Basit Ni-Cd Pil Şarj Cihazı Devreleri Keşfedildi

Gönderi, otomatik aşırı şarj korumalı ve sabit akım şarjlı basit bir NiCd şarj devresini tartışıyor.

Bir Nikel-Kadmiyum hücresini doğru şekilde şarj etmek söz konusu olduğunda, tam şarj seviyesine ulaşır ulaşmaz şarj işleminin durdurulması veya kesilmesi kesinlikle önerilir. Bunu takip etmemek hücrenin çalışma ömrünü olumsuz etkileyebilir ve yedekleme verimliliğini önemli ölçüde azaltabilir.

Aşağıda sunulan basit Ni-Cad şarj devresi, sabit akım şarjı gibi tesislerin yanı sıra hücre terminali tam şarj değerine ulaştığında beslemeyi keserek aşırı şarj kriterini etkin bir şekilde ele alır.

Ana Özellikler ve Avantajlar

• Tam şarj seviyesinde otomatik kesme
• Şarj süresince sabit akım.
• Tam şarjın kesilmesi için LED göstergesi.
• Kullanıcının aynı anda 10 NiCd hücreye kadar şarj etmek için daha fazla aşama eklemesine izin verir.

Devre şeması

Nasıl çalışır

Burada ayrıntılı olarak açıklanan basit yapılandırma, 50 mA'ya yakın önerilen şarj oranına sahip tek bir 500 mAh 'AA' hücresini şarj etmek için tasarlanmıştır, ancak yine de noktalı çizgilerle gösterilen alanı tekrarlayarak birkaç hücrenin birlikte şarj edilmesi uygun bir şekilde özelleştirilebilir.

Devre için besleme gerilimi bir transformatör, köprü doğrultucu ve 5 V IC regülatöründen alınır.

Hücre, sabit bir akım kaynağı gibi yapılandırılmış bir T1 transistör ile şarj edilir.

Öte yandan T1, bir TTL Schmitt tetikleyicisi N1 kullanan bir voltaj karşılaştırıcısı tarafından kontrol edilir. Hücrenin şarj olduğu süre boyunca hücrenin terminal voltajı yaklaşık 1,25 V'ta tutulur.

Bu seviye, N1'in çıkışını yüksek tutan N1'in pozitif tetik eşiğinden daha düşük görünmektedir ve N2'nin çıkışı düşük hale gelerek, T1'in potansiyel bölücü R4 / R5 üzerinden temel öngerilim voltajını almasını sağlar.

Ni-Cd hücresi şarj olduğu sürece LED D1 yanık kalır. Hücre tam şarj durumuna yaklaşır yaklaşmaz terminal voltajı yaklaşık 1.45 V'a çıkar. Bundan dolayı, N1'in pozitif tetik eşiği yükselir ve N2 çıkışının yükselmesine neden olur.

Bu durum T1'i anında kapatır. Hücre şimdi şarj etmeyi durdurur ve ayrıca LED D1 kapanır.

N1'in pozitif aktivasyon sınırı yaklaşık 1,7 V olduğundan ve belirli bir toleransla kontrol edildiğinden, R3 ve P1, 1,45 V'a değiştirmek için dahil edilir. Schmitt tetikleyicisinin negatif tetikleme sınırı yaklaşık 0,9 V'dir ve bu daha düşüktür. tamamen boşalmış bir hücrenin terminal voltajından daha fazla.

Bu, deşarj olmuş bir hücrenin devreye bağlanmasının şarjın otomatik olarak başlamasını asla tetiklemeyeceği anlamına gelir. Bu nedenle, basıldığında NI girişini düşük alan bir başlatma düğmesi S1 dahil edilmiştir.

Daha fazla sayıda hücreyi şarj etmek için, noktalı kutuda ortaya çıkan devre kısmı, her bir pil için ayrı ayrı tekrar edilebilir.

Bu, hücrelerin deşarj seviyelerine bakılmaksızın, her birinin ayrı ayrı doğru seviyeye yüklenmesini sağlar.

PCB Tasarımı ve Bileşen Kaplaması

PCB tasarımında, iki Nicad hücresinin tek bir kart kurulumundan aynı anda şarj edilmesini sağlamak için iki aşama çoğaltılmıştır.

Direnç kullanan Ni-Cad Şarj Cihazı

Bu özel basit şarj cihazı, hemen hemen herhangi bir inşaatçının çöp konteynerinde görülebilen parçalarla yapılabilir. Optimum ömür için (şarj döngüsü sayısı) Ni-Cad aküleri nispeten sabit bir akımla şarj edilmelidir.

Bu genellikle akü voltajından birçok kez daha yüksek bir besleme voltajından bir direnç aracılığıyla şarj edilerek oldukça kolay bir şekilde gerçekleştirilir. Akü voltajındaki değişiklik, şarj olurken muhtemelen şarj akımı üzerinde minimum etkiye sahip olacaktır. Önerilen devre, şekil 1'de gösterildiği gibi sadece bir transformatör, diyot doğrultucu ve seri dirençten oluşur.

İlişkili grafik görüntü, gerekli seri direnç değerinin belirlenmesini kolaylaştırır.

Dikey eksende trafo geriliminden, belirtilen akü gerilim hattını geçene kadar yatay bir çizgi çizilir. Daha sonra yatay ekseni karşılamak için bu noktadan dikey olarak aşağı çekilen bir çizgi daha sonra gerekli direnç değerini ohm cinsinden sağlar.

Örneğin noktalı çizgi, trafo voltajı 18 V ve şarj edilecek Ni-Cd pil 6 V ise, o zaman istenen akım kontrolü için direnç değerinin 36 ohm civarında olacağını göstermektedir.

Belirtilen bu direnç 120 mA verecek şekilde hesaplanırken, diğer bazı şarj akımı oranları için direnç değerinin uygun şekilde azaltılması gerekir, örn. 240 mA için 18 ohm, 60 mA için 72 ohm vb. D1.

Otomatik Akım Kontrolünü Kullanan NiCad Şarj Cihazı Devresi

Nikel-kadmiyum piller genellikle sabit bir akım şarjı gerektirir. Aşağıda gösterilen NiCad şarj devresi, çeşitli diğer şarj değerleri için basitçe modifiye edilebilmesine rağmen, 50mA ila dört 1.25V hücre (AA tipi) veya 250mA ila dört adet 1.25V hücre (C tipi) sağlamak için geliştirilmiştir.

Tartışılan NiCad şarj devresinde R1 ve R2, yüksüz çıkış voltajını yaklaşık 8V'a sabitler.

Çıkış akımı ya R6 ya da R7 aracılığıyla hareket eder ve yükseldikçe Tr1 transistörü kademeli olarak açılır.

Bu noktaya neden olur Y Arttırmak, Tr2 transistörünü açmak ve Z noktasının daha az pozitif olmasını sağlamak.

İşlem sonuç olarak çıkış voltajını düşürür ve akımı düşürme eğilimindedir. Nihayetinde, R6 ve R7'nin değeri ile belirlenen bir denge seviyesine ulaşılır.

Diyot D5, şarj edilmekte olan pili engeller ve 12V'nin çıkarılması durumunda IC1 çıkışına besleme sağlar, aksi takdirde IC'ye ciddi hasar verebilir.

FS2, şarj edilen pillerin hasar görmesini önlemek için dahil edilmiştir.

R6 ve R7 seçimi bazı deneme yanılma yoluyla yapılır; bu, uygun bir aralığa sahip bir ampermetreye ihtiyacınız olacağı anlamına gelir veya R6 ve R7 değerleri gerçekten biliniyorsa, o zaman aralarındaki voltaj düşüşü Ohm Yasası ile hesaplanabilir.

Tek Op Amp kullanan Ni-Cd Şarj Cihazı

Bu Ni-Cd şarj devresi, standart AA boyutlu NiCad pilleri şarj etmek için tasarlanmıştır. NiCad hücreleri için, son derece düşük bir iç dirence sahip olmaları ve kullanılan voltaj biraz daha yüksek olsa bile artan bir şarj akımı ile sonuçlanması nedeniyle çoğunlukla özel bir şarj cihazı önerilir.

Bu nedenle şarj cihazı, şarj akımını doğru bir sınırla sınırlamak için bir devre içermelidir. Bu devrede T1, D1, D2 ve C1, geleneksel bir düşürme, izolasyon, tam dalga doğrultucu ve DC filtreleme devresi gibi çalışır. Ek parçalar mevcut düzenlemeyi sunar.

IC1, bu tasarımda uygun bir şekilde yüksek çıkış akımı işlevselliği sağlayan ayrı bir Q1 tampon aşamasına sahip bir karşılaştırıcı gibi kullanılır. IC1'in ters çevirmeyen girişine 0,65 V: R1 ve D3 aracılığıyla sunulan bir referans voltaj verilir. Ters çevirme girişi, durgun akım seviyeleri içinde R2 aracılığıyla toprağa bağlanır ve çıkışın tamamen pozitif olmasına izin verir. Çıkışa bağlı bir NiCad hücresine sahip olan yüksek akım, R2 üzerinden çaba sarf ederek R2 boyunca eşdeğer miktarda voltajın gelişmesine neden olabilir.

Sadece 0,6V'a yükselebilir, yine de, bu noktada artan bir voltaj, IC1 girişlerinin giriş potansiyellerini tersine çevirerek çıkış voltajının düşmesine neden olur ve R2'nin etrafında voltajı 0,65 V'a düşürür. En yüksek çıkış akımı (ve ayrıca alınan şarj akımı) sonuç olarak 10 ohm'da 0,65 V veya 65 mA ile üretilen akımdır.

Çoğu AA NiCad hücresi, 45 veya 50 mA'dan fazla olmayan optimum tercih edilen şarj akımına sahiptir ve bu kategori için R2, uygun şarj akımına sahip olabilmeniz için 13 ohm'a yükseltilmelidir.

Birkaç hızlı şarj cihazı çeşidi 150 mA ile çalışabilir ve bu R2'nin 4,3 ohm'a düşürülmesini gerektirir (ideal bir parçanın temin edilememesi durumunda seri olarak 3,3 ohm artı 1 ohm).

Ayrıca, T1'in 250 mA akım değerine sahip bir varyant için iyileştirilmesi ve Q1'in küçük cıvatalı kanatlı bir soğutucu kullanılarak kurulması gerekir. Cihaz, dört hücreye kadar kolayca şarj edebilir (T1, 12 V tipine yükseltildiğinde 6 hücre) ve bunların tümü, paralel olarak değil, çıkış üzerine seri olarak bağlanmalıdır.

Evrensel NiCad Şarj Devresi

Şekil 1, evrensel NiCad şarj cihazının tam devre şemasını göstermektedir. Sabit bir şarj akımı sunan T1, T2 ve T3 transistörleri kullanılarak bir akım kaynağı geliştirilir.

Mevcut kaynak yalnızca NiCad hücreleri doğru şekilde bağlandığında aktif hale gelir. ICI, çıkış terminalleri boyunca voltaj polaritesini doğrulayarak ağı kontrol edecek şekilde konumlandırılmıştır. Hücreler düzgün bir şekilde donatılırsa, IC1'in pimi 2, pim 3'teki kadar pozitif dönemez.

Sonuç olarak, IC1 çıkışı pozitif olur ve T2'ye bir temel akım sağlar, bu da mevcut kaynağı açar. Mevcut kaynak limiti S1 kullanılarak sabitlenebilir. R6, R7 ve RB değerleri belirlendikten sonra 50 mA, 180 mA ve 400 mA akım önceden ayarlanabilir. S1'i 1. noktaya koymak NiCad hücrelerinin şarj edilebileceğini, 2. pozisyonun C hücreleri için tasarlandığını ve 3. pozisyonun D hücreleri için ayrıldığını gösterir.

Çeşitli Parçalar

TR1 = transformatör 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = 3 konum anahtarı
S2 = 2 konum anahtarı

Mevcut kaynak çok temel bir ilke kullanarak çalışır. Devre, mevcut bir geri besleme ağı gibi kablolanmıştır. S1'in 1. pozisyonda olduğunu ve IC1 çıktısının pozitif olduğunu hayal edin. T2 ve 13 şimdi bir temel akım almaya ve iletimi başlatmaya başlar. Bu transistörler aracılığıyla akım, T1'i çalışmaya başlatan R6 etrafında bir voltaj oluşturur.

R6 etrafındaki artan akım, T1'in daha büyük bir güçle hareket edebileceğini ve böylece T2 ve T3 transistörleri için temel tahrik akımını en aza indirdiğini gösterir.

İkinci transistör bu noktada daha az iletebilir ve ilk akım artışı sınırlandırılır. Böylece, R3 ve ekli NiCad hücreleri aracılığıyla oldukça sabit bir akım uygulanır.

Mevcut kaynağa bağlı birkaç LED, NiCad şarj cihazının herhangi bir anda çalışma durumunu gösterir. IC1, NiCad hücreleri LED D8'i aydınlatan doğru şekilde bağlandığında pozitif bir voltaj sağlar.

Hücreler doğru polariteyle bağlanmamışsa, IC1'in 2. pimindeki pozitif potansiyel, pim 3'ten daha yüksek olacak ve op amp karşılaştırma çıkışının 0 V olmasına neden olacaktır.

Bu durumda akım kaynağı kapalı kalacak ve LED D8 yanmayacaktır. Şarj için hiçbir hücrenin bağlanmaması durumunda aynı durum ortaya çıkabilir. Bunun nedeni, D10'daki voltaj düşüşü nedeniyle pim 2'nin pim 3'e kıyasla daha yüksek bir gerilime sahip olmasından kaynaklanabilir.

Şarj cihazı yalnızca minimum 1 V içeren bir hücre birleştirildiğinde etkinleşir. LED D9, akım kaynağının bir akım kaynağı gibi çalıştığını gösterir.

Bu oldukça tuhaf görünebilir, ancak IC1 tarafından üretilen bir giriş akımı yeterli değildir, voltaj seviyesinin de akımı güçlendirecek kadar büyük olması gerekir.

Bu, beslemenin her zaman NiCad hücrelerindeki voltajdan daha büyük olması gerektiği anlamına gelir. Sadece bu durumda potansiyel fark, T1 akım geri beslemesinin devreye girmesi için yeterli olacaktır ve LED D9'u aydınlatacaktır.

PCB Tasarımı

IC 7805'i kullanma

Aşağıdaki devre şeması, bir ni-cad hücresi için ideal bir şarj devresini göstermektedir.

Bu, bir 7805 regülatör IC bir direnç boyunca sabit bir 5V iletmek, bu da akımın hücre potansiyeli yerine direnç değerine bağlı olmasına neden olur.

Direnç değeri, hücre mAh değerine bağlı olarak 10 Ohm ila 470 Ohm arasındaki herhangi bir değeri şarj etmek için kullanılan tipe göre ayarlanmalıdır. IC 7805'in zemin potansiyeline göre yüzen yapısı nedeniyle, bu tasarım, tek tek Nicad hücrelerini veya birkaç hücre dizisini şarj etmek için uygulanabilir.

Ni-Cd Hücresini 12V Beslemeden Şarj Etme

Bir akü şarj cihazı için en temel ilke, şarj voltajının nominal akü voltajından fazla olması gerektiğidir. Örneğin, 12 V'luk bir pil 14 V'luk bir kaynaktan şarj edilmelidir.

Bu 12V Ni-Cd şarj devresinde, popüler 555 IC'ye dayalı bir voltaj katlayıcı kullanılır. Çipin 3 çıkışı, +12 V besleme gerilimi ile toprak arasına dönüşümlü olarak bağlandığından, IC salınır.

C₃D üzerinden ücretlendirilir_ikive D₃pin 3 mantıksal düşük olduğunda neredeyse 12 V'a kadar. Moment pimi 3 mantıksal yüksek, C bağlantı voltajı₃ve D₃C'nin negatif terminali nedeniyle 24 V'a yükselir₃+12 V'ta takılı olan ve kapasitörün kendisi aynı değerde bir yük tutar. Ardından, diyot D₃ters taraflı olur, ancak D₄C için yeterince iyi₄20 V üzerinde şarj olmak için. Bu, devremiz için fazlasıyla yeterli voltajdır.

IC'deki 78L05_ikipozisyonlar, çıkış voltajını tutan bir akım tedarikçisi görevi görür, U_n, R boyunca görünmekten₃5 V'ta çıkış akımı, I_n, denklemden basitçe hesaplanabilir:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

78L05'in özellikleri, merkezi terminal (genellikle topraklanmış) bize yaklaşık 3 mA verdiğinden akımın kendisini çekmeyi içerir.

Toplam yük akımı yaklaşık 10 mA'dır ve bu NiCd pilleri sürekli şarj etmek için iyi bir değerdir. Şarj akımının aktığını göstermek için devreye bir LED dahil edilmiştir.

Güncel Grafiği Şarj Etme

Şekil 2, şarj akımının akü voltajına karşı özelliklerini göstermektedir. 12 V batarya sadece 5 mA civarında bir akımla şarj edileceğinden devrenin tamamen mükemmel olmadığı oldukça açıktır. Bunun birkaç nedeni:

• Devrenin çıkış voltajı artan akımla birlikte düşüyor gibi görünüyor.
• 78L05 boyunca voltaj düşüşü yaklaşık 5 V'tur. Ancak, IC'nin tam olarak çalışmasını sağlamak için ek bir 2,5 V dahil edilmelidir.
• LED'in karşısında büyük olasılıkla 1,5 V voltaj düşüşü vardır.

Yukarıdakilerin tümü göz önüne alındığında, nominal kapasitesi 500 mAh olan 12 V NiCd pil, 5 mA akım kullanılarak kesintisiz olarak şarj edilebilir. Toplamda kapasitesinin sadece% 1'i kadardır.