Простое универсальное зарядное устройство для малогабаритных аккумуляторов

Простое универсальное зарядное устройство для малогабаритных аккумуляторов

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru. Для питания носимой малогабаритной радиоаппаратуры широко применяют литий-ионные (Li-Ion), никель-кадмиевые (Ni-Cd) и никель-металлгидридные (Ni-Mh) аккумуляторы. При соблюдении правил заряда они служат несколько лет и выдерживают около 1000 циклов зарядка-разрядка.

Однако для аккумуляторов на основе никеля, например Ni-Cd, нужен особый подход, так как они обладают эффектом «депрессии напряжения», который еще называют «эффектом памяти». «Эффект памяти» возникает в процессе эксплуатации аккумулятора, если его систематически подзаряжать, не разрядив до напряжения 0,9 — 1 В [1].

Т.е. если зарядить не полностью разряженный аккумулятор, то он отдаст энергию только до того уровня, с которого началась зарядка. А так как в основном их так и подзаряжают, не проходя полные циклы зарядки-разрядки, то со временем этот уровень только увеличивается, из-за чего емкость аккумулятора уменьшаться, отчего пользователь приходит к выводу, что аккумулятор начинает приходить в негодность.

Однако не стоит бояться этого электрохимического процесса, так как он накапливающийся, является обратимым и легко устраняется.
Чтобы уменьшить возникновение «эффекта памяти» производители рекомендуют периодически разряжать аккумуляторы до напряжения 0,9 — 1 В, а потом заряжать до 1,45 – 1,48 В.

Предлагаемое простое универсальное зарядное устройство позволяет частично автоматизировать этот процесс и проводить зарядку и разрядку Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов током до 260 мА.

1. Описание работы и схема устройства

В процессе работы зарядное устройство постоянно контролирует напряжение на заряжаемом аккумуляторе и автоматически отключает ток при достижении полной зарядки. Оно позволяет одновременно и независимо заряжать и разряжать два аккумулятора типоразмера АА или ААА.
Принципиальная схема устройства изображена на рисунке.

Функционально оно выполнено в виде двух каналов с общим питанием, имеющих по одному узлу зарядки и разрядки. Все переключения для осуществления процессов зарядки и разрядки производятся переключателями SA1 и SA2, а в качестве источника питания применено ЗУ сотового телефона с выходным стабилизированным напряжением 5 В и током не менее 1 А.

Рассмотрим работу одного канала и начнем с узла зарядки [2].
В процессе зарядки контроль напряжения на заряжаемом аккумуляторе происходит непрерывно. На транзисторах VT1 и VT2 собран триггер Шмитта, который сравнивает напряжение на заряжаемом аккумуляторе GB1 или GB2 с образцовым, поступающим на базу VT1 с движка подстроечного резистора R2.

Образцовое напряжение образовано стабилитроном VD1, резисторами R1 и R2. Резистором R1 задается рабочий ток стабилитрона (около 10 mA), а резистором R2 устанавливают нужное пороговое напряжение.

При подключении к зарядному устройству разряженного аккумулятора транзистор VT2 закрыт, а VT1 и VT3 открыты. Коллекторный ток транзистора VT3 через замкнутый контакт SA2.1 выключателя SA2 заряжает аккумулятор.

Как только напряжение на аккумуляторе достигнет заданного порогового значения сработает триггер и транзисторы VT1, VT3 закроются, а VT2 откроется и включит светодиод HL1, сигнализирующий об окончании зарядки.

Выключателем SА1 выбирают типоразмер аккумулятора и задают необходимый зарядный ток равный 110 или 260 mA.

В замкнутом положении контакта SA1.2 зарядка осуществляется током 110 mA, позволяющим заряжать аккумуляторы емкостью 850, 1100 и 1600 mA/ч. В замкнутом положении контакта SA1.1 зарядка осуществляется током 260 mA, позволяющим заряжать аккумуляторы емкостью 2100, 2600, 2700 и 2850 mA/ч.

Выключателем SА2 устройство переводят в режимы зарядки или разрядки.

Кнопочный выключатель SB1 предназначен для принудительного запуска зарядного устройства, если аккумулятор разряжен не до конца. Нажатие выключателя приводит к установке триггера в состояние, соответствующее режиму зарядки.

Теперь рассмотрим работу узла разрядки, который питается от разряжаемого аккумулятора и при достижении на нем напряжения 0,9 — 1.1 В автоматически прекращает процесс разрядки [3].

При кратковременном нажатии кнопки SB2 на базу транзистора VT5 через резистор R11 подается напряжение с аккумулятора GB1 или GB2. Если оно превышает порог открывания транзистора VT5 (примерно 0,6 В), он открывается и открывает транзистор VT4, через участок коллектор-эмиттер которого происходит разрядка аккумулятора.

По мере разрядки аккумулятора напряжение на нем снижается, и когда оно упадет ниже порога открывания транзистора VT5, тот закрывается и закрывает VT4. Процесс разрядки прекращается. В качестве нагрузки и индикатора работы блока разрядки применена лампа накаливания HL3 с номинальным напряжением 1 В. Также можно применить лампы на напряжение 1,5 и 2 В.

Вместо лампы можно установить резистор сопротивлением 20 – 30 Ом. В этом случае не будет индикации и придется периодически смотреть напряжение на разряжаемом аккумуляторе.

2. Конструкция и детали

Зарядно-разрядное устройство смонтировано на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита размером 60×45 мм и помещено в пластмассовый корпус. В виду простоты схемы устройство можно собрать на макетной плате или же вообще навесным монтажом.

Печатная плата разработана для двух каналов и ее рисунок предоставлен. Маркировка элементов показана только для одного канала, так как второй канал идентичен.

На следующем рисунке показано расположение деталей на плате, а также их маркировка согласно принципиальной схеме.

Батарейные отсеки, светодиоды и лампы накаливания, а также переключатели и кнопочные выключатели размещены на внешней части корпуса. Батарейные отсеки сначала приклеиваются к корпусу клеем, а затем дополнительно крепятся винтами. Винты используются с головкой впотай.

Монтаж батарейных отсеков и переключателей выполнен навесным монтажом непосредственно внутри корпуса. Кнопочные выключатели расположены в задней части корпуса и гибким проводом соединены с печатной платой.

В устройстве применены резисторы мощностью 0,125 Вт. Резистор R2 подстроечный многооборотный любого типа. Вместо транзисторов КТ315Б (VT1, VT2) и КТ814Б (VT3) можно использовать любые с подобными параметрами. Транзисторы КТ814 снабжены теплоотводами.

Транзистор КТ502 (VT4) заменим на любой кремниевый с максимальным током коллектора не менее 150 mA. Транзистор КТ3102Г (VT5) выбран с повышенным коэффициентом по току и заменим на любой с похожими параметрами.

С блоком питания устройство соединяется обычным USB кабелем. Разъем, который используется для соединения с телефоном, отрезается, а жилки красного и черного цвета используются для подачи питания. Красная жилка – плюс, а черная — минус.

3. Налаживание

Если устройство собрано правильно и из исправных деталей, налаживание сводится лишь к установке уровня образцового напряжения и, если требуется, настройке токов зарядки для пальчиковых и мизинчиковых аккумуляторов.

Для настройки устройства необходимо иметь пальчиковый и мизинчиковый аккумуляторы. Пальчиковый должен быть заряжен до напряжения 1,48 – 1.49 В.

Если зарядного устройства нет, то аккумулятор заряжается этим зарядным устройством до величины напряжения 1,48 – 1.49 В. В процессе зарядки напряжение на аккумуляторе контролируется измерительным прибором. Как только он зарядится до указанной величины, можно приступать к настройке.

Настройка уровня образцового напряжения

При подаче питания на устройство должны загореться светодиоды HL1 и HL2 обоих каналов. В батарейный отсек вставляется пальчиковый аккумулятор, заряженный до напряжения 1,48 – 1,49 В и производится настройка уровня образцового напряжения первого канала.

Вращением движка подстроечного резистора R2 добиваются погасания светодиода HL1. Затем медленным вращением движка в обратную сторону добиваются включения светодиода. Для точности настройки эту операцию повторяют 2 — 3 раза.

Теперь аккумулятор вставляют в отсек второго канала и производят его настройку таким же образом.

Настройка тока зарядки аккумуляторов

Для удобства настройки в процессе монтажа выводы силового транзистора VT3 временно припаивают к плате отрезками монтажного провода длиной 70 — 80 мм. Провод вывода коллектора разрезают пополам и к его концам подключают миллиамперметр с пределом измерения не менее 500 mA.

Переключатель SA2 первого канала переводят в положение «Заряд», а SA1 в положение «260» и на устройство подают питание.

Далее берут разряженный аккумулятор емкостью 2100 — 2850 mA/ч, вставляют в соответствующий бокс и по миллиамперметру контролируют ток зарядки. Если ток находится в пределах 250 — 270 mA, то ничего не делают. Если ток ниже предела, сопротивление резистора R3 увеличивают на несколько десятков Ом, если выше – уменьшают.

Затем переключатель SA1 переводят в положение «110», в соответствующий бокс вставляют разряженный мизинчиковый аккумулятор емкостью 850 — 1100 mA/ч и таким же образом производят настройку зарядного тока резистором R4, чтобы он находился в пределах 100 – 120 mA.

Таким же образом настраивается второй канал. Теперь снимают питание с зарядного устройства и силовой транзистор VT3 впаивают на место как положено.

Настройка тока разрядки аккумуляторов

Осталось проверить и по необходимости настроить ток разрядки.
Питание на устройство не подается. Переключатель первого канала SA2 переводится в положение «Разряд», а цепь эмиттера транзистора VT4 разрывается и в разрыв включается миллиамперметр с пределом измерения не менее 200 mA.

Кнопкой «Пуск» запускается устройство и по миллиамперметру контролируют ток разрядки аккумулятора, который должен быть в пределах 80 — 100 mA. Если разрядный ток выше, то параллельно лампе включают резистор сопротивлением 15 – 47 Ом. Таким же образом настраивается второй канал.

Если возникли вопросы, обязательно посмотрите этот ролик.

Вот и все. Удачи!

1. Б. Степанов, «Радио», 2006г, №5, стр. 34, Продлим «жизнь» Ni-Cd аккумуляторов!
2. В. Косолапов, «Радио», 1999 г, №2, стр. 36, Простое зарядное устройство.
3. А. С. Партин и Л. Партина, «Радиомир», 2007, №11, стр. 13, Автоматическая «разряжалка».

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАТАРЕЕК

Всё ещё много электронных устройств имеют батареечное питание от стандартных пальчиковых или мини пальчиковых аккумуляторных батареек АА и ААА. Особенно это касается прожорливых китайских игрушек с моторчиками и лампочками. Для заряда таких 1,4-вольтовых элементов питания можно купить готовое промышленное ЗУ, которое вешается на розетку. Но если вы хотите немного сэкономить, а также исключить опастность поражения током (если зарядным пользуется ребёнок), рекомендуем собрать вот такое несложное зарядное устройство своими руками. Оно не зависит от наличия сети 220В и способно взять энергию от любого подходящего USB девайса — ноутбука, планшета и т.д. То есть заряжать батарейки можно и от автомобиля (при наличии специального юсб-адаптера в прикуриватель). Любой порт USB может выдавать 5V с током до 500 мА. Это делает порт USB удобным источником энергии для различных компактных устройств, в том числе для этого зарядного устройства.

Схема простого зарядного USB — АА

Рисунок печатной платы ЗУ

Итак, зарядное устройство предназначено для зарядки двух АА NiMH или NiCd ячеек аккумуляторов любой ёмкости при токе около 470 мА. Таким образом оно будет заряжать 700mAh NiCd около 1,5 часов, 1500mAh NiMH около 3,5 часов, и 2500mAh NiMH в около 5,5 часов. Здесь режим не 0,1С, поэтому заряд ускоренный.

Схема зарядного устройства включает в себя блок автоматического отсечения напряжения в зависимости от температуры батареек, поэтому их можно оставить в зарядном устройстве на неопределенный срок, в том числе после отключения.

Основа зарядного устройства — Z1A, одна половина двойного компаратора напряжения LM393. Выход (контакт 1) может быть в одном из двух состояний, плавающем или низком. Во время зарядки, выход управляет транзистором через R5. Элемент Z1B является другим компаратором той-же микросхемы LM393, и выполняет ту-же сравнительную функцию, как и Z1A. Только он управляет светодиодным индикатором, означающим, что зарядка продолжается. Резистор R6 ограничивает ток светодиода до 10 мА. Термистор TR1 должен иметь контакт с корпусом АКБ. При сильном перегреве — он даст сигнал на прекращение процесса заряда. Транзистор TIP31 — маломощный составной.

В USB кабеле контакты [+5 VSB] и [GND] находятся по краям разъема. Обычно от контакта [+5 VSB] идет красный провод, а от [GND] – черный. Но перед подключением к схеме обязательно надо промерять полярность мультиметром.

Устройство собрано на небольшой печатной плате, файл которой находится тут. Пока зарядил два аккумулятора с проверкой тестером до 3-х вольт с 2,5В за 2 часа. Дальнейшая работа с устройством никаких проблем не выявила. Сборка и испытание схемы зарядного — Igoran.

Форум по обсуждению материала ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ БАТАРЕЕК

Предусилитель со стерео темброблоком для усилителя мощности, собранный на ОУ 4558.

Инструкция новичкам как научиться паять паяльником — различные провода, платы, микросхемы и другие детали.

Самодельный регулируемый источник напряжения 1,4 — 30 В и тока до 3 А на основе м/с LM2596.

Сравнение активных и пассивных радиодеталей, основы классификации.

Зарядное устройство для аккумуляторных батареек своими руками

Всем привет! Хочу немного рассказать о Li-ion аккумуляторах 18650. Все большее место в повседневном быту занимают различные беспроводные устройства: портативные и удобные в работе аккумуляторные дрели, ноутбуки, которые позволяют долгое время работать без использования электрической сети. Все это делает нашу повседневную жизнь удобней и легче. Но особое место занимает использование автономных аккумуляторных устройств не рядом с домом, где всегда можно поставить устройство на зарядку, а далеко от источников электропитания.

В туристическом походе, на охоте или рыбалке самым необходимым, а порой и незаменимым электрическим прибором является фонарь. Современные фонари, оснащенные светодиодами, имеют огромное количество плюсов. Но главной характеристикой любого электрического фонаря, конечно, является продолжительность его работы. Для туристов, которые отправляются в многодневные путешествия, именно продолжительность работы фонаря имеет огромное значение при выборе. А эта характеристика напрямую зависит от типа аккумулятора, которым комплектуется фонарь.

Большую роль для любого туриста играет компактность и легкость снаряжения. Поэтому важной характеристикой для элементов питания являются размеры и вес – чем меньше, тем лучше. При этом аккумуляторы должны иметь большую емкость, которая обеспечит долгую и бесперебойную работу фонаря, зачастую основного источника света в темное время суток. Современные технологии позволяют объединить воедино небольшие размер и вес с большой емкостью аккумулятора.

Одними из самых распространенных элементов питания для светодиодных фонарей являются аккумуляторы типоразмера 18650. Эти компактные аккумуляторы с относительно большой емкостью лучше всего подходят для современных источников света, часто применяемых туристами, рыбаками и охотниками.

Немного теории о литиевых аккумуляторах 18650

В самом названии указаны размеры аккумулятора – 18 миллиметров в диаметре, 65 миллиметров в длину. Несмотря на то, что внешне они похожи на привычные многим батареи типоразмера АА (так называемые «пальчиковые» батарейки), аккумуляторы 18650 крупнее по размерам. Кроме того, отличительная особенность аккумуляторов 18650 — напряжение, которое на выходе составляет 3,7 В, против 1,5 В у аккумуляторов меньшего размера. Емкость аккумуляторов 18650 бывает разной: от 1600 до 3600 мАч. При этом необходимо обратить внимание на то, что емкость качественного аккумулятора не может превышать 3600 мАч. Аккумуляторы могут использоваться в фонарях как по одному, так и в системе Power Bank – устройстве, которое соединяет в себе несколько одинаковых элементов питания.

Одно из главных качеств и преимуществ аккумуляторов – отсутствие эффекта памяти и крайне низкий уровень саморазряда. Аккумуляторы 18650 выдерживают до 1000 циклов заряда/разряда, что является очень хорошим показателем для портативных аккумуляторов. Постепенно ресурс заряда аккумуляторов снижается, но при помощи специальных технических устройств емкость можно восстановить, единственным условием для восстановления является отсутствие механических повреждений батареи.

Необходимо учитывать, что для более рационального использования ресурса аккумулятора не стоит разряжать его полностью. Оптимальной является подзарядка аккумулятора при снижении емкости до 40% от номинала. В случае правильной эксплуатации аккумулятор будет служить надежно долгое время. При многочисленных плюсах аккумуляторы 18650 имеют один недостаток, связанный с их конструкцией. Зачастую батареи быстро выходят из строя, если их перезарядить или перегреть. Перезарядка ведет к нагреву аккумулятора, после чего происходит возгорание или взрыв батареи. Фирмы производители предусмотрели вариант защиты аккумуляторов от перегрева. При использовании аккумуляторов 18650 в Power Bank при последовательном соединении в цепь устанавливается электронная плата, которая ограничивает заряд всего устройства до заданной емкости.

Для аккумуляторов 18650, применяемых, например, в фонарях, используется индивидуальная система защиты от перезарядки и последующего за ней перегрева. Защита представляет собой небольшую электронную защитную плату, которая устанавливается на минусовом контакте незащищенного литий–ионного аккумулятора и приваривается стальной лентой к корпусу. Это предотвращает не только перегрев, но и короткое замыкание, которое может вывести из строя не только аккумулятор, но и зарядное устройство. Вся конструкция упаковывается в термопленку. Для зарядки аккумуляторов 18650 понадобится специальное зарядное устройство, которое подойдет для всех типов батарей такого типоразмера. Например, зарядное устройство ARE-X1 Fenix, зарядное устройство i1 NiteCore или зарядное устройство SmartCharger Pro Robiton.

Но покупать дорогое зарядное устройство совсем не хочется, попробуем сделать его с минимальными затратами.

Самодельное зарядное устройство для аккумуляторов аа

• Самоделкин
• 24 марта 2013

Уже более 4-х лет верой и правдой мне служит самодельное зарядное устройство для заряда аккумуляторов «аа» и «ааа» (Ni-Mh, Ni-Ca) с функцией разряда акб до фиксированного значения напряжения (1 Вольт) . Блок разряда аккумуляторов создавался для возможности проведения КТЦ (Контрольно-тренировочный цикл), говоря проще: для восстановления емкости аккумуляторовпотрепанных неправильными китайскими зарядниками с формулой последовательного заряда 2-х или 4-х акб. Как известно, такой способ заряда укорачивает жизнь аккумуляторам, если вовремя их не реставрировать.

Технические характеристики зарядного устройства:

• Количество независимых каналов заряда: 4
• Количество независимых каналов разряда: 4
• Ток заряда: 250 (мА)
• Ток разряда 140 (мА)
• Напряжение отключения разряда 1 (В)
• Индикация: светодиодная

Собиралось зарядное не на выставку, а что называется из подручных средств, то есть утилизировалось окружающее добро, которое и выкинуть жалко и хранить особо не зачем.

Из чего можно самому сделать зарядку для «АА» и «ААА» аккумуляторов:

• Корпус от CD-Rom
• Силовой трансформатор от магнитолы (перемотанный)
• Полевые транзисторы с материнских плат и плат HDD
• Прочие компоненты или покупались или выкусывались:)

Как уже отмечалось, зарядка состоит из нескольких узлов, которые могут жить абсолютно автономно друг от друга. То есть, одновременно можно работать с 8 аккумуляторами: от 1 до 4 заряжать + от 1 до 4 разряжать. На фото видно, что кассеты для аккумуляторов, установлены под форм-фактор «АА» в простонародье «пальчиковых аккумуляторов», если необходимо работать с «мини-пальчиковыми акб» «ААА» достаточно подложить под минусовую клему гайку небольшого калибра. При желании можно продублировать держателями под размер «ааа». Наличие акб в держателе индицируется светодиодом (отслеживается прохождение тока).

Блок заряда

Заряд осуществляется стабилизированным током, у каждого канала свой стабилизатор тока. Для того, что бы ток заряда был неизменным при подключении как 1 так и 2,3,4 аккумуляторов, перед стабилизаторами тока установлен параметрический стабилизатор напряжения. Естественно, кпд этого стабилизатора не на высоте и потребуется установить все транзисторы на теплоотвод. Заранее планируйте вентиляцию корпуса и размеры радиатора, учитывая то что в закрытом корпусе температура на радиаторе будет выше чем в разобранном состоянии. Можно модернизировать схему, введя возможность выбора тока заряда. Для этого схему необходимо дополнить одним переключателем и одним резистором на каждый канал, который будет увеличивать ток базы транзистора и соответственно повышать ток заряда проходящий через транзистор в аккумулятор. В моем случае блок заряда собран навесным монтажом.

Блок разряда акб

Блок разряда более сложен и требует точности в подборе компонентов. В основе лежит компаратор типа lm393, lm339 или lp239 функцией которого является подача сигнала «логической единицы», либо «ноля» на затвор полевого транзистора. При открытии полевого транзистора он подключает к аккумулятору нагрузку в виде резистора значение которого определяет ток разряда. При снижении напряжения на аккумуляторе до установленного порога отключения 1 (Вольт). Компаратор захлопывается и устанавливает на своем выходе логический ноль. Транзистор выходит из насыщения и отключает нагрузку от аккумулятора. Компаратор имеет гистерезис, который обуславливает повторное подключение нагрузки не при напряжении 1,01 (В) а при 1,1-1,15 (В). Смоделировать действие компаратора вы сможете скачав модель разрядного устройства для Proteus. Подобрав значения резисторов вы сможете перестроить устройство на нужное вам напряжение. Например: подняв порог отключения до 3 Вольт можно сделать разрядное для li-on и Li-Po аккумуляторов.
Вы можете скачать плату разрядного устройства в формате Sprint Layout она проектировалась для применения компаратора lm393 в DIP-корпусе. Питание компараторов должно осуществляться от стабилизированного источника напряжением 5 вольт, его роль выполняет TL-431 усиленный транзистором.