Ni-Cdバッテリー用のインテリジェント充電器。スキーム、説明

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ニカド電池用のインテリジェント充電器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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読者の注意を引くために提示されたこの記事では、VIPer シリーズ超小型回路をベースにしたスイッチング安定化ネットワークリモート電源 (日常生活や多くの場合、技術文献ではアダプターと呼ばれます) と、それによって電力を供給される「インテリジェントな」充電器について説明しています。特殊な MAX713CPE マイクロ回路。

「ラジオ」のページでは「インテリジェント」充電器（充電器）が注目を集めています。もちろん、インテリジェンスについては条件付きでしか話せません。通常、インテリジェンスとは、充電中のバッテリーの状態を分析し、必須の兆候に基づいて 1 つまたは別の充電モードを選択するデバイスの能力を意味します。さらに、充電アルゴリズムはバッテリーの種類によって決まります。リチウムイオン (Li-Ion) の場合は記事 [2] に記載されているもの、ニッケルカドミウムおよびニッケル金属水素化物 (Ni-Cd、Ni-MH) の場合は [XNUMX] に対応する必要があります。

出版物 [1、3] では、特定のメモリオプションが提案されています。これらのデバイスの「インテリジェンス」にもかかわらず、また、最初の瞬間に可能な最大電流 (1 A 以上) でバッテリーを充電するという推奨方法に反して、使用する電流はわずか 250 ～ 300 mA です。なぜ？著者が思うに、答えは簡単だ。広く使用されている安定化および非安定化ネットワークリモート電源装置 (PSU) を充電電流源として使用する場合、これらはアダプタ (外国語では Wall Cube) と呼ばれることが多く、最大電流が 1 のコピーを見つけるのは非常に困難です。 A以上のセール中。さらに、市場には偽物が非常に溢れています。「謎の」MAX 社が製造した BPS 12-0,5 電源を使用しようとした著者の試みは失敗しました。出力電流 0,5 A が保証されているアダプタは、負荷電流 300 mA でも過熱してしまいました。しかし、装置本体は非常に人間工学的に作られているため、スイッチング安定化ネットワーク電源の独自開発に使用されました。

主な技術的特徴

入力電圧間隔、V ...... 150 ... 250
定格変換周波数、kHz……60
出力電圧、V ...... 6
定格負荷電流、A ...... 1
出力電圧リップルの実効値、mV、それ以上......15
効率、%......82
寸法（電源プラグなし）、mm ...... 70x48x36

電源は負荷の短絡から保護されます。他の機器 (ポータブルラジオやテープレコーダー、プレーヤー、留守番電話機、デジタルデバイスなど) に電力を供給するために使用でき、バッテリーコンパートメントは単 3 電池 9 本用に設計されています。必要に応じて、パルストランスを巻き戻すことなく、出力安定化電圧を XNUMX ～ XNUMX V の範囲で変更できます。

電源回路は図の通りです。 1. デバイスの主な要素は、DIP-12 および SO-8 (表面実装) パッケージで製造された特殊チップ VIPer8A です。このようなスイッチング電源の設計については、記事[4]で詳しく説明されています。

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マイクロサーキットに関する情報そこで推奨されている設計ソフトウェア、VIPer Designe Software/Documentation/Datasheet/VIPerl 2A で見つけることができます。

使用される超小型回路の特徴は、「配管」要素の数を最小限に抑えることができる 60 kHz の固定変換周波数の内蔵ジェネレータと、超小型回路のドレイン電流の制限値を調整するユニットです。外部正電圧による。この電圧が存在しない場合、VIPer12A は 0,4 A の電流制限を提供します。デバイスでは、DA3 チップの電源電圧 (約 2 V) がツェナーダイオード VD1 を介して FB (フィードバック) のピン 24 に供給されます。 FB 入力の入力電流は 3 mA を超えてはなりません。入力電流が増加すると、約 320 のゲインでドレイン電流の振幅値が減少します (逆も同様)。トランス T1 の結合巻線 II の電圧とトランス T2 の安定化電圧を比較した結果、ツェナーダイオード VD150 が変化すると、出力電圧が安定するようにスイッチングパルスのデューティサイクルが変化します。主電源電圧が 250 ～ 0,1 V の範囲で変化しても、出力電圧の公称値からの偏差は XNUMX V を超えません。

電源の残りの要素の目的は、前述した同様のデバイスの同様の要素と変わりません。

すべての部品は、片面箔でコーティングされたグラスファイバー製のプリント基板に取り付けられています。その図を図に示します。 2. 電源によって発生する干渉を軽減するために、プリント回路基板の寸法を持つシートメタルで作られた静電スクリーンが、信頼性の高い絶縁体を介してプリント導体の側面に取り付けられ、コモンワイヤ（コモンワイヤ）に電気的に接続されます。ダイオードブリッジの負端子 VD1)。これを行うには、プリント回路基板を製造するのと同じ片面フォイルガラス繊維ラミネートを使用できます。

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サイズを小さくするために、このデバイスは輸入された酸化物コンデンサを使用しています。コンデンサ C1 ～ C3、07、C8 - 定格電圧が少なくとも 630 V のセラミックまたはフィルム、残り - 電圧が少なくとも 50 V のセラミック。抵抗 - MLT または類似品。チョークL2 - 高周波小型DPM-2,4。電流制限が 1 A、許容逆電圧が 40 V の S1WB1 (VD400) ダイオードブリッジを、同様のパラメータを持つ他のダイオードブリッジに置き換えることはできますが、プリント導体の構成を変更するか、ブリッジを成形する必要があります。端子もそれに応じて。 FR207(VD3)ダイオードは国産のKD257Dに置き換え可能です。推奨ダイオード KD212AM (VD4) の類似品を選択する場合、デバイスの逆電圧が 100 V を大幅に超えることを考慮する必要があります。

出力整流器には、最大電流 1 A、許容逆電圧 5822 V のショットキーダイオード 5 N3 (VD40) が使用されています。同様のパラメータを持つ国産のものと完全に置き換え可能です。出力電圧を安定させる効率は、ツェナーダイオードのパラメータによって保証されます。図に示されているものの代わりに、KS224Zh ツェナーダイオードを使用できます。国内製D814シリーズ等の複合ツェナーダイオードを使用した場合、電圧安定度が低下します。ツェナーダイオードを選択するか切り替えるだけで、電源の出力電圧を変更できます。

このデバイスは、SO-12 パッケージの VIPer8A チップを使用します。技術仕様によると、5 つのドレインピン 8 ～ 200 はすべて、少なくとも 2 mm25 の面積のプリント基板の銅箔にはんだ付けする必要があります。周囲温度 72 °C では、マイクロ回路ケースの計算温度は 220 °C を超えません。高密度実装条件でマイクロ回路への熱負荷を軽減するために、著者は TO-13,5 パッケージ内の故障したトランジスタの銅フランジを使用し、16x23x1 mm のピンヒートシンクに取り付けました。純正リードはフランジにはんだ付けされています。熱伝導性ペーストで潤滑された超小型回路本体は、スプリングプレートによってフランジに押し付けられます。 MGTF 導体のセクションは超小型回路の残りのピンにはんだ付けされ、その後基板にはんだ付けされます。ドレインピンとプリント導体との電気接続は、フランジを基板に取り付ける MZ 取り付けネジの XNUMX つによって行われます。対応するコンタクトパッドがそれに対応して提供されます。 XNUMX 本目のネジは絶縁ワッシャーを介して取り付けられます。設置中、超小型回路のヒートシンクが、共通の電源線に電気的に接続されているインダクタ LXNUMX の近くの磁気回路と接触しないよう考慮する必要があります。

ラインフィルターチョーク L1 は、透磁率 14 ～ 1500 の外装磁気コア B2000 に基づいて作られています。インダクタ巻線の巻き数は同じです。それらは、PEV-2 0,41 ワイヤーで XNUMX セクションのフレーム (それぞれが独自のセクションにある) に充填されるまで巻かれます。

パルストランスは、VIPer Designe ソフトウェアプログラム [4] を使用して計算されました。標準フレームと取り付けクリップを備えた M8NMS2500 フェライト製の KV1 磁気コアを使用します。頬はリードを外され、リードの半分がフレームから取り外されます。直径 2 mm の PEV-1 ワイヤを 1.1 回巻いた巻線 III を、適切な直径のマンドレルに個別に巻き付けてから、PEV-31 2 ワイヤを 0,41 回巻いた巻線 2 に巻き付けます。 PEV-27 2 ワイヤの 0,41 ターンの巻線 I.19 と PEV-2 0,12 ワイヤの 1.1 ターンの最上部の巻線 II は、巻線 III の上に巻かれます。半巻線 2 および I.XNUMX の巻線の層は XNUMX 層で絶縁され、巻線は高電圧コンデンサで使用されるフィルム、または他の、好ましくは耐熱性絶縁材料の XNUMX 層または XNUMX 層で絶縁されます。

変圧器は側壁に0,02 mmの隙間を設けて組み立てられており、同じフィルムで作られたガスケットが取り付けられています。変圧器T1の巻線Iのインダクタンスの計算値は3210μH、測定値は約3530μHです。ピン 8 の巻線 III は基板にはんだ付けされ、空いているピン 7 は (他のほとんどの要素と同様に) 基板に対して垂直に取り付けられた VD5 ダイオードのアノードにヒンジ式で接続されます。変圧器 T2 の巻線 3 および I.1.1 の端子 2 および 1 は、フレーム端子の 1,5 つに半田付けされています。次に、このフレーム端子を 2 ～ XNUMX mm 短くし、ニトロ塗料で絶縁します。基板にはんだ付けされていません。

このデバイスにはセットアップは必要ありませんが、初めて電源を入れる前に、パルストランスが高品質であることを確認することをお勧めします（この操作は、DA1チップを電源に取り付ける前に実行されます）。使用されている要素が正しく取り付けられており、正常に動作していること。これを行うには、スイッチング電源をテストするための汎用デバイスを使用できます [5]。 60 kHz のスイッチングパルス周波数を確保するために、4 ～ 160 pF の容量を持つ別のコンデンサがデバイス内のコンデンサ C180 と並列にはんだ付けされます。オシロスコープは抵抗器 R9 に並列に接続されています ([1] の図 5)。デバイスはパルストランスに接続されています。等価負荷が電源出力に接続されます。実験用単巻変圧器を使用してデバイスの入力の主電源電圧を滑らかに増加させると、オシログラムが観察されます。主電源電圧が 220 V の場合、負荷相当値は約 6 V である必要があり、オシロスコープの画面で観察される鋸歯状電流パルスの振幅は 0,25 A を超えてはなりません。主電源電圧を 250 V に増やすことで、磁気抵抗が回路が飽和していないこと。

さらに、巻線 II の位相をチェックし、電源ユニットのコンデンサ C6 の電圧を測定します。これは約 25 V に相当するはずです。デバイスを使用した後、電源ユニットのダンピング回路 VD2C3R7 の機能が有効であることを確認し、その後デバイスの電源をオフにし、電源ボードに DA1 チップを取り付けます。デバイスは使用する準備ができています。

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6 V の安定化電圧がコネクタ XS1 を介して充電器の入力に供給されます。その回路を図に示します。 3. 通常は特定の種類のバッテリーのみが使用されるため、デバイスを汎用にすることはあまり意味がありません。説明されているバージョンの「インテリジェント」充電器は、容量 1000 mAh の Ni-Cd バッテリーを充電するように設計されています。このデバイスの基礎は、マキシムの特殊なマイクロ回路 MAX713CPE です。ピンの機能目的を表に示します。

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上で述べたように、このようなデバイスは記事 [3] で説明されています。ただし、これは 0,25 A の電流で 1 個のバッテリーを充電することを目的としています。さらに、設計の作成者がなぜマイクロ回路のピン 15 と XNUMX を接続し、それによって開発者の推奨事項に違反し、「インテリジェントバッテリー」の XNUMX つを除外したのかは完全に不明です。充電器の特性 - 端子の電圧が特定の指定値に達すると、バッテリーの急速充電を停止します。また、数年間使用したバッテリーを使用している場合には、この現象が発生する可能性が非常に高く、その場合、さらに急速充電することは危険です。

提案されたデバイスでは、1 つまたは 1,1 つのバッテリー (SA66 スイッチの位置に応じて) を、数値的にはその容量とほぼ等しい 15 A の電流で急速充電できます。デバイスのタイマーにより、急速充電時間は XNUMX 分に制限されます。タイマー設定の誤差は ±XNUMX% で、超小型回路の設計機能によって決まります。

著者によると、2,5つのバッテリーを同時に充電することは、完全に充電せずに少なくとも部分的に充電することが重要な緊急事態にのみ推奨されます。これは、バッテリーの電圧を最大値に対して XNUMX mV 下げることによって充電の終了を検出するマイクロ回路で使用される方法 (いわゆる AV 方法) によるものです。特別な選択を行ったとしても、バッテリー内のセルの容量を完全に同等にすることが非常に難しいことは明らかです。充電されているバッテリーの容量が大きく異なる場合、容量の低いバッテリーのうちの XNUMX つの電圧が低下すると、マイクロ回路は急速充電の終了として認識する可能性があります。この場合、真に完全に充電するには、バッテリを低電流でさらに数時間再充電する必要があります。

さらに、超小型回路により、バッテリー容量の 22 倍の電流で 4 分でいわゆる超高速充電が可能になります。しかし、ここでは、そのような充電によるバッテリーの技術的特性の長期保存を保証するメーカーはXNUMX社もいないという事実を考慮する必要があります。したがって、客観的に正当化される最大充電電流は、数値的にはバッテリー容量と等しいと考えることができます。

充電器の動作アルゴリズムは非常にシンプルです。充電するバッテリーを接続し、電源電圧をオンにすると、HL1 の「電源」LED が点灯します。 DA1 チップには充電タイマーが含まれており、0,4 つのバッテリーセルに印加される電圧を測定します。 30V未満の場合は約1,1mAの低電流充電モードになります。測定された電圧が指定されたしきい値を超えるとすぐに、5 Aの電流による急速充電モードが自動的にアクティブになり（この値は抵抗R8の抵抗によって決まります）、マイクロ回路内の電界効果トランジスタが開き、ドレインが開きます。これをピン 2 に接続すると、HL5「急速充電」LED が点灯します。再充電中と急速充電の場合の両方で、超小型回路はセンサー - 抵抗 R1 の両端の電圧降下を測定し、必要な電圧降下 (急速充電の場合 - 0,25 V) を生成するのに必要なだけ調整トランジスタ VTXNUMX を開きます。電流センサー。したがって、電流の安定化により、デバイスの電源電圧のある程度の不安定性は許容されますが、許容レベルを下回る電圧の低下は、マイクロ回路の正常な機能を妨げる可能性があるため、除外する必要があります。

充電プロセス中、42 秒ごとに充電電流が 5 ミリ秒間オフになり、超小型回路が充電中のバッテリーの電圧を測定し、時間の経過に伴う変化のダイナミクスを「記憶」します。完全充電に相当する瞬間に近づくと、バッテリーの電圧は増加を停止し、その後減少し始めます。 2,5 つのバッテリーに印加される電圧が 2 mV 低下すると、急速充電は再充電モードに置き換えられます。タイマーで設定された時間が経過するか、バッテリーの電圧が 1 V を超える場合にも、同じことが起こります。この値は、DA1 チップのピン 16 の電圧によって設定されます。この場合、DA2 チップには、DAXNUMX チップからの基準電圧が供給されます。ピン XNUMX、XNUMX V に相当します。バッテリーは好きなだけ充電モードにできます。

記載されている充電器は変更することができます。たとえば、超高速充電のためにメーカーが強く推奨している、充電中のバッテリー本体の温度監視を導入します。線形動作の代わりに、バッテリ充電電流を調整するトランジスタのパルス動作モードを使用することもできます。必要に応じて追加の要素を使用すると、再充電電流を 30 mA 未満に減らすことができます。これらおよびその他の改善点は、以下を使用すると簡単に実装できます。 MAX713CPE チップに関する情報.

チップは慎重に取り扱う必要があります。社内文書には静電気にさらされる危険性に関する警告が記載されていないにもかかわらず、実際には静電気が非常に影響を受けやすいことがわかっています。さらに、これまで入力に保護ダイオードを備えたCMOSマイクロ回路を使用していたアマチュア無線家の中には、動作電圧220Vのはんだごてではんだ付けできるという事実に慣れている人もいるかもしれません。ただし、MAX71ZSPEマイクロ回路は、これは実際にはマイクロコントローラーであり、動作電圧 220 V のはんだごてで端子に触れると、主電源電圧からの干渉により、致命傷になる可能性があります。したがって、すべての取り付け作業が最終的に完了した後、アダプターパネルを介してマイクロ回路をボードに取り付けることをお勧めします。プログラミングピンの接続または SA1 スイッチの位置を変更する必要がある場合は、電源電圧をオフにした状態でのみ行ってください。

メモリは調整の必要がないため、その設計上の特徴について詳しく説明します。これは、片面フォイルグラスファイバー製のプリント回路基板に取り付けられており、その図面を図に示します。 4. DA1 マイクロ回路またはそのアダプターパネルを取り付ける前に、ワイヤジャンパーをはんだ付けします。完成したケースはXM-508充電器から使用しました。スイッチSA1と同様に、緑(HL2)と赤のLED(HL1)もそこから取られています(国内の類似品の可能性が図に示されています)。

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抵抗 R5 はインポートされ、残りは MLT-0,125 または同様のものです。酸化物コンデンサ - 定格電圧 2 V 以上の国産または輸入のセラミックコンデンサ C3、C50。図に示されているものに加えて、電流伝達係数が少なくとも 50、許容コレクタ電流が少なくとも 3 A、電流 1,5 での飽和電圧が 1 V 以下である他のトランジスタを使用できます。 A. Rep-tium-40 プロセッサの冷却ラジエーターから作られた、寸法 32x8x100 mm のヒートシンクに取り付けられています。 4 つのバッテリーが充電されると、トランジスタは約 100 W の電力を消費します。そのため、熱環境を促進するために、Pentium-1204 プロセッサーモデル DF6SM を冷却するための小型ファンがデバイスケースに組み込まれており、静かに、しかし非常に効率的に回転します。電源電圧XNUMXVの場合。常に XNUMX つのバッテリーを充電するためにデバイスを使用する場合は、ファンを取り付ける必要はありません。もちろん、ファンをまったく使わずに行うことも可能ですが、この場合、ヒートシンクの寸法、およびそれに応じてデバイスのケースの寸法を大きくする必要があります。

一方のバッテリーを充電する場合、もう一方のバッテリーの代わりにショートプラグがコンパートメントに取り付けられるか、2...3 A の電流計が空き充電端子に接続されます。

文学

リチウムイオン電池。 -ラジオ、2001年、第7号。S.44、45。
Grigoriev B. バッテリーの高速充電アルゴリズム。 - ラジオ、2001 年、No. 8、p. 38.
Ni-Cd バッテリー用の「インテリジェント」充電器。 - ラジオ、2001 年、No. 1.P.72。
Kosenko S. フライバックパルス電源の進化。 - ラジオ、2002 年、第 6 号、p. 43,44; No.7、p. 47,48; No.8、p. 32-35; No.9、p. 24-26。
KosenkoS.SMPSをテストするためのユニバーサルデバイス。 -ラジオ、2003年、第8号、p。 38-41。

著者: S. コセンコ、ヴォロネジ

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