デジタル充電器。スキーム、説明

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デジタル充電器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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機器や計測器などの動力用電池を構成する電池を個別に充電することの利点は、寿命が延びたり、異なる電池から同時に充電できるようになるなどの利点はよく知られていますが、アマチュア無線家が多チャンネルを構築することはほとんどありません。充電器 - 見た目の複雑さと高コストに怖気づいてしまいます。公開された記事の著者は、この場合、コストを後悔する必要はなく、必ず報われると主張しています。「守銭奴は二度支払う」という民間の知恵を思い出してください...

たとえば、出版物では、[1] に、各充電式電池の電圧制御と、充電しきい値電圧に達したときの充電電流の制限を伴うマルチチャンネル充電器 (CH) の説明が掲載されています。このようなすべての自動バッテリー監視デバイスと同様、もちろん使いやすいです。しかし、経験が示すように、このようなメモリの構造は、電池の直列接続に比べて効率の低下をもたらし、不当に複雑化する。主電源から電力を供給する場合、効率の低下はまだ我慢できます。バッテリの動作中、充電に費やされる電気コストは、バッテリ自体とメモリのコストに比べれば無視できます。私の意見では、上記の記事の著者は、「額にある」メモリの複雑さを克服しました。チャネル数を XNUMX に増やすとき、彼らはクワッドオペアンプも使用しました。

これが問題に対する最善の解決策であるとは思いません。実際、過去 XNUMX 年間にわたるシリアルデバイスの回路開発における一般的な傾向は、その構成におけるアナログデバイスの割合が減少し、量産時に出力パラメータの再現性がより優れたデジタルデバイスに置き換えられていることを示しています。

アマチュア無線家は原則として単一の設計を作成するという事実にもかかわらず、再現性は彼らにとって同様に重要です。もちろん、貴重な費用を費やすよりも、「完成したら仕組みを忘れる」という原則に基づいてデバイスを組み立てるほうが簡単です。その調整に対する創造的な熱意。今日では、デジタル技術の要素がより安価で、よりアクセスしやすくなっているということも重要です。

提案されているニッケルカドミウム電池用の XNUMX チャネルの「デジタル」メモリ (図を参照) は、まさにそのような前提条件に基づいて開発されました。

（クリックして拡大）

主な技術的特徴：

営業時間……年中無休
周囲温度、°C......+20...35
同時に充電できる電池の本数……1～4本
充電電流、mA......50
充電式電池のサイズ……「単XNUMX形」
充電されたバッテリー電圧、V ...... 1,43
出力短絡時間 ....無制限

記憶の働きは以下の通りです。入力 CN (出力 1) で、カウンタ DD1 は 100 Hz の周波数のクロックパルスを受信します。出力 2 と 4 (ピン 12 と 13) には、バイナリコード内のデジタルの組み合わせがあり、これがアドレス、つまり充電器のチャネルの番号です。このコードの信号は、マルチプレクサのアドレス入力 (DD10 チップのピン 9) に供給されます。現時点で、数値 I (2=1、1、0、1) がカウンタ DD2 に書き込まれていると仮定します。マルチプレクサ (入力 X DD3) を介して、メモリの 2 番目のチャネルからの電圧が DA1 コンパレータの非反転入力 (ピン 3) に供給され、設定されたバッテリ充電終了に対応する典型的なものと比較されます。電圧。コンパレータの出力 (ピン 1) では、最初のクロックパルスが終了するまでに、高レベルの電圧 (最初のチャネルに接続されているバッテリが充電される) または低レベル (バッテリが放電) が生成されます。これは、6つのチャネルすべてのマイクロ回路DD1、DD1のトリガーの入力Dに供給されます。この時点で、デコーダ (DD3 マイクロ回路の入力 Y) を介して、低レベルのパルスが最初のトリガーのクロック入力 C に到達し、その減衰 (-4 V から +2 V への電圧変化) が記録されます。このトリガの状態は、次のクロックパルスまで、つまりアドレスが繰り返されるまで変化しません。トリガーの出力、たとえば充電ノード A1 のトリガー DD3 からの電圧は、キートランジスタ VT3、VT3.1 に供給され、それぞれ充電電流 (チャネルに接続されたバッテリー G1) をオンにします。アドレス「2」の場合は放電されます）、インジケーターHL3「充電なし」が赤色に点灯します（バッテリーは充電されています）。

したがって、説明されているデバイスは、唯一のアナログ「滑りやすい」要素である DA1 コンパレータを使用しており、DAXNUMX コンパレータは (同時ゲームセッション中のグランドマスターのように) XNUMX つのバッテリーのそれぞれについて次の XNUMX つのバッテリーを充電するかどうかを決定します。サイクルかどうか。

98 倍のネットワーク周波数 (100 ... 1 Hz) に続くクロックパルスは、整流器 VD1VD2 の出力から要素 R3、C5、VT1、R4 で形成される整形器を介してカウンタ DD6 の入力に供給されます。カウンタの出力から、クロックシーケンスは 2 Hz に近い周波数 (fcycle = 16 fnet / 2 = 50-16/6 - 1,5 Hz) でメモリチャネルを切り替え、各メモリチャネルの切り替えは約 4 Hz の周波数で発生します: (fswitch = fcycle / 250 16/4/1,5 - 2 Hz)。同時に、充電インジケーターHL5〜HL2の「点滅」の頻度は、直線的な配置とメモリー内にバッテリーがないことにより（最初のパルスでチャンネルがオンになり、その後オフになります。つまり、インジケーターの「点滅」の頻度が10倍低くなります）、ユーザーを刺激しません。この場合のデバイスの操作は、よく知られているクリスマスツリーの花輪に似ています。「点滅」周波数がより高く、たとえばXNUMX kHzに選択されると、インジケータの光信号は目立たなくなります。デバイスはそれ自体に注目を集めることがなくなり、それが低いと、酸化した接触面を備えた充電器に接続したときに頻繁に発生する非接触を排除するのが不便になります。

コンデンサ C5 は、主電源の干渉によるカウンタ DD1 の故障の可能性を防ぎます。充電中のバッテリーの電圧極性が（極性反転または誤接続により）逆になった場合に超小型回路が故障するのを避けるために、電源にはバイポーラが選択されます。

コンパレータ (DA1) の機能は OU KR140UD1208 によって実行され、低電源電圧で保証されたパラメータを提供します。さらに、これは比較的「遅く」、クロック・パルスが C 入力に到着したときに、D トリガーの情報入力での電圧変化に遅延を与えます。つまり、C 入力に「内蔵ローパス・フィルター」が備わっています。出力。

デバイスがネットワークに接続されていることを示す HL1 LED (緑色の点灯) は、抵抗 R11 ～ R13 とともに例示的な電圧源を形成し、コンパレータ DA1 の反転入力におけるそれに対応する電圧は、充電されたバッテリの電圧に等しい抵抗 R12 によって設定されます。

効率を高めるため、低電源回路では整流電圧がフィルタコンデンサ C1 および C2 によって平滑化されます。デバイスの低電力部分の電源電圧は、パラメトリックスタビライザ R1VD4 および R2VD5 によって安定化されます。

すべての固定抵抗 - C2-23、同調 R12 - SPZ-19、またはより良い場合は、マルチターン SP5-2、SP5-14。コンデンサ - K10-17 および K50-35。

KR140UD1208の代わりに、低電源電圧で動作可能な他のオペアンプシリーズのアナログを使用します。強力な整流ダイオード VD1 および VD2 にはショットキー障壁があり、場合によっては順方向電圧降下が低いことが望ましいです。

KTZ102 (VT2 ～ VT9) シリーズのトランジスタは、キーモードで動作し、ベース電流伝達係数が高い値でなければなりません。このパラメータの数値が低いトランジスタを使用する場合、マイクロ回路トリガーの負荷容量はトランジスタを飽和させるのに十分ではありません (特に VT2、VT4、VT6、VT8、バッテリ充電電流を含む)。この場合、安定化電圧が高い VD4 ツェナーダイオード (KS139A など) を使用する必要があります。

主電源は、3 W の電力を持つ利用可能な変圧器で作られます。負荷時の各巻線 II および III の電圧の実効値は 5 V です。TN シリーズの統合白熱変圧器を使用できます。

構造的には、メモリは、厚さ 2 mm のガラス繊維箔のプレートからはんだ付けされたケース内で作られています。ケース上部には充電池を接続するためのカセットがあり、各電池の前にはそれぞれに対応した充電インジケーターがあります。主変圧器が配置されているエリアのハウジングの上壁と下壁に換気穴が開けられます。

マイクロ回路の電源回路を分流するコンデンサ C6、C7、および C8 ～ C10 は、回路基板の異なる部分に配置する必要があります。

正しく組み立てられたデバイスのセットアップは簡単です。電源を入れると、HL1 インジケーター (緑点灯) が点灯し、HL2 ～ HL5 インジケーター (赤点灯) が「点滅」します。次に、機器の各チャンネルの接点を交互に閉じて、それに対応するインジケーターが消灯するかどうかを確認します。

このような予備チェックの後、充電されたバッテリをデバイスのいずれかのチャンネルに接続し、トリマ抵抗 R12 を使用して、コンパレータ DA1 の反転入力に基準電圧 1,43 V を設定します。このチャンネルの充電ユニットが点灯するはずです。

提案されたメモリの操作はさらに簡単になります。充電式電池の接触面をアルコールで拭き、極性に注意してカセットのバネ接点に接続してください。バッテリーの残量が少ない場合、対応する LED はまったく点灯しません。 LED の「点滅」の頻度が増えると、バッテリーの充電が間もなく終了することを示し、バッテリーの XNUMX つが完全に充電されると、その LED が継続的に点灯します。

説明したメモリの改善の可能性について簡単に説明すると、LED 上に構築された例示的な電圧源 (ION) は、動作温度で約 2 mV/°C という顕著な負の TCV を持っています。したがって、温度が 15 °C 上昇すると、バッテリーの充電不足が約 0,03 V 発生します。もちろん、これはメモリの重大な欠点ではありません。これは、ニッケル - カドミウムの電流電圧特性の特殊性によるものです。このため、バッテリーは「十分に電力を供給できず」、総蓄えられたエネルギーのわずか数パーセントしかありません。この変形型 ION に対する温度の影響を軽減するために、イオンは熱流から離れた場所に配置されます。メモリの精度をさらに高めたい場合は、たとえば [3] で説明されている、より高度な ION をインストールできます。ただし、設計されたメモリの部品のコストは増加します。

電源の主変圧器に十分な電力予備がある場合は、バッテリの充電電流を増やすか、デバイスのチャネル数を増やすことができます。充電電流を増やすには、トランジスタ VT2、VT4、VT6、VT8 を複合トランジスタ、たとえば KT973A、ツェナーダイオード VD4 を KS139A (または KS147A) に置き換え、それに応じて抵抗と消費電力を変更するだけで十分です。電流設定抵抗 R15、R17、R19、R21 の値。チャネル数は、デバイス内の K561KP2 XNUMX チャネルマルチプレクサを使用することで、最も簡単に XNUMX つに増やすことができます。

そして最後。デバイスを XNUMX 時間稼働させるには (バッテリーを単純に保管することもできますが)、安全要件を実装した非常に慎重な設計が必要です。

文学

Balyasa P.、Troyan A. バッテリー 1996 個用の充電器。 - アマチュア無線、9 年、第 24 号、p. XNUMX.
Biyukov S. MOS 集積回路に基づくデジタルデバイス。 - M.: ラジオと通信、1990 年。
Fedichkin S. マイクロパワー電圧安定器。 - ラジオ、1988 年、第 2 号、p. 56、57。

著者: V. Zhuravlev、Energodar、Zaporozhye 地域。

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