Зачастую нет необходимости конструировать сложные устройства, которые учитывают много параметров разрядно-зарядного цикла аккумуляторов. Достаточно учесть пару-тройку таких параметров как напряжение окончания разрядки, напряжение окончания зарядки и зарядный ток. Выбранные параметры цикла предотвращают избыточную или недостаточную зарядку аккумуляторов, что в последствии увеличивает их срок службы.

Устройство питается от нестабилизированного источника с выходным током не менее 100 мА, напряжение которого с учётом пульсаций должно находиться в пределах 11,5...30 В.

Схема:

Микросхема DA1 стабилизирует напряжение питания 9 В для остальных узлов устройства. Основой устройства является триггер Шмитта на транзисторах VT1 и VT2, последний из которых включён как эмиттерный повторитель. Петля гистерезиса стабильна во времени и достаточно просто регулируется. Конденсатор СЗ защищает триггер Шмитта от ложных переключений при воздействии помех.
Состояние триггера Шмитта зависит от напряжения заряжаемой батареи, подключённой к выходу устройства. При напряжении 4 В и менее на эмиттере транзистора VT2 устанавливается высокий уровень напряжения, а при 5,92 В и более — низкий. Низкий уровень выходного напряжения на эмиттере VT2 не равен нулю и составляет 0,3 В, поэтому для исключения влияния нагрузки на нижний порог переключения триггера Шмитта применены развязывающие диоды VD1 и VD2, которые при таком напряжении не открываются.
Транзистор VT3, работает в ключевом режиме и управляет стабилизатором зарядного тока на транзисторе VT4, светодиоде HL1 и резисторе R11. Светодиод HL1 использован как стабистор и индикатор режима зарядки. Ток зарядки устанавливают путём подбора резистора R11 . Благодаря двойной стабилизации напряжения (микросхемой DA1 и светодиодом HL1) стабильность коллекторного тока транзистора VT4 достаточно высока(он не изменялся при подключении к выходу батареи, состоящей от двух до пяти элементов различной разряженности во время испытаний). Диод VD4 предотвращает разрядку батареи через стабилизатор тока после отключения питания устройства.
Через транзистор VT5, тоже работающий в режиме ключа, и резистор R13 осуществляется разрядка батареи до тех пор, пока тринистор VS1 закрыт. После открывания тринистора VS1 разрядка прекращается и светодиод HL2 - индикатор режима разрядки гаснет.

Работа устройства:
Сначала к ЗУ подключают батарею из четырёх аккумуляторов и затем подают напряжение питания. Пока напряжение батареи превышает 4 В (в среднем 1 В на элемент) транзистор VT1 открыт, транзисторы VT2—VT4, диоды VD1—VD4 и тринистор VS1 закрыты. Транзистор VT5 открыт и насыщен, через него и резистор R13 батарея разряжается. Светодиод HL2 включён. Ток разрядки не следует устанавливать больше 1/10 ёмкости батареи.

Когда напряжение батареи в процессе разрядки станет менее 4 В, триггер Шмитта переключится, транзистор VT1 закроется, a VT2 откроется. На выходе триггера Шмитта установится напряжение высокого уровня (около 8 В). Диод VD1 и тринистор VS1 открываются, в результате чего откроется и диод VD3, закроется транзистор VT5, светодиод HL2 погаснет, режим разрядки прекратится. Одновременно напряжение высокого уровня с выхода триггера Шмитта откроет диод VD2 и транзистор VT3, в результате чего загорится светодиод HL1, откроются транзистор VT4 и диод VD4, через которые начнётся зарядка батареи стабильным током.
Нажатием на кнопку SB1, устройство принудительно переключается из режима разрядки в режим зарядки. Это необходимо, если используются Ni-MH аккумуляторы, которые не подвержены "эффекту памяти" и, соответственно, не нуждаются в предварительной разрядке.

В процессе зарядки, когда напряжение батареи достигнет 5,92 В (в среднем 1,48 В на элемент), триггер Шмитта переключится: транзистор VT1 откроется, a VT2 закроется. Закроются диод VD2 и транзистор VT3, светодиод HL1 погаснет, в результате чего закроются транзистор VT4 и диод VD4, а процесс зарядки прекратится. Но тринистор VS1 остаётся открытым, поэтому транзистор VT5 не откроется и режим разрядки не включится. После выключения питания устройства необходимо отключить от него батарею, в противном случае она будет разряжаться.

Монтаж и комплектующие:
Транзисторы КТ315Б (VT1—VT3) можно заменить транзисторами КТ315Г или КТ315Е. Можно применить и другие кремниевые маломощные транзисторы структуры n-p-n с максимальным током коллектора не менее 100 мА, но для триггера Шмитта желательно подобрать транзисторы с коэффициентом передачи тока базы не менее 50. Транзисторы VT4 и VT5 — любые из серий КТ814, КТ816. Они установлены на теплоотводах из полосок мягкого алюминия размерами 28x8 мм и толщиной 1 мм, согнутых в виде буквы "П". Диоды — любые кремниевые маломощные, кроме VD4, который должен выдерживать ток зарядки. Подстроечные резисторы R2 и R5 — многооборотные СП5-2. Светодиоды HL1 и HL2 желательно применить разного цвета свечения для однозначной индикации режима работы устройства.

Настройка:
Для налаживания устройства необходима вспомогательная батарея 9... 12 В, к которой подключён потенциометром переменный резистор сопротивлением несколько кОм. Для облегчения точной установки необходимого напряжения в разрыв цепи одного из крайних выводов этого резистора желательно включить как реостат другой переменный резистор в десять раз меньшего сопротивления.

Движки подстроечных резисторов R2 и R5 устанавливают в нижнее по схеме положение. Временно разрывают соединение левого по схеме вывода резистора R1 с плюсовым выходом устройства. На время налаживания этот вывод становится входом устройства, который соединяют с движком переменного резистора. Минусовый вывод вспомогательной батареи соединяют с общим проводом устройства. Заряжаемую батарею к выходу не подключают. После включения питания необходимо убедиться в наличии стабильного напряжения 9 В на выходе микросхемы DA1.

Затем устанавливают пороги переключения. Вольтметр подключают к эмиттеру транзистора VT2. Вначале движком подстроечного резистора R2 устанавливают нижний порог переключения 4 В. При снижении входного напряжения ниже этого порога на 0,05...0,1 В должен закрываться транзистор VT1 и устанавливаться высокий уровень напряжения на эмиттере транзистора VT2. Затем движком подстроечного резистора R5 устанавливают верхний порог переключения 5,92 В. При увеличении входного напряжения выше этого порога на 0,05...0,1 В транзистор VT2 должен открываться и устанавливаться низкий уровень напряжения на эмиттере транзистора VT2. Проверяют оба порога переключения.

Далее проверяют, что после открывания транзистора VT2 тринистор VS1 также открывается. Если это не так, уменьшают сопротивление резистора R6, добиваясь чёткого открывания тринистора. Для выключения тринистора кратковременно отключают напряжение питания.

Наконец, к выходу устройства подключают последовательно соединённые миллиамперметр и заряжаемую батарею. В режиме зарядки подборкой резистора R9 устанавливают желаемую яркость свечения светодиода HL1, а подборкой резистора R11 — требуемый ток зарядки. Далее отключают вспомогательную батарею и восстанавливают соединение левого по схеме вывода резистора R1 с плюсовым выходом устройства. Тринистор VS1 отключают. Мультиметр подключают к выходу устройства в режиме измерения напряжения. Наблюдают процесс зарядки батареи и автоматическое переключение устройства в режим разрядки после достижения выходного напряжения 5,92 В. Далее в режиме разрядки резистором R12 устанавливают яркость свечения светодиода HL2 и начальный ток разрядки подборкой резистора R13. Затем подключают тринистор VS1 и переключают устройство в режим зарядки. По его окончании необходимо убедиться, что тринистор VS1 открылся и предотвратил включение режима разрядки.

Сильный нагрев аккумуляторов в конце зарядки, говорит о том, что слишком велик зарядный ток, его необходимо уменьшить, но при этом увеличится время зарядки.

Г. ВОРОНОВ, г. Ставрополь "Радио" №1 2012г.

Теги: зарядное устройство, ni-cd, ni-mh, аккумулятор