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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 안전한 충전기
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 충전기, 배터리, 갈바니 전지 제안된 설계에서는 충전의 안전성에 중점을 둡니다. 장치는 배터리의 올바른 연결을 확인하고 충전이 완료되면 자동으로 꺼지고 배터리가 설정 온도 이상으로 가열되면 충전을 중지합니다. 고속 충전 알고리즘(전류 1...2C, 여기서 C는 배터리 용량)도 충전 과정의 지속 시간을 1...5시간으로 가정하는 것으로 알려져 있습니다[1]. 이번에는 프로세스가 모니터링 될 것이라고 상상하기 어렵습니다. 그리고 빠른 충전이 가장 위험하다는 사실에도 불구하고. 정권을 약간 위반하더라도 배터리 케이스가 파열되어 모든 후속 결과가 발생할 수 있습니다. 0,1C 전류의 표준 충전은 훨씬 안전하지만 너무 오래 지속됩니다(최대 14 ~ 16시간). 설명된 장치는 4 ~ 7mAh 용량의 Ni-Cd 또는 Ni-MH 배터리 하나의 가속 충전(250...1000h)을 제공합니다. 충전 전류의 범위가 넓다는 것은 충전 전류를 설정할 때 사용자의 실수 가능성으로 인해 기기의 안전에 전혀 도움이 되지 않기 때문에 배터리와 충전기 자체를 보호하는 방법은 다양합니다. 그 결과 불필요하게 복잡해 보일 수 있는 장치가 탄생했습니다. 그러나 이러한 복잡성은 배터리 수명 연장과 아파트의 화재 상황에 대한 마음의 평화로 보상됩니다. 하나의 배터리만 충전할 수 있는 기능은 완전하고 안전한 충전을 보장하려는 욕구 때문입니다. 장치의 기술적 특성에서 가속 충전의 "소프트"모드, 충전 완료 후 배터리 자동 종료, 연결의 역 극성 및 과열 방지, 모드 표시, 비상 모드의 소리 알림 및 , 마지막으로 다소 낮은 공급 전압(3,5, XNUMXB에서)이며 경우에 따라 매우 바람직할 수 있습니다. 장치의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 하나.
주요 부분 인 전류 안정기는 마스터 전압 조정기와 두 개의 동일한 전류 조정기의 세 가지 노드로 구성됩니다. 메인 레귤레이터(DA6.1, VT3)는 0,1C의 충전 전류를 제공하고 전체 주기 동안 작동합니다. 두 번째 조정기 (DA6.2, VT4) - 강제 호출 가능 - 0.ZC와 같은 전류를 제공하고 배터리의 전압이 0,6V 이상이지만 1,4V에 도달하지 않으면 켜집니다. 이번에는 두 레귤레이터가 모두 작동하고 병렬로 연결되어 총 0,4C의 전류로 배터리를 공급합니다. 강제 전류 조정기의 작동에 대한 제한은 다음과 같습니다. 배터리가 심하게 방전되면(전압이 Uac < 0,6V) 큰 전류로 충전하는 것이 안전하지 않으므로 주 전류 조절기만 사용하여 0,1C의 전류로 충전이 수행됩니다. . Uakk 전압이 1,4V에 도달하면 강제 조정기가 꺼집니다. 이 전압은 한계에 가깝기 때문에 0,1C의 표준 전류로 추가 충전을 수행하는 것이 좋습니다. Uacc = 1,48V에 도달하면 꺼지고 주 레귤레이터 - 충전이 중지됩니다. 이 경우 HL3 LED("충전 중")가 꺼지고 HL1("충전 완료")이 켜집니다. 다이오드 VD1, VD2는 충전이 중지된 후 배터리가 방전되는 것을 방지합니다. 두 레귤레이터 모두 전압 제어 전류 소스입니다. 제어 전압(양극 전원선에 대한)은 마스터 전압 조정기 DA3에 의해 형성되고 가변 저항 R23에 의해 조정됩니다(배터리 용량에 따라 필요한 충전 전류를 설정함). 전류 조정기에 사용되는 KR1446UD1A 연산 증폭기의 특징[2]은 낮은 공급 전압(유니폴라의 경우 2,5V부터)에서 작동할 수 있으며 가장 중요한 것은 입력 및 출력 신호 범위가 공급 전압의 합. 우리의 경우 DA6.1은 Us - UR25와 같은 입력 전압으로 작동합니다. 여기서 Us는 양의 공급 전압이고 UR25는 측정 저항 R25의 전압 강하입니다. 실제로 후자는 제어 전압의 "사본"입니다(알려진 바와 같이 OOS에 의해 커버되는 OA의 두 입력 전압은 제로 바이어스 전압까지 일치합니다). 따라서 25mA의 충전 전류(용량 250mAh 배터리의 경우)에서 UR25 = 0,2V입니다. 이는 입력 전압이 연산 증폭기 DA0,2의 양의 공급 전압보다 6.1V만 낮을 수 있음을 의미합니다. 1,5. 일반 연산 증폭기는 (Us - 2 ... XNUMX) V 이하의 입력 전압으로 작동할 수 있습니다. 출력 전압에 대해서도 마찬가지입니다. 충전 과정에서 DA6.1은 다음과 같은 출력 전압을 제공합니다. Us - UR25 - UBE VT3, 여기서 UBE VT3은 이미 터 접합 VT3(0,6 ... 0,8 V)에서의 순방향 전압입니다. 전류 조정기를 중지하기 위해 연산 증폭기는 Us와 동일한 전압을 제공하여 트랜지스터를 닫습니다. 위의 모든 사항은 DA6.2의 강제 조정기에 적용됩니다. 두 조정기는 각각 트랜지스터 VT1 및 VT2에 의해 꺼집니다 (보다 정확하게는 VT1이 열리면 두 연산 증폭기의 입력에 전압이 적용되는 저항 R21, R23을 분로하기 때문에이를 수행합니다). 오프 상태에서 레귤레이터의 출력 전류는 저항 R25 양단의 전압이 1이 아니기 때문에 XNUMX이 아닙니다. 여기에는 두 가지 이유가 있습니다. 첫째, 개방형 전계 효과 트랜지스터 VTXNUMX의 채널 저항은 XNUMX이 아니므로 전압 USI VT1은 몇 밀리볼트입니다. 두 번째 이유는 연산 증폭기 DA6.1의 제로 바이어스 전압입니다. 결과적으로 저항 R25 양단의 전압은 제로 바이어스 전압의 부호에 따라 달라지며 USI VT1 ± UCM DA6.1과 같습니다. 이 경우 op-amp KR1446UD1A를 사용하는 것이 더 좋으며 바이어스 전압은 ±3mV를 초과하지 않으므로 오프 상태에서 레귤레이터는 1 ~ 3mA의 작은 잔류 전류를 생성합니다. 강제 전류 조정기는 동일한 방식으로 작동합니다. 결과적으로 충전이 완료된 후 전류 안정기는 배터리에 일정한 전압을 유지하여 자체 방전 및 장치 회로를 통한 누설 전류로 인한 방전을 방지합니다. 이러한 작은 전류는 배터리에 해를 끼칠 수 없습니다. 또한 이 기능은 배터리를 제거하고 입력 전압을 인가할 때 장치에 안정성을 제공합니다. 메인 레귤레이터에 의해 설정된 전류는 Ureg / R25와 같습니다. 여기서 Ureg는 저항 R21 + R23 양단의 전압 강하입니다 (op-amp DA6.1의 제로 바이어스 전압, 입력 전류 및 누설 전류는 제외) 폐쇄 채널 VT1) Ureg는 안정화 전압 DA3 ( 2,5V) 및 전압 분배기 R21-R23의 분할 비율에 따라 달라집니다 (앞서 언급했듯이 전원 공급 장치의 "플러스"에서 계산됨). 강제 조정기에 의해 설정된 전류도 유사하게 결정됩니다. 이제 모델 전압 드라이버, DA4, DA5 마이크로 회로 및 논리 노드의 연산 증폭기로 사용되는 비교기로 구성된 장치의 두 번째 부분을 살펴보겠습니다. 다이어그램에서 볼 수 있듯이 배터리의 전압은 연산 증폭기의 손상을 방지하기 위해 비교기 DA4.1-DA4.4의 입력에 직접 공급되지 않고 저항 R14, R16-R18을 통해 공급됩니다. 배터리가 삽입되고 충전기가 꺼진 경우. "기준" 입력의 저항은 연산 증폭기의 입력 전류로 인해 발생하는 오류를 제거합니다(입력 전류의 차이는 아님). 이 비교기에서 높은 정확도가 필요하지 않기 때문에 연산 증폭기 DA4.3의 "예시적인" 입력에는 이러한 저항이 없습니다. 비교기 DA4.1은 강제 전류 조정기가 꺼지는 순간 (배터리 전압이 1,4V에 도달 할 때), DA4.2-충전이 완료되는 순간을 결정하고 주 전류 조정기를 끄라는 신호를 보냅니다. 포지티브 피드백을 생성하는 저항 R24는 작은(약 40mV) 히스테리시스를 형성하여 충전 중지 후 비교기의 불안정한 상태를 방지할 수 있습니다. 비교기 DA4.3은 배터리의 전압이 0,6V를 초과하면 강제 전류 조정기를 켜라는 신호를 제공하고 DA4.4는 배터리의 올바른 연결을 "확인"합니다. 극성이 틀리면 전류 조정기가 꺼집니다. 압전 벨 HA1은 경고음 신호를 생성합니다. 극성을 결정하기 위해 음극의 공급 전압보다 낮은 입력 전압으로 작동하는 연산 증폭기 KR1401UD2A의 기능이 사용되었습니다. 설명된 장치의 중요한 특징은 재충전 가능한 배터리의 온도 범위를 제어하는 것입니다. 온도 센서 DA2 및 OU DA5.1을 사용하여 수행됩니다. LM335Z는 온도 반응이 선형인 통합 전압 조정기입니다. 온도가 섭씨 10도 상승할 때마다 출력 전압이 25mV씩 증가합니다. +298°С(2,98K)의 온도에서 출력 전압은 33V입니다. 배터리가 약 +5.1°С까지 예열되면 DA2 비교기가 활성화되고 충전이 중지되며 HLXNUMX LED("과열" )가 켜지고 신호음이 들립니다(예: 배터리 극성이 잘못된 경우와 동일). 비교기의 예시적인 전압은 DA1에서 만들어진 셰이퍼에서 나옵니다. DD1 칩 요소의 논리 장치는 비교기의 신호를 처리하고 LED 표시기, 벨 및 전류 조정기를 제어합니다. K1401UD2A 대신 장치는 K1401UD2B 칩과 외국 대응 LM124를 사용할 수 있습니다. KR1446UD1A는 인덱스 B 또는 C가 있는 이 시리즈의 미세 회로로 교체할 수 있지만 잔류 전류(전류 조정기를 끈 후)가 너무 크거나 전혀 없을 수 있습니다. 이 두 가지 모두 바람직하지 않습니다. KR142EN19A는 모든 설계에서 외국 아날로그 TL431로 대체될 수 있습니다. 다이어그램에 표시된 것 외에도 장치의 다른 문자 인덱스와 함께 KP303 시리즈의 전계 효과 트랜지스터를 사용할 수 있지만 차단 전압은 3 이하, 바람직하게는 0,5 V 이상이어야합니다. .KT814A는 인덱스 B, C가 있는 이 시리즈의 트랜지스터로 대체할 수 있습니다. 강제 전류 조정기(VT4)에 사용될 인스턴스는 70mA의 이미터 전류에서 최소 300의 정적 기본 전류 전달 비율을 가져야 합니다. 이 조건에 따라 KT816 시리즈의 트랜지스터를 사용할 수 있습니다. KT3107A는 이 시리즈와 호환됩니다. Diodes KD212 - 모든 문자 인덱스 포함. Kingbright의 LED L-53LYD(노란색 글로우) 및 L-53LID(빨간색)는 작동 전류가 낮은 것이 특징이며(조명 매개변수는 2mA 전류에서 정규화됨) 최대 허용 순방향 전류가 최소 7mA. HL3 - 모든 녹색 LED. 내장형 발전기 1H가있는 JL World의 압전 이미 터 HA14 - HRM3AX (전류 소비 - 7mA 이하). 충전 전류(R23)를 설정하려면 PPZ-40, PPZ-41과 같은 와이어 가변 저항을 사용하고 기준 전압(R3, R6, R11)을 설정하려면 - 와이어 멀티턴 SP5- 2, SP5-3 등. 충전기 부품은 플라스틱 케이스에 넣은 인쇄 회로 기판에 장착됩니다. 충전식 배터리 구획이 열려 있으며 가정용 M4317 avometer의 동일한 목적의 접점이 접점으로 사용되었습니다. 온도 센서 DA2의 고정에 특별한 주의를 기울여야 합니다(그림 2, 위치 4).
LM335Z 칩에는 플라스틱 "트랜지스터" 케이스 KT-26(TO-92)이 있습니다. 건조하지 않는 열 전도성 페이스트의 얇은 층을 통해 평평한 면이 배터리함의 양극 접점 2에 부착됩니다. 배터리 1의 양극 단자와 단자 2 사이에 낮은 전기 저항이 제공되면 열 접촉이 양호합니다. 접점과 그에 인접한 금속 부품의 질량과 표면적은 가능한 한 작아야 함을 기억해야 합니다. 이렇게 하면 배터리에서 센서까지 "길을 따라" 열 손실이 적어지므로 온도 결정의 정확도가 높아집니다. 이를 위해 유전체 와셔(6)가 나사(2)의 헤드 아래에 배치되어 접점(8)을 베이스(7)에 고정합니다. 센서 4는 MGTF 5 와이어 조각(끝이 접점에 납땜됨)으로 접점에 "부착"되고 케이스 둘레에 얇은 에폭시 접착제 층으로 채워집니다. 하우징(3)의 벽은 접점(2)의 굽힘을 제한하는 스톱 역할을 합니다. 충전시 VT4 트랜지스터는 최대 1,5W의 전력을 방출하므로 20x30x0,8mm 크기의 두랄루민 판에 수직으로 설치됩니다. 장치 케이스의 상단 벽에는 LED HL1 - HL3과 가변 저항 R23이 있으며 컨트롤 노브에는 충전 전류를 설정하기 위한 원형 눈금이 장착되어 있습니다. 저자 버전에서 스케일은 용량 값(250에서 1000mAh)으로 눈금이 매겨져 있으므로 전류 설정 오류를 피하는 것이 더 쉽습니다. HA1 압전 벨은 크기가 작고 리드가 단단하기 때문에 추가 고정 없이 보드에 설치됩니다. 장치 설정은 온도 센서 DA2의 보정으로 시작됩니다. 먼저 핀 3 DA5.1 예시 전압 UT에서 설정합니다. 이를 위해 4,5 ~ 5,5V의 정전압이 입력에 적용되고 온도 T (켈빈도)는 충전기 설치 장소에서 측정되며 이에 해당하는 기준 전압 Uobr \u100d T / 273 온도가 계산됩니다. 켈빈 온도는 섭씨 온도 + 2과 같습니다. 그런 다음 DA2의 핀 5.1(또는 같은 이름의 DA2 핀)에서 실제 전압 Umeas가 측정되고 DA3의 온도 특성 변화는 공식 Δ = Uobr - Umeas를 사용하여 계산됩니다. 그 후 저항 R3,06은 기준 전압 UT = XNUMX - Δ를 설정합니다(이동 부호 고려). 그런 다음 조정된 저항 R6 및 R11을 사용하여 각각 1,4V 및 1,48V의 기준 전압이 직렬로 설정됩니다(허용 편차는 ±0,02V 이하). 결론적으로 가변 저항 R23의 스케일이 보정됩니다. 이를 위해 전류계가 배터리 칸의 접점에 연결되고 4,5 ~ 5,5V의 전압이 입력에 적용되며 저항 R23의 슬라이더를 돌려 25mA의 전류가 달성됩니다. 눈금에서 이 전류 값에 해당하는 표시는 250mAh로 지정됩니다. 350, 500, 750 및 1000mAh 표시는 동일한 방식으로 보정됩니다. 문학
저자: M.Bogdanov, Sarov, Nizhny Novgorod 지역.
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