponentide ülekate

PCB-kujunduses on kaks etappi dubleeritud, et võimaldada kahe Nicadi raku laadimist üheaegselt ühest seadmest.

Ni-Cad laadija, kasutades takistit

Selle konkreetse lihtsa laadija võiks valmistada osadega, mida võiks näha peaaegu iga konstruktori rämpskonteineris. Optimaalse eluea tagamiseks (laadimistsüklite arv) tuleb Ni-Cad akusid laadida suhteliselt püsiva vooluga.

See saavutatakse sageli üsna lihtsalt, laadides takisti kaudu toitepingest, mis on mitu korda suurem kui aku pinge. Aku pinge muutus selle laadimisel mõjutab laadimisvoolu tõenäoliselt minimaalselt. Kavandatud vooluahel koosneb ainult trafost, dioodalaldist ja jadatakistist, nagu on näidatud joonisel 1.

Seotud graafiline pilt hõlbustab vajaliku seeria takisti väärtuse määramist.

Läbi vertikaaltelje trafo pinge tõmmatakse horisontaaljoon, kuni see ületab määratud aku pingeliini. Seejärel annab horisontaalteljega kohtumiseks sellest punktist vertikaalselt alla tõmmatud joon meile vajaliku takisti väärtuse oomides.

Näiteks näitab punktiirjoon, et kui trafo pinge on 18 V ja laaditav Ni-Cd aku on 6 V, on takistuse väärtus kavandatud voolujuhtimise jaoks umbes 36 oomi.

See näidatud takistus annab 120 mA, samas kui mõne muu laadimisvoolu kiiruse korral tuleb takisti väärtust asjakohaselt vähendada, nt. 18 oomi 240 mA korral, 72 oomi 60 mA jaoks jne. D1.

NiCadi laadija vooluring automaatse juhtimise abil

Nikkel-kaadmiumakud vajavad üldist voolu pidevat laadimist. Allpool näidatud NiCadi laadijaahel on välja töötatud kas 50mA tarnimiseks neljale 1,25V lahtrile (tüüp AA) või 250mA neljale järjestikku ühendatud 1,25V lahtrile (tüüp C), ehkki seda saaks lihtsalt muuta paljude teiste laadimisväärtuste jaoks.

Arutletud NiCadi laadija vooluahelates kinnitavad R1 ja R2 tühikäigul töötava väljundpinge umbes 8 V-ni.

Väljundvool liigub kas R6 või R7 abil ja selle tõustes lülitatakse Tr1 järk-järgult sisse.

See põhjustab mõtet Y suurendada, lülitades sisse transistori Tr2 ja võimaldades punktil Z muutuda vähem vähem positiivseks.

Järelikult vähendab protsess väljundpinget ja kaldub voolu vähendama. Lõpuks saavutatakse tasakaalu tase, mille määravad R6 ja R7 väärtus.

Diood D5 pärsib laaditavat akut, pakkudes voolu IC1 väljundisse juhul, kui 12 V eemaldatakse, mis muidu võib IC-d tõsiselt kahjustada.

FS2 on sisse lülitatud, et kaitsta laaditavate akude kahjustuste eest.

R6 ja R7 valik toimub mõne katse-eksituse meetodil, mis tähendab, et vajate sobiva vahemikuga ampermeetrit või kui R6 ja R7 väärtused on tõepoolest teada, siis võiks nende pingelanguse arvutada Ohmi seaduse kaudu.

Ni-Cd laadija, kasutades ühe op võimendit

See Ni-Cd laadija vooluring on mõeldud standardsete AA-suurusega NiCad-akude laadimiseks. Spetsiaalset laadijat soovitatakse enamasti NiCad-rakkude jaoks põhjusel, et neil on äärmiselt madal sisetakistus, mille tulemuseks on suurenenud laadimisvool isegi siis, kui kasutatav pinge on veidi kõrgem.

Seetõttu peaks laadija sisaldama vooluringi, et piirata laadimisvoolu õigele piirile. Selles vooluringis töötavad T1, D1, D2 ja C1 nagu traditsiooniline alandamise, eraldamise, täislaine alaldi ja alalisvoolu filtreerimisahel. Täiendavad osad pakuvad praegust regulatsiooni.

IC1 kasutatakse nagu komparaatorit eraldi puhverastmega Q1, pakkudes selles disainis piisavalt kõrget väljundvoolu funktsionaalsust. IC1 mitteinverteeruv sisend on varustatud 0,65 V: R1 ja D3 kaudu esitatud võrdluspingega. Inverteeriv sisend on ühendatud maapinnaga R2 kaudu vaiksel voolul, võimaldades väljundil saada täiesti positiivne. Kui väljundi külge on kinnitatud NiCad-element, võib suur vool pingutada R2 kaudu, põhjustades R2-s võrdse pinge tekkimist.

See võib lihtsalt tõusta 0,6 V-ni, sellegipoolest muudab pinge suurenemine selles punktis IC1 sisendite sisendpotentsiaalid, põhjustades väljundpinge vähenemise ja vähendades pinget R2 ümber 0,65 V. Suurim väljundvool (ja ka vastuvõetud laadimisvool) on tulemuseks 0,65 V pingega 10 oomi või 65 mA lihtsalt öeldes.

Enamikul AA NiCadi rakkudest on optimaalne eelistatud laadimisvool mitte üle 45 või 50 mA ja selle kategooria puhul tuleb R2 suurendada 13 oomini, et saaksite sobivat laadimisvoolu.

Mõni kiirlaadija sort võib töötada 150 mA võimsusega ja see nõuab R2 langetamist 4,3 oomi (3,3 oomi pluss 1 oomi järjestikku juhul, kui ideaalset osa ei saa hankida).

Lisaks tuleb T1 täiustada versioonini, mille voolutugevus on 250 mA, ja Q1 tuleb paigaldada väikese kinnitusega soonega jahutusradiaatori abil. Seade saab hõlpsalt laadida kuni nelja lahtrit (6 lahtrit, kui T1 viiakse üle 12 V tüübile) ja kõik need tuleks kinnitada järjestikku väljundi kohale, mitte paralleelselt.

Universaalne NiCadi laadija vooluring

Joonisel 1 on esitatud universaalse NiCadi laadija täielik skeem. Vooluallikas töötatakse välja transistoride T1, T2 ja T3 abil, mis pakuvad pidevat laadimisvoolu.

Praegune allikas muutub aktiivseks ainult siis, kui NiCad-rakud on õigesti kinnitatud. ICI on paigutatud võrgu kontrollimiseks, kontrollides väljundklemmide pinge polaarsust. Kui rakud on õigesti tagastatud, ei suuda IC1 tihvt 2 nii positiivseks muutuda kui tihvt 3.

Selle tulemusel saab IC1 väljund positiivseks ja eraldab T2 baasvoolu, mis lülitab vooluallika sisse. Praeguse allikapiirangu saaks määrata S1 abil. Kui R6, R7 ja RB väärtused on kindlaks määratud, saab voolu 50 mA, 180 mA ja 400 mA eelseadistada. S1 asetamine punkti 1 näitab, et NiCad-rakke saab laadida, positsioon 2 on mõeldud C-rakkudele ja positsioon 3 on reserveeritud D-rakkudele.

Mitmesugused osad

TR1 = trafo 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3 asendilüliti
S2 = 2 asendilüliti

Praegune allikas töötab väga põhiprintsiibil. Vooluring on juhtmega nagu praegune tagasiside võrk. Kujutage ette, et S1 on 1. positsioonil ja IC1 väljund on positiivne. T2 ja 13 hakkavad nüüd saama baasvoolu ja algatama juhtivuse. Nende transistoride kaudu olev vool moodustab pinge R6 ümber, mis käivitab T1 tööle.

Suurenev vool R6 ümber tähistab, et T1 saab juhtida suurema tugevusega, minimeerides seega transistoride T2 ja T3 baasajami voolu.

Teine transistor suudab sel hetkel juhtida vähem ja esialgne voolutõus on piiratud. Seega rakendatakse R3 ja sellega ühendatud NiCadi rakkude abil suhteliselt konstantne vool.

Paar vooluallikale kinnitatud LED-i näitavad NiCadi laadija tööolukorda igal hetkel. IC1 saab positiivse pinge, kui NiCadi elemendid on õigel viisil haakitud, valgustades LED-d D8.

Kui lahtrid pole õige polaarsusega ühendatud, on IC1 tihvti 2 positiivne potentsiaal suurem kui tihvt 3, põhjustades op-võimendi võrdlusväljundi väärtuseks 0 V.

Selles olukorras jääb vooluallikas välja lülitatuks ja LED D8 ei sütti. Identsed tingimused võivad ilmneda juhul, kui laadimiseks pole ühendatud ühtegi rakku. See võib juhtuda, kuna tihvt 2 on pingega 3 võrreldes suurenenud, kuna pingelangus D10-s.

Laadija aktiveerub ainult siis, kui ühendatud on vähemalt 1 V element. LED D9 näitab, et praegune allikas töötab nagu vooluallikas.

See võib tunduda üsna omapärane, kuid IC1 genereeritud sisendvool pole lihtsalt piisav, pinge tase peab olema ka voolu tugevdamiseks piisavalt suur.

See tähendab, et toiteallikas peaks alati olema suurem kui NiCadi rakkude pinge. Ainult selles olukorras piisab potentsiaalsest erinevusest, et praegune tagasiside T1 käivituks, valgustades LED-i D9.

PCB disain

Kasutades IC 7805

Allpool toodud skeem näitab ideaalset laadija ahelat ni-cad-raku jaoks.

Selles töötab a 7805 regulaatori IC konstantse 5V edastamiseks läbi takisti, mis põhjustab voolu sõltuvust takisti väärtusest, mitte raku potentsiaalist.

Takisti väärtust tuleks kohandada vastavalt tüübile, mida kasutatakse mis tahes väärtuse laadimiseks vahemikus 10 Ohm kuni 470 Ohm, sõltuvalt elemendi mAh väärtusest. Kuna IC 7805 on maapotentsiaali suhtes hõljuv, võib seda disaini rakendada üksikute Nicadi rakkude või mõnest rakust koosnevate seeriate laadimiseks.

Ni-Cd-raku laadimine 12 V toiteallikast

Akulaadija põhiprintsiip on see, et selle laadimispinge peab olema suurem kui aku nimipinge. Näiteks tuleks 12 V akut laadida 14 V allikast.

Selles 12 V Ni-Cd laadija vooluringis kasutatakse populaarset 555 IC-l põhinevat pinge kahekordistajat. Kuna kiibi väljund 3 on ühendatud vaheldumisi +12 V toitepinge ja maa vahel, siis IC võnkub.

C₃saab D kaudu laetud_kaksja D₃peaaegu 12 V-ni, kui tihvt 3 on loogika madal. Hetke tihvt 3 on loogika kõrge, ristmiku pinge C₃ja D₃suurendab C negatiivse klemmi tõttu 24 V-ni₃mis on ühendatud +12 V pingega ja kondensaator ise hoiab sama väärtusega laengut. Seejärel diood D₃muutub vastupidiseks kallutatuks, kuid D₄juhib C jaoks täpselt nii palju₄üle 20 V laadimiseks. See on meie vooluahela jaoks rohkem kui piisav pinge.

IC-s olev 78L05_kakspositsioonid toimivad voolutarnijana, mis hoiab oma väljundpinget U_n, alates R-i ilmumisest₃5 V. väljundvool, I_n, saab võrrandi abil lihtsalt arvutada:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

78L05 omadused hõlmavad voolu enda tõmbamist, kuna keskterminal (tavaliselt maandatud) annab meie oma umbes 3 mA.

Kogu koormusvool on umbes 10 mA ja see on hea väärtus NiCd akude pideva laadimise jaoks. Laadimisvoolu voolamise kuvamiseks on vooluahelas LED.

Praeguse graafiku laadimine

Joonis 2 kujutab laadimisvoolu omadusi aku pinge suhtes. On üsna ilmne, et vooluahel ei ole täiesti täiuslik, kuna 12 V akut laetakse vooluga, mille mõõt on ainult umbes 5 mA. Mõned põhjused selleks:

• Vooluahela väljundpinge näib langevat koos suureneva vooluga.
• Pinge langus 78L05-l on umbes 5 V. Kuid IC-i täpse töö tagamiseks tuleb lisada veel 2,5 V.
• LED-i kohal on tõenäoliselt 1,5 V pingelangus.

Kõike ülaltoodut arvesse võttes sai 500 V mA nimivõimsusega 12 V NiCd akut katkematult laadida 5 mA voolu abil. Kokku on see vaid 1% selle võimsusest.