Схемы зарядки для малогабаритных аккумуляторов. Устройство для зарядки малогабаритных аккумуляторов. Схема, описание. Как узнать состояние батареи

Данное зарядное устройство предназначено для независимой автоматической зарядки трёх малогабаритных АКБ, размера ААА, АА. Весь процесс зарядки индицируется светодиодами. Если аккумулятор не разряжен до 1-го вольта, то ЗУ проведёт его разрядку и только потом начнётся зарядка, по окончании которой ЗУ проверит работоспособность аккумулятора, и если он будет неисправен, то подаст соответствующий сигнал.
За основу своей конструкции, я взял схему из журнала «Радио» № 10 за 2007 год - «Зарядное устройство на микроконтроллере PIC12F675», стр. 33-35.

Схема зарядного устройства и схема блока питания, приведены ниже на рисунках 1 и 2. В оригинальном зарядном устройстве, был использован импульсный блок питания на микросхеме TNY264, который подробно описан в журнале "Радио" за 2006 год, стр. 33-34, и в качестве которого можно использовать любой подходящий блок питания, с выходным напряжением 9 - 12 вольт, и током нагрузки от 1,5 ампера.

Рисунок 1.
Схема электрическая принципиальная.

Рисунок 2.
Схема электрическая принципиальная блока питания.

Программа для применённого в схеме микроконтроллера PIC12F675, постоянно дорабатывается. На данное время есть версия прошивки ZU_12F675_V_6.5.1. Я прошил версией ZU_12F675_V_6.4. Работает нормально. В прикреплённом архиве имеются все эти прошивки.
Данное зарядное устройство так же можно собрать и на микроконтроллере PIC12F683, программа для него написана пользователем kpmic с форума, ссылка на который приведена ниже и основательно отличается от версий для МК 12F675.
На данном микроконтроллере я работу устройства не проверял, а прошивка для него также имеется в прикреплении.
Да, схема и плата при применении данного микроконтроллера переделки не требует, отличие от версий для МК 12F675
измерение напряжения производится по прерыванию АЦП..

Работа схемы.

После подачи питающего напряжения, МК DD1 последовательно проверяет наличие подключенных к ячейкам аккумуляторов. При отсутствии напряжения на гнезде XS1 - МК DD1 "делает вывод”, что аккумулятор не установлен и переходит к анализу состояния следующей ячейки. Когда аккумулятор подключен, MK DD1 измеряет его напряжение, и если оно более 1 В. ячейка включается на режим разрядки.
На выводе 5 регистра DD2 появляется высокий уровень напряжения, открывается транзистор 1VT3, и через него и резистор 1R8 протекает ток разрядки около 100 мА, а светодиод 1HL2 начинает светить, индицируя этот режим.
Как только напряжение аккумулятора станет менее 1 В, МК DD1 выключит режим разрядки и светодиод 1HL2 погаснет. Высокий уровень появится на выводе 6 регистра DD2, откроются транзисторы 1VT1 и 1VT2, начнется зарядка аккумулятора и загорится светодиод 1HL1.
В этом режиме МК DD1 периодически измеряет напряжение на аккумуляторе, и когда оно достигнет значения 1,45 В, он начинает проверять возрастает напряжение или нет. Когда напряжение перестает увеличиваться, режим зарядки прекращается и кратковременно включается режим разрядки (загорается светодиод 1HL2) и измеряется напряжение на аккумуляторе. Если оно будет 1,1 В и менее, что свидетельствует о неудовлетворительном состоянии аккумулятора, светодиод 1HL2 станет мигать.

При подключении к ЗУ аккумулятора, напряжение на котором менее 1 В, режим зарядки включается сразу.
Для охлаждения элементов ЗУ применен вентилятор М1, который начинает работать при включении режима зарядки любого из аккумуляторов. Так как на него поступает напряжение питания меньше номинального (примерно 8,5 В), вращается он медленно, но производительности достаточно для охлаждения устройства. После окончания зарядки всех аккумуляторов вентилятор прекращает работу, а светодиод HL1 зеленого цвета свечения начинает мигать, показывая, что ЗУ можно отключить от сети.

ЗУ собрал на печатке, которую сделал по размерам имеющегося корпуса

Рисунок 3.
Печатная плата ЗУ.

При номиналах 1R2 24Ома - ток заряда около 0,22А и 1R8 10 Ом - ток разряда - 0,1А. Если нужны другие токи (под конкретный АКБ), то необходимо подбирать эти резисторы.

При прошивке МК особое внимание об-ратить на калибровочный байт, прошитый на заводе. Перед программированием необходимо прочитать содержимое его памяти. В конце последней строки вместо 3FFF будет 34ХХ это и есть байт, после загрузки hex в буфер программы эту константу нужно вернуть на место вручную ! Ели затереть калибровочный байт, ЗУ не будет работать.

Ниже на рисунке 4, он обведён красным квадратом.

Рисунок 4.
Скрин с калибровочным байтом.

Если собрано все правильно, детали исправные, МК прошит как говорилось раньше, то ЗУ начинает работать сразу.
В процессе прогонки (проверки работоспособности, проверка max тока потребления, чтобы определиться с блоком питания) проводил заряд-разряд АКБ на всех каналах по раздельно и вместе.

У применённой мной версии прошивки, после включения устройства - кратковременно мигают светодиоды разряда.
Если напряжение больше 1 V - включается разряд, загораются светодиоды разряда и светодиод индикации включения.
Желтый (1HL2) - разряд до 0,9 V, красный (1HL1) - заряд, напряжение зависит от состояния аккумулятора, чем хуже аккумулятор, тем выше напряжение, может доходить до 2,5 V (зависит от внутреннего сопротивления аккумулятора).
После окончания заряда, на 10 сек. включается желтый (разряд) и измеряется напряжение на аккумуляторе, и если оно упало до 1,1 вольта (и ниже), то мигает желтый светодиод. Аккумулятор в таком случае можно выкинуть или использовать в пультах управления. Хватает на пару месяцев.
При тестировании использовал свой лабораторный БП:

Рисунок 5.
Лабораторный БП.

Зеленый (HL1) включается при отсчете минутных интервалов, вспыхивает каждую минуту.
Так как устройство предназначенного для длительной работы (полный цикл заряд-разряд АКБ 2,8 А/ч занял около 15 часов), то желательно проконтролировать температурный режим силовых элементов (1DA1, 1VT2 во всех каналах) в подготовленном Вами корпусе.
Я сначала установил 1VT2 такие, как по схеме - КТ973, но в процессе работы «уж больно сильно они грелись» - до 70С. Пришлось поставить по мощнее - TIP146 (по схеме Дарлингтона, составные, аналог КТ825). Можно было в принципе оставить и КТ973, только желательно предусмотреть для них теплоотвод.
7805 тоже порядочно греются, если есть возможность, то их тоже лучше ставить на радиатор (все три на общую пластину через изолятор).

После всех тестов определился с параметрами необходимого БП, который должен иметь напряжение 9,5 V, и с током нагрузки 1,5 А.
Сначала пытался использовать и «китайские» малогабаритные БП, потом принял решение собирать ИБП по подобию в оригинале, на основе микрух TNY267PN (имеются в наличии). При проектировании использовал программу PIExpertSuite. Данная прога очень упрощает изготовление ИБП.
Вот скрин рабочего проекта:

Рисунок 6.
Скрин рабочего проекта схемы БП.

Рисунок 7.
Спецификация (список элементов).

Схема электрическая принципиальная, применённого мной в устройстве блока питания.

Рисунок 8.
Схема блока питания.

Программа PIExpertSuite очень удобная для проектирования импульсных блоков питания (правда, только на основе подобных микрух) и дает все рекомендации в использовании и применении компонентов, а также и изготовлении импульсного трансформатора.

Изготовил плату ИБП

Рисунок 10.
Печатная плата ИБП.

Собрал, проверил в работе.

Рисунок 11.
Собранная конструкция блока питания.

При изготовлении ЗУ обратил внимание, что в схеме есть неточности: вывод 4 (GP3/MCLR) DD1 подключить к плюсу питания через резистор 1 к; перепутаны ноги DD1 5, 7 - это 1-й и 3-й канал (просто поменять местами при изготовлении платы).

Рисунок 12.
Плата БП в корпусе.

Рисунок 13.
Плата ЗУ в крышке корпуса.

Рисунок 14.
Компоновка устройства.

По данному ЗУ есть форум журнала "Радио", где обсуждаются некоторые вопросы по повторению данной конструкции…

Если кто-то заинтересуется данной конструкцией, и в процессе сборки, или настройки возникнут какие либо вопросы, то задавайте их на форуме. Чем смогу - обязательно помогу и отвечу на вопросы.

В прикреплённом вложении содержатся все необходимые файлы для сборки ЗУ.

Архив для статьи.

Диодный мост выдерживающий ток более ампера. Конденсатор фильтра электролитический на емкость от 470 мкФ, и напряжением 25-50В. Трансформатор можно взять с мощностью 20-40 ватт и имеющим нужное нам напряжение на вторичной обмотке. Ток зарядки аккумулятора устанавливаем согласно формулы:

I = (0,5 … 0,7) / R2

Резистор R2 желательно ставить переменный (для возможности регулировки максимального начального тока заряда). Стабилизатор КРЕН12А (LM317) позволяет регулировать выходное напряжение зарядки в широких пределах (от 1,5 до 35 В).

По мере напряжение на нем будет приближаться к напряжению стабилизатора и, соответственно, ток через транзистор (нижний по схеме) станет понижаться. Это приведет к его постепенному закрыванию, а светодиод плавно погаснет. Для контроля процесса зарядки, удобно использовать на выходе стрелочный индикатор. Хорошо подходят для этого индикаторы уровня записи старых магнитофонов.

Зарядка настроек не требует и при правильной сборке начинает работать сразу. При подключении к клеммам разряженного аккумулятора загорается светодиод и стрелка прибора отклоняется к концу шкалы, в зависимости от типа аккумулятора. С помощью переменного резистора R3 выставляем максимальный ток зарядки. По мере зарядки яркость светодиода будет постепенно понижаться, а стрелка прибора приближаться к началу шкалы. При полной зарядке, когда напряжения на аккумуляторе и выходе зарядного устройства сравняются, ток через аккумулятор станет нулевым. Это исключит всякий риск перезарядить аккумулятор.

Вместо переменного резистора R4 удобнее использовать переключатель с набором заранее подобранных сопротивлений. Тогда нужно будет лишь установить переключателем нужное нам напряжение заряда.

Подбирая сопротивления нижнего ряда резисторов, мы выставляем на выходе нужное нам напряжение. Таким способом легко подобрать любое напряжение. Зарядное устройство собрано на небольшой плате, размерами 2,5 х 3 см.

Источники питания

Н. ГЕРЦЕН, г. Березники Пермской обл.
Радио, 2000 год, №7

На питании малогабаритной аппаратуры от гальванических элементов и батарей при сегодняшних ценах можно буквально разориться. Выгоднее, потратясь один раз, перейти на использование аккумуляторов. Для того чтобы они служили долго, их необходимо правильно эксплуатировать: не разряжать ниже допустимого напряжения, заряжать стабильным током, вовремя прекращать зарядку. Но если за выполнением первого из этих условий приходится следить самому пользователю, то выполнение двух остальных желательно возложить на зарядное устройство. Именно такое устройство и описывается в статье.

При разработке ставилась задача сконструировать устройство, обладающее следующими характеристиками:

Широкими интервалами изменения зарядного тока и напряжения автоматического прекращения зарядки (АПЗ). обеспечивающими зарядку как отдельных аккумуляторов, применяемых для питания малогабаритной аппаратуры, так и составленных из них батарей при минимальном числе механических переключателей;
- близкими к равномерным шкалами регуляторов, позволяющими с приемлемой точностью устанавливать зарядный ток и напряжение АПЗ без каких-либо измерительных приборов;
- высокой стабильностью зарядного тока при изменении сопротивления нагрузки;
- относительной простотой и хорошей повторяемостью.

Описываемое зарядное устройство полностью отвечает этим требованиям. Оно предназначено для зарядки аккумуляторов Д-0.03. Д-0.06. Д-0.125. Д-0.26. Д-0.55. ЦНК-0,45. НКГЦ-1.8. их импортных аналогов и батарей, составленных из них. До выставленного порога включения системы АПЗ аккумулятор заряжается стабилизированным током, не зависящим от типа и числа элементов, при этом напряжение на нем по мере зарядки постепенно растет. После срабатывания системы на аккумуляторе стабильно поддерживается выставленное ранее постоянное напряжение, а зарядный ток уменьшается. Иными словами, перезарядки и разрядки аккумулятора не происходит, и он может оставаться подключенным к устройству длительное время.

Устройство можно использовать в качестве блока питания малогабаритной аппаратуры с регулируемым напряжением от 1,5 до 13 В и защитой от перегрузки и короткого замыкания в нагрузке.

Основные технические характеристики устройства следующие:

Зарядный ток на пределе "40 мА" - 0...40, на пределе "200 мА" - 40...200 мА;
- нестабильность зарядного тока при изменении сопротивления нагрузки от 0 до 40 Ом - 2.5 %;
- пределы регулирования напряжения срабатывания АПЗ - 1,45... 13 В.

Схема зарядного устройства

В качестве стабилизатора зарядного тока применен источник тока на транзисторе \Л"4. В зависимости от положения переключателя SA2 ток в нагрузке Iн определяется соотношениями: I Н = (U Б - U БЭ)/R10 и I Н = (U Б - U БЭ)/(R9 + R10), где U Б - напряжение на базе транзистора VT4 относительно плюсовой шины, В; U БЭ - падение напряжения на его эмиттерном переходе, В; R9, R10 - сопротивления соответствующих резисторов, Ом.

Из этих выражений следует, что. изменяя напряжение на базе транзистора VT4 переменным резистором R8. можно регулировать ток нагрузки в широких пределах. Напряжение на этом резисторе поддерживается неизменным стабилитроном VD6, ток через который, в свою очередь, стабилизирован полевым транзистором VT2. Все это и обеспечивает нестабильность зарядного тока, указанную в технических характеристиках. Применение источника стабильного тока, управляемого напряжением, позволило изменять зарядный ток вплоть до весьма малых значений, иметь близкую к равномерной шкалу регулятора тока (R8) и достаточно просто переключать пределы его регулирования.

Система АПЗ. срабатывающая после достижения предельно допустимого напряжения на аккумуляторе или батарее, включает в себя компаратор на ОУ DA1, электронный ключ на транзисторе VT3, стабилитрон VD5. стабилизатор тока на транзисторе VT1 и резисторах R1 - R4. Индикатором зарядки и ее окончания служит светодиод HL1.

При подключении к устройству разряженного аккумулятора напряжение на нем и неинвертирующем входе ОУ DA1 меньше образцового на инвертирующем, которое установлено переменным резистором R3. По этой причине напряжение на выходе ОУ близко к напряжению общего провода, транзистор VT3 открыт, через аккумулятор течет стабильный ток, значение которого определяется положениями движка переменного резистора R8 и переключателя SA2.

По мере зарядки аккумулятора напряжение на инвертирующем входе ОУ DA1 возрастает. Повышается напряжение и на его выходе, поэтому транзистор VT2 выходит из режима стабилизации тока, VT3 постепенно закрывается и его коллекторный ток уменьшается. Процесс продолжается до тех пор. пока стабилитрон VD6 не перестает стабилизировать напряжение на резисторах R7, R8. С понижением этого напряжения транзистор VT4 начинает закрываться и зарядный ток быстро уменьшается. Его конечное значение определяется суммой тока саморазрядки аккумулятора и тока, текущего через резистор R11. Иными словами, с этого момента на заряженном аккумуляторе поддерживается напряжение, установленное резистором R3, а через аккумулятор течет ток, необходимый для поддержания этого напряжения.

Светодиод HL1 индицирует включение устройства в сеть и две фазы процесса зарядки. При отсутствии аккумулятора на резисторе R11 устанавливается напряжение, определяемое положением движка переменного резистора R3. Для поддержания этого напряжения требуется весьма незначительный ток, поэтому HL1 светится очень слабо. В момент подключения аккумулятора яркость его свечения возрастает до максимальной, а после срабатывания системы АПЗ по окончании зарядки - скачкообразно уменьшается до средней между названными выше. При желании можно ограничиться двумя уровнями свечения (слабое, сильное), для чего достаточно подобрать резистор R6.

Детали устройства смонтированы на печатной плате, чертеж которой показан на рис. 2. Она выполнена методом прорезания фольги и рассчитана на установку постоянных резисторов МЛТ, подстроечного (проволочного) ППЗ-43. конденсаторов К52-1Б (С1) и KM (С2). Транзистор VT4 установлен на теплоотводе с эффективной площадью теплового рассеяния 100 см 2 . Переменные резисторы R3 и R8 (ППЗ-11 группы А) закреплены на передней панели устройства и снабжены шкалами с соответствующими отметками.

Переключатели SA1 и SA2 - любого типа, желательно, однако, чтобы контакты используемого в качестве SA2 были рассчитаны на коммутацию тока не менее 200 мА.

Сетевой трансформатор Т1 должен обеспечивать на вторичной обмотке переменное напряжение 20 В при токе нагрузки 250 мА.

Полевые транзисторы КПЗОЗВ можно заменить на КПЗОЗГ - КПЗОЗИ, биполярные КТ361В - на транзисторы серий КТ361. КТ3107, КТ502 с любым буквенным индексом (кроме А), а КТ814Б - на КТ814В. КТ814Г. КТ816В. КТ816Г. Стабилитрон Д813 (VD5) необходимо подобрать с напряжением стабилизации не менее 12.5 В. Вместо него допустимо использовать Д814Д или любые два соединенных последовательно маломощных стабилитрона с суммарным напряжением стабилизации 12.5... 13.5 В. Возможна замена ППЗ-11 (R3. R8) переменными резисторами любого типа группы А, а ППЗ-43 (R10) - подстроенным резистором любого типа с мощностью рассеяния не менее 3 Вт.

Налаживание устройства начинают с подбора яркости свечения светодиода HL1. Для этого переводят переключатели SA1 и SA2 соответственно в положения "13 В" и "40 мА". а движок переменного резистора R8 - в среднее, подключают к гнездам XS1 и XS2 резистор сопротивлением 50... 100 Ом и находят такое положение движка резистора R3. в котором изменяется яркость свечения HL1. Увеличения различия в яркости свечения добиваются подбором резистора R6.

Затем устанавливают границы интервалов регулирования зарядного тока и напряжения АПЗ. Подключив к выходу устройства миллиамперметр с пределом измерения 200...300 мА. переводят движок резистора R8 в нижнее (по схеме) положение, а переключатель SA2 - в положение "200 мА". Изменением сопротивления подстроечного резистора R10 добиваются отклонения стрелки прибора до отметки 200 мА. Затем перемещают движок R8 в верхнее положение и подбором резистора R7 добиваются показаний 36...38 мА. Наконец, переключают SA2 о положение "40 мА". возвращают движок переменного резистора R8 в нижнее положение и подбором R9 устанавливают выходной ток в пределах 43...45 мА.

Для подгонки границ интервала регулирования напряжения АПЗ переключатель SA1 устанавливают в положение "13 В", а к выходу устройства подключают вольтметр постоянного тока с пределом измерения 15...20 В. Подбором резисторов R1 и R4 добиваются показаний 4,5 и 13 В в крайних положениях движка резистора R3. После этого, переведя SA1 в положение "4,5 В", в тех же положениях движка R3 устанавливают стрелку прибора на отметки 1.45 и 4,5 В подбором резистора R2.

В процессе эксплуатации напряжение АПЗ устанавливают из расчета 1,4... 1,45 В на один заряжаемый аккумулятор.

Если устройство не предполагается использовать для питания радиоаппаратуры, индикацию окончания зарядки погасанием светодиода можно заменить его миганием, для чего достаточно ввести в компаратор гистерезис -дополнить устройство резисторами R12, R13 (рис. 3). а резистор R6 удалить. После такой доработки при достижении установленного значения напряжения АПЗ светодиод HL1 погаснет, а зарядный ток через аккумулятор полностью прекратится. В результате напряжение на нем начнет падать, поэтому вновь включится стабилизатор тока и загорится светодиод HL1. Иными словами, при достижении установленного напряжения HL1 начнет мигать, что иногда более наглядно, чем некая средняя яркость свечения. Характер процесса зарядки аккумулятора в обоих случаях остается неизменным.

Устройство обеспечивает стабильный ток заряда, автоматически отключается при достижении заданного напряжения на аккумуляторе. Схема работает так:

В течение нескольких секунд на аккумулятор подаётся зарядный ток, затем он автоматически отключается, примерно на 1 сек и производится замер ЭДС на аккумуляторе.

Как правило ЭДС полностью заряженного никель - кадмиевого аккумулятора составляет 1,35 V - если на аккумуляторе достигнута эта величина, переключается компаратор и срабатывает RS триггер, отключающий зарядный ток и включающий светодиод "Аккумулятор заряжен ".

Зарядное устройство позволяет заряжать аккумуляторные батареи с максимальным напряжением до 18 V . Ток зарядки регулируется переменным резистором в пределах 10 - 200 мА, а требуемое значение ЭДС аккумуляторной батареи, при которой зарядка прекращается также устанавливается переменным резистором.

Во время протекания зарядного тока периодически мигает светодиод "Заряд ".

Выходной транзистор необходимо установить на небольшой радиатор, площадь которого зависит от величины требуемого тока заряда и напряжения аккумуляторной батареи.

На ось переменных резисторов желательно насадить ручки с указателями, и с помощью мультиметра произвести калибровку с нанесением рисок на лицевой панели устройства.

Простое автоматическое зарядное устройство.

Устройство для заряда аккумуляторов сотовых телефонов.

На рисунке представлена схема устройства для заряда сотовых телефонов на никель-металлогидридных (Ni-MH) и литиевых (Li-ion) аккумуляторах номинальным напряжением 3,6-3,8V с индикацией состояния и автоматической регулировкой выходного тока.

Для изменения значений выходного тока и напряжения, необходимо изменить номиналы элементов VD4, R5, R6.

Первоначальный ток зарядного устройства 100 мА, это значение определяет­ся выходным напряжением вторичной обмотки трансформатора Тр1 и величиной сопротивления резистора R2. Оба эти параметра можно корректировать, подбирая понижающий трансформатор или сопротивление ограничивающего резистора.
Напряжение сети 220V понижается трансформатором Тр1 до 10V на вторичной обмотке, затем выпрямляется диодным мостом VD1 и сглаживается конденсатором С1. Выпрямленное напряжение через токоограничивающий резистор R2 и усилитель тока на транзисторах VT2, VT3 поступает через разъем XI на аккумулятор сотового телефона и заряжает его минимальным током. При этом свечение светодиода HL1 свидетельствует о наличии зарядного тока в цепи. Если данный светодиод не светится, то это значит, что аккумулятор заряжен полностью, или в цепи зарядки нет контакта с нагрузкой (аккумулятором).
Свечение второго индикаторного светодиода HL2 в самом начале процесса зарядки не заметно, т. к. напряжения на выходе зарядного устройства недостаточно для открывания транзисторного ключа VT1. В это же самое время составной транзистор VT2, VT3 находится в режиме насыщения, и зарядный ток присутствует в цепи (протекает через аккумулятор).
Когда напряжение на контактах аккумулятора достигнет значения 3,8V, что говорит о полностью заряженном аккумуляторе, стабилитрон VD2 открывается, транзистор VT1 также открывается и светодиод HL2 загорается, а транзисторы VT2, VT3 соответственно закрываются и зарядной ток в цепи питания аккумулятора (XI) уменьшается почти до нуля.

Налаживание.
Налаживание сводится к установке максимального зарядного тока и напряжения на выходе устройства, при котором светится светодиод HL2.
Для этого потребуются два однотипных аккумулятора для сотового телефона с номинальным напряже­нием 3,6-3,8V. Один аккумулятор полностью разряженный, а другой соответственно полностью заряженный штатным зарядным устройством.
Максимальный ток устанавливается опытным путем:
К выходу зарядного устройства (точки А и Б, разъема XI) через включенный последовательно миллиамперметр постоянного тока подключают заведомо разряженный сотовый телефон который после длительной эксплуатации выключился сам из-за разряженной аккумуляторной батареи, и подбором сопротивления резистора R2 выставляют ток 100 мА.
Для этой цели удобно использовать стрелочный миллиамерметр с током полного отклонения 100 мА, применять цифровой тестер нежелательно из-за инерции считывания и индикации показаний.
После этого (предварительно отключив зарядное устройство от сети переменного тока) эмиттер транзистора VT3 отпаивают от других элементов схе­мы и вместо "севшего" аккумулятора к точкам А и Б на схеме подключают нормально заряженный аккумулятор (для этого переставляют аккумуляторы в одном и том же телефоне). Теперь подбором сопротивления резисторов R5 и R6 добиваются зажигания светодиода HL2.
После этого эмиттер транзистора VT3 подключают обратно к другим элементам схемы.

О деталях
Трансформатор Тр1 любой, рассчитанный на питание от сети 220V 50 Гц и вторичной обмоткой, выдающей напряжение 10 - 12V.
Транзисторы VT1, VT2 типа КТ315Б - КТ315Е, КТ3102А - КТ3102Б, КТ503А - КТ503В, КТ3117А или аналогичные по электрическим характеристикам.
Транзистор VT3 - из серий КТ801, КТ815, КТ817, КТ819 с любым буквенным индексом. Необходимости в установке этого транзистора на теплоотвод нет.
Все постоянные резисторы (кроме R2) типа МЛТ-0,25, MF-25 или аналогичные, R2 - мощностью 1 Вт.
Оксидный конденсатор С1 типа К50-24, К50-29 или аналогичный на рабочее напряжение не ниже 25V.
Светодиоды HL1, HL2 типа АЛ307БМ или другие (для индикации состояния различными цветами), рассчитанные на ток 5-12 мА.
Диодный мост VD1 - любой из серии КЦ402, КЦ405, КЦ407.
Стабилитрон VD2 определяет напряжение, при котором зарядной ток устройства уменьшится почти до нуля. В данном варианте необходим стабилитрон с напряжением стабилизации (открывания) 4,5-4,8V. Указанный на схеме стабилитрон можно заменить на КС447А или составить из двух стабилитронов на меньшее напряжение, включив их последовательно. Кроме того, порог автоматического отключения режима зарядки устройства можно корректировать изменением сопротивления делителя напряжения, состоящего из резисторов R5 и R6.

Источник:

Кашкаров А. П. «Электронные самоделки» - Спб.: БХВ-Петербург, 2007, стр.32.

http://istochnikpitania.ru/index.files/Electronic_sxem.files/Electronic_sxem45.htm

Простые схемы зарядных устройств.

Сейчас на рынке имеется множество сложных устройств, для зарядки аккумуляторов токами различной формы и амплитуды с системами контроля зарядного процесса, однако на практике эксперименты с различными схемами зарядных устройств подводят нас к простому выводу, что всё гораздо проще.

Зарядный ток 10% от ёмкости АКБ подходит как для NiCd, так и для Li-Ion аккумуляторов. И чтобы полностью зарядить аккумулятор, ему надо дать время зарядки около 10 - 12 часов.

Например, когда нам нужно зарядить пальчиковый аккумулятор на 2500 мА, нужно выбрать ток 2500/10 = 250 мА и заряжать им его в течении 12 часов.

Схемы нескольких таких зарядных устройств показаны ниже :

Устройство, не содержащее трансформатора изображенное на рис. 2, позволяет заряжать, как один аккумулятор, так и батарею из нескольких аккумуляторных элементов, зарядный ток при этом изменяется незначительно.

В качестве диодов D1 - D7 используются диоды КД105 или аналогичные. Светодиод D8 - АЛ307 или подобный, желаемого цвета свечения. Диоды D1 - D4 могут быть заменены на диодную сборку. Резистором R3 подбирают необходимую яркость свечения светодиода. Емкость конденсатора С1, задающего необходимый зарядный ток рассчитывается по формуле:

C1= 3128/А,
А = V - R2,
V = (220 - Uедс) / J: Где: C1 в мкФ; Uедс - напряжение на аккумуляторной батарее в V ; J - необходимый зарядный ток в А.

Например, рассчитаем емкость конденсатора для зарядки батареи из 8 аккумуляторов емкостью 700mAh.

Зарядный ток (J) будет составлять 0.1 емкости аккумулятора - 0.07А, Uедс 1.2 х 8 =9.6 V .

Следовательно, V = (220 - 9.6) / 0.07 = 3005.7, далее А = 3005.7 - 200 = 2805.7.

Емкость конденсатора составит С1 = 3128 / 2805.7 = 1.115 мкФ, ближайший номинал - 1мкФ.

Рабочее напряжение конденсатора должно быть не менее 400 V . Рассеиваемая мощность резистора R2 определяется величиной зарядного тока. Для зарядного тока 0.07А она будет 0.98 Вт (P= JxJxR). Выбираем резистор с рассеиваемой мощностью 2 Вт.

Зарядное устройство не боится коротких замыканий. После сборки зарядного устройства можно проверить зарядный ток, подключив вместо аккумуляторной батареи амперметр.

Если аккумуляторная батарея подключена с нарушением полярности, то еще до включения зарядного устройства в электрическую сеть светодиод D8 будет светиться.

После подключения устройства к электрической сети светодиод сигнализирует о прохождении зарядного тока через аккумуляторную батарею.

Показанное на рис. 3 устройство позволяет заряжать одновременно четыре аккумулятора Д-0,26 током 26 мА в течение 12...14 часов.

Рис.3

Избыточное напряжение сети 220V гасится за счет реактивного сопротивления конденсаторов (Хс).

Используя эту электрическую схему и зная рекомендуемый для конкретного типа аккумуляторов ток заряда (I з), по приводимым ниже формулам можно определить емкость конденсаторов С1, С2 (суммарно С=С1+С2) и выбрать тип стабилитрона VD2 так, чтобы напряжение его стабилизации превышало напряжение заряженных аккумуляторов примерно на 0,7V .

Тип стабилитрона зависит только от количества одновременно заряжаемых аккумуляторов, так, например, для заряда трех элементов Д-0,26 или НКГЦ-0,45 необходимо применять стабилитрон VD2 типа КС456А. Пример расчета приведен для аккумуляторов Д-0,26 с зарядным током 26мА.

В зарядном устройстве применяются резисторы типа МЛТ или С2-23, конденсаторы С1 и С2 типа К73-17В на рабочее напряжение 400V . Резистор R1 может иметь номинал 330...620 кОм, он обеспечивает разряд конденсаторов после отключения устройства.

Светодиод HL1 можно использовать любой, при этом подобрав резистор R3 так, чтобы он светился достаточно ярко. Диодная матрица VD1 заменяется четырьмя диодами КД102А.

Индикация наличия напряжения в цепи заряда осуществляется светодиодом HL1, диод VD3 позволяет предотвратить разряд аккумулятора через цепи зарядного устройства при отключении его от сети 220V .

При заряде аккумуляторов НКГЦ-0,45 током 45мА резистор R3 необходимо уменьшить до величины, при которой светодиод светится полной яркостью.

Схема зарядного устройства (рис. 4) предназначена для заряда аккумуляторов типа НКГЦ-0,45 (НКГЦ-0,5). Заряд производится током 40...45 мА в течение одной полуволны сетевого напряжения, в течение второй полуволны, диод закрыт и на элемент G1 зарядный ток не поступает.

Рис. 4

Для индикации наличия сетевого напряжения используется миниатюрная лампа HL1 типа СМН6.3-20 или аналогичная.

При правильной сборке устройств настройка не требуется. Емкость конденсатора считаем по формуле: С1 (в мкФ)= 14.8* ток зарядки (в А)

Если нужен ток 2А, то 14.8*2=29.6 мкФ. Берем конденсатор эмкостью 30мкФ и получаем ток заряда 2 Ампера. Резистор, для разряда конденсатора.

Схема зарядного устройства, приведенная на следующем рисунке, представляет собой простейший стабилизатор тока. Зарядный ток регулируется с помощью переменного резистора в пределах от 10 до 500 мА.

В устройстве можно применить любые диоды способные выдержать зарядный ток.

Напряжение питания должно быть на 30% больше максимального напряжения заряжаемой батареи.

Так как все приведенные схемы НЕ исключают возможность получения аккумулятором избыточного заряда, при использовании таких устройств необходимо контролировать время заряда, которое не должно превышать 12 часов.

Всех приветствую, кто заглянул на огонек. Речь в обзоре пойдет, как вы наверно уже догадались, о зарядно-балансировочном устройстве EV-Peak E3, позволяющим заряжать аккумуляторные сборки (2S-4S) на основе лития (Li-Ion / Li-Pol) в режиме балансировки током 3А. Данный прибор представляет огромный интерес, в первую очередь, для людей, увлекающихся РУ техникой и имеющих большой парк различных модельных аккумуляторов, а также для переделки электроинструмента на литий. Зарядное устройство имеет некоторые особенности, поэтому кому интересно, как устройство показало себя в работе, милости прошу под кат.

Общий вид зарядно-балансировочного устройства EV-Peak E3:


Данный зарядник покупался с конкретной целью – быстрая зарядка переделанной на литий 4S батареи шуруповерта. На момент покупки он стоил $14,99, чего-то аналогичного по функционалу (заряд 4S через балансировочный выход) за эти деньги просто нет:


Краткие ТТХ:
- Производитель – EV-Peak
- Модель – e3
- Корпус – пластик
- Напряжение питания – 100-240V
- Зарядная мощность – 30W
- Зарядный ток – 3А (фиксирован, постепенно снижается)
- Ток балансировки – 400ma
- Типы поддерживаемых аккумуляторов – литиевые (Li-Ion / Li-Pol) 2S-4S
- Размеры – 116мм*72мм*40мм
- Вес – 170гр

Комплектация:
- зарядное устройство EV-Peak E3
- сетевой шнур с евровилкой длиной 1м
- инструкция


Зарядное устройство EV-Peak E3 поставляется в компактной коробочке темного цвета из плотного гофрокартона, на которой присутствует логотип компании и наименование модели:


С торца коробки указаны основные спецификации устройства и тип вилки питания:


Для подключения к питающей сети служит сетевой шнур с евровилкой длиной около 1м:


В комплекте имеется краткое руководство по эксплуатации на английском языке:


Итого, комплектация хорошая, все доступно для работы «из коробки».

Габариты:

Зарядное устройство EV-Peak E3 очень компактное. Его размеры всего 116мм*72мм*40мм. Вот сравнение с аналогом в лице SkyRC e450:


Ну и по традиции, сравнение с тысячной банкнотой и коробком спичек:


Вес зарядного устройства небольшой – около 185гр:


Внешний вид:

EV-Peak E3 представляет собой зарядно-балансировочное устройство, способное заряжать аккумуляторные сборки (2S-4S) на основе лития (Li-Ion / Li-Pol) током 3А. Ток балансировки при этом – около 400ma. В отличие от SkyRC e450, в зарядном устройстве EV-Peak E3 отсутствует возможность заряда высоковольтовых литиевых аккумуляторов (HV 4,35V), литий-фосфатных (Li-Fe), а также с некоторой натяжкой аккумуляторов на основе никеля (NiCd/NiMH). К тому же, отсутствует возможность выбора зарядного тока, что является одним из главных минусов устройства. Другими словами, ЗУ EV-Peak E3 идеально подойдет для быстрой зарядки емких аккумуляторных сборок от радиоуправляемых моделей или электроинструмента.
Зарядное устройство EV-Peak E3 выполнено в черном пластиковом корпусе с множеством вентиляционных отверстий по бокам и включает в себя как схему управления зарядом, так и блок питания:


Основной концепцией компании является простота и надежность. В связи с этим, ЗУ EV-Peak E3 лишено каких-либо кнопок управления, а пользователю доступны лишь гнездо для подключения сетевого шнура и гнёзда для подключения аккумуляторных сборок. Расположены они по разным торцам устройства:


С противоположного торца присутствуют три гнезда для подключения трех видов аккумуляторных сборок (слева внизу – 2S, справа внизу - 3S, сверху - 4S):


На нижней стороне корпуса присутствует наклейка с указанием основных характеристик устройства, а также четыре пластиковые ножки:


Для индикации процесса (уровня) заряда предназначены 4 светодиодных индикатора:


После подключения аккумулятора, заряд начинается не сразу. В режиме ожидания поочередно мигают два индикатора, а при подключении аккумуляторной сборки сначала происходит проверка правильности подключения, а лишь затем начинается заряд.

Управление и индикация работы:

По управлению все банально и просто:
1) сначала подключаем зарядное устройство к сети. При этом должны поочередно мигать два индикатора
2) далее подключаем балансировочный разъем аккумулятора в соответствующее гнездо. Левый нижний разъем – для 2S, правый нижний – для 3S, верхний - для 4S сборок (двух/трех/четырехбаночные сборки аккумуляторов)
3) электроника проверяет правильность подключения и начинает заряд

Основное отличие зарядного устройства EV-Peak E3 от аналогичного SkyRC e450 в том, что нет необходимости подключать силовой разъем к устройству, поскольку питание подается сразу же на крайние балансировочные выводы:


Хотелось бы также заметить, что данное устройство кардинально отличается от SkyRC e3 и его многочисленных копий:


В тех устройствах установлены три независимых линейных контроллера (TP4056 или аналоги), заряжающие каждый свою банку током 0,8-1А. Балансировка, как таковая, там отсутствует и заряд начинается сразу же после подключения. Соответствие конечных напряжений на ячейках оставляет желать лучшего, впрочем, как и зарядный ток. В свою очередь, зарядное устройство EV-Peak E3 построено на несколько иной схемотехнике и «подгоняет» напряжение на всех ячейках к одному значению (4,2V на каждую банку).

Индикация заряда:
- мигает первый индикатор – уровень заряда батареи менее 25%
- горит первый и мигает второй индикатор - уровень заряда батареи от 25% до 50%
- горят первый, второй и мигает третий индикатор - уровень заряда батареи от 50% до 75%
- горят все три и мигает четвертый индикатор - уровень заряда батареи от 75% до 99% (балансировка)
- все четыре индикатора горят – батарея полностью заряжена

Разборка устройства:

Разобрать зарядное устройство EV-Peak E3 достаточно просто. Для этого необходимо выкрутить четыре винта на нижней стороне корпуса:


К качеству монтажа нареканий практически нет - пайка ровная, но в некоторых местах флюс до конца не смыт:


Микросхемы на оборотной стороне платы более крупно:


По схемотехнике входной фильтрующей части блока питания нареканий практически нет: присутствует плавкий предохранитель, фильтрующий конденсатор Х-типа (фильтрация от помех самого БП), кондер 68mkF*400V, двухобмоточный дроссель и конденсаторы Y-типа для снижения импульсных помех (синие):


Не хватает, правда, терморезистора для ограничения пускового тока и варистора для защиты от бросков сетевого напряжения. Силовые мосфеты и диоды прижаты к плоскому алюминиевому радиатору (пластине) через термопасту:


К сожалению, удалось прочитать только слева маркировку сдвоенных диодов Шоттки (MBRF20100CT), рассчитанные на 100V/20A.
Ревизия платы V1.4:


Многим покажется сходство 8-миногих мосфетов с «народными» линейными контроллерами заряда, но это не так. На плате присутствуют четыре мосфета AO4407A (один на оборотной стороне платы), рассчитанные на 30V/12A и четыре резисторных шунта:


Вцелом, исполнение хорошее, некоторые элементы взяты с запасом и дополнительно зафиксированы герметиком. На верхней крышке корпуса присутствует вырезанное окно, закрытое наклейкой:


Подозреваю, что в ассортименте компании есть похожие модели в подобном корпусе, но уже с кнопкой управления или кнопкой выбора тока заряда.

Тестирование зарядного устройства EV-Peak E3:

Прежде чем начать тестирование, немного расскажу о балансировке. Она предназначена для выравнивания напряжения на ячейках/банках аккумуляторной сборки, соединенных последовательно две или более (2S-4S). Как известно, аккумуляторов с абсолютно одинаковыми параметрами не бывает, поэтому один разряжается чуть быстрее, другой – чуть медленнее остальных. Следовательно, и при заряде один зарядится чуть быстрее, другой – чуть медленнее. Хотелось бы отметить важную особенность данной модели, а именно наличие «правильной» балансировки.
Для тестирования соберем простенький стенд из холдера/держателя на три аккумулятора, трех вольтметров и одного ампервольтметра:


Как видим, аккумуляторы практически полностью высажены, кроме среднего (10-15% емкости у крайних, около 25% у среднего). На лицо достаточно большая разбалансировка. При подключении аккумуляторной сборки к зарядному устройству, после проверки начинается заряд. Как и в случае с ЗУ SkyRC e450, зарядное устройство EV-Peak E3 чуть занижает зарядный ток (около 2,75А), хотя все в пределах нормы (10%):


Ранее я уже сравнивал показания приборов и DIY вольтметров/амперметров. Как пример, фото замера проходящего тока токовыми клещами UNI-T UT204A из предыдущего обзора:


Показания аналогичны, что и при замерах с True RMS мультиметром UNI-T UT61E.
Через 30-40 минут, зарядный ток начинает плавно снижаться:


Я не думаю, что кому-то будет интересен весь процесс заряда поэтапно, поэтому приведу лишь некоторые выборки:


ЗУ EV-Peak E3 заряжает литиевые аккумуляторы по алгоритму CC/CV, метод балансировки - CV phase, т.е. балансир не активен до тех пор, пока какая-либо банка (ячейка) не перейдет в режим CV. При достижении на какой-либо банке напряжения 4,16-4,17V балансир активируется и грубо говоря, временно отключает данную банку, перенаправляя энергию заряда на оставшиеся банки. Поскольку балансировочный ток всего около 400ma, то процесс выравнивания напряжения при сильном дисбалансе не слишком быстрый. При небольшом разбросе напряжения на банках, балансировка занимает около 10минут, не более.
В итоге, за минуту до окончания заряда имеем следующие показатели:


После отключения имеем следующую картину:


В принципе, хорошо. Хотелось бы видеть точное побаночное напряжение 4,2V, но возможно все дело в плохособранном стенде, ибо все сделано на «соплях».
Небольшой видеоролик окончания заряда:

Несмотря на все плюсы, зарядное устройство имеет и некоторые особенности, отчего сфера применения зарядника несколько сужается:
- нельзя снизить зарядный ток. Для компактных РУ моделей с небольшими аккумуляторами (2S 500-750mah) ток заряда в 3А чрезмерно высок и может привести к возгоранию
- нельзя заряжать одиночные аккумуляторы (1S). С другой стороны, ток в 3А несколько великоват для большинства моделей аккумуляторов на 2600-3500mah, поэтому за минус можно не считать.
- зарядное устройство не имеет режима «разряда» или «хранения». Модельные «липольки» не рекомендуется хранить полностью заряженными, поэтому по окончании сезона их лучше разрядить до определенного значения
- зарядное устройство очень просто в использовании и отлично подойдет для зарядки емких батарей от РУ моделей или электроинструмента
- зарядное устройство не имеет дополнительного гнезда для питания от бортового аккумулятора автомобиля или автоприкуривателя, как более «продвинутые» собратья, поэтому о зарядке модельных аккумуляторов в полевых условиях можно забыть, либо приобретать отдельно автомобильный инвертор 12V -> 220V

Плюсы:
+ качество изготовления
+ высокий ток заряда (3А)
+ хорошая балансировка (400ma)
+ встроенный БП
+ простота управления и использования

Минусы:
- зарядный ток несколько занижен (максимум 2,8А)
- отсутствует возможность выбора зарядного тока (только 3А с постепенным снижением)

Вывод: данное зарядное устройство покупалось с конкретной целью – быстрая зарядка переделанной на литий батареи шуруповерта. Свои функции выполняет отлично, нареканий нет, поэтому могу смело рекомендовать, кого не смущают ее особенности…