インテリジェント充電器。スキーム、説明

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インテリジェント充電器

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Ni-Cd バッテリーは、最新のウェアラブル機器に電力を供給するために広く使用されています。充電するために多くの装置が製造されており、アマチュア無線家によって同様の装置も組み立てられています。ただし、ほとんどの工業用およびアマチュア向けの設計は、単にバッテリーを充電するように設計されています。多くの場合、Ni-Cd セル固有の欠点、いわゆる「メモリー効果」により、完全に充電することができません。それは、部分的に放電したバッテリーを充電すると、充電が開始されたレベルまでしかエネルギーが放出されないという事実にあります。この影響が起こらないようにするには、バッテリーを完全に放電し (約 1 V まで)、その後約 1,4 V の電圧まで充電する必要があります。以下に説明するマイクロコントローラーデバイスは、この問題を自動的に解決します。容量を完全に使い切っていないバッテリーは、最初に完全に放電し、次に指定されたレベルまで充電し、正常に動作する能力を確認してから、デバイスから取り外します。

提案されたデバイスは、600、800、1200 mAh の容量を持つ XNUMX つの Ni-Cd バッテリーを同時に独立して充電できるように設計されていますが、他のタイプのバッテリーの充電にも使用できます。デバイスの動作アルゴリズムをプログラムで変更できるため、必要な柔軟性と操作の容易さが得られます。

充電器の概略図を図1に示します。機能的には、制御ユニットと XNUMX つの同一の充放電セルで構成されます。

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制御ユニットには、MK DD1、スイッチ DD2、コンパレータ DA1、基準電圧発生器 (VT13、VT14)、バッテリ故障音信号ユニット (VT15)、およびバッファ DD3 が含まれます。 MK はデバイス全体の動作を制御し、1 つの充電ノードすべての独立した動作を保証します。バッテリからコンパレータ DA2 の非反転入力に供給される電圧の切り替えは、スイッチ DD0 によって実行されます。基準電圧は、マイコンによって指定された E1 および E3 信号によって決定されるコードに応じて形成されます。バッファ DD1 は、マイクロコントローラのポート PXNUMX を充放電セルから切り離します。

このような各セルは、電流安定化装置 DA2 (以下、セル A1 の要素の位置指定を示します)、電流設定抵抗 R3 ～ R5、トランジスタスイッチ (VT1 ～ VT3)、ノードの状態の切り替え (充放電) で構成されます。 -制御）および LED HL1（赤）、点灯）および HL2（緑）は、ノードのステータス（赤 - 充電中、緑 - 放電中）を示します。スイッチ SA1 および SA2 を使用すると、必要な充電電流 (この場合は 60、80、または 120 mA) を設定できます。

デバイスの動作をさらに詳しく見てみましょう。電源がオンになると、プログラムはバッテリー G1 の状態を分析し、その電圧 (信号 K1) とドライバーによってトランジスタ VT13、VT14 に生成される基準電圧を交互に比較します。バッテリー電圧が 0,7 V 未満の場合、セルが空であると「判断」され、次のセルの状態の分析に進みます。バッテリの電圧が 1 V を超える場合 (通常の場合)、MK DD1 は (バッファ DD3 を介して) R1=1、Z1=1 信号を生成します。この場合、LED HL2 が点灯し、トランジスタ VT1、VT3 が開きます。 2 つ目は充電チャネル (DA3、R5 ～ R2、VT9) をブロックし、XNUMX つ目は抵抗 RXNUMX をバッテリーと並列に接続します。排出プロセスが開始されます。

放電モードと充電モードでは、バッテリーの電圧が 4 秒ごとに測定されます。測定サイクル (信号 Z1=1、R1=0) は約 1 秒です。つまり、遅延を含めて 1 つのバッテリーを保守する時間は 2 秒です。このとき、バッテリーの電圧が測定され、その値に応じて、マイコンはバッテリーの放電（充電）を続けるか、（充電が完了した場合）バッテリーをオフにするかを決定します。これはLEDの輝きからはっきりとわかります。緑色の LED (HL1) が定期的に点灯する場合は、このセルのバッテリーが放電モードにあり、赤色の LED (HLXNUMX) が充電モードにあることを示します。

しかし、放電モードに戻りましょう。信号 K1 (放電したバッテリの電圧) は、スイッチ DD2 を介してコンパレータ DA1 の非反転入力に供給され、そこでドライバのトランジスタ VT1 および VT13 から反転入力に供給される基準電圧 (約 14 V) と比較されます。 (1 つ目は開いており、1 つ目は閉じています)。設定された電圧値に達した瞬間、コンパレータは放電プロセスが完了したことを示す信号を発行し、MKはデバイスを充電モードに切り替えます（信号R0とZ1の値は論理1になります）。この場合、HL3 LED が点灯し、トランジスタ VT2、VTXNUMX が閉じ、VTXNUMX が開きます。

デバイスのプロトタイプを作成し、さまざまな容量のさまざまな会社のバッテリーを使用して動作テストを行う過程で、最大バッテリー充電量が約 1,45 V の基準電圧に相当することがわかりました (測定回路での損失を考慮)。必要に応じて、トリミング抵抗 R44 を使用して、一方向または別の方向に変更できます。

バッテリ G1 の電圧が約 1,45 V に達すると、充電が停止します。その後、しばらくの間 (約 8 ～ 10 秒)、セルはバッテリーの電圧制御による放電モード (HL2 LED が点灯) に切り替わります。この間に大きく変化しなかった場合、充電は終了します（両方の LED は点灯しません）。電圧が急激に低下した場合 (1...1,1 V まで)、これはバッテリーの故障を示し、音声信号が発せられ、HL2 LED が点滅し始めます。

デバイスには強制充電モードがあります。これは、バッテリーが 1 V 未満の電圧まで放電した場合、または緊急に再充電する必要がある場合 (1 V までの放電プロセスをバイパスする) に使用されます。強制充電をオンにするには、SB1 ボタンを押します (HL1 LED が点灯するまで押し続けます)。

0,1 バッテリ容量に等しい充電電流の選択は、抵抗 R1 を抵抗 R2 および R4 と分流することにより、スイッチ SA3 および SA5 によって実行されます。図に示されているスイッチ位置では、充電電流は抵抗器 R4 の抵抗によって決まり、60 mA に等しくなります。スイッチ SA1 の接点を閉じると、充電電流が 80 mA に増加し、両方 (SA1 と SA2) が 110...120 mA に増加します。 78L05 電圧レギュレータの最大出力電流は 100 mA ですが、電流レギュレータモードでは、比較的少ない熱で 120 mA を処理できます (いざという場合には、小さなヒートシンクを取り付けることができます)。

充電器の部品は、両面フォイル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 (図 2)。

インテリジェント充電器

このボードは、永久抵抗器 MLT、同調 SPZ-19a、コンデンサ K50-35 (C1、C4)、KD-1 (C2、C3) および KM (その他)、PLS-40 プラグの 1 ピンセクションを使用するように設計されています。 (XP38)、ボタン B32 または B1 (SB2)、小型スライドスイッチ VDMZ-1V (SA8-SA3,58)。内蔵MCジェネレーターの周波数設定回路には周波数3MHzの水晶振動子を使用していますが、周波数8～1MHzの他の水晶振動子を使用することも可能です（この場合、一部の定数はプログラムで変更します）。 BF2 サウンドエミッタとして、TM-31B タイプの電話機または ZP-1 ピエゾエミッタを使用できます。 DD20 MK の接続には XNUMX ピンのパネルが使用されます。

コード「ファームウェア」ROM MK を表に示します。

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プログラムのソースコード

ほとんどの抵抗は基板に対して垂直に取り付けられます。ワイヤージャンパーは、下図 (図 2 による) で XNUMX つの点が付いた穴に挿入され、基板の異なる面にあるプリント導体を接続します。

デバイスのセットアップは、基準電圧と充電および放電電流の必要な値を設定することになります。基準電圧 (図 1 の左下の表を参照) は、抵抗 R42、R43、R44 をトリミングし、抵抗 R41 を選択することによって設定されます。彼らは、MK を使用せずにこれを実行し、パネルから一時的に MK を削除します。 2 本の導体がソケット 3 と 10 に挿入され (またはボードの対応する接触パッドにはんだ付けされ)、5 kΩ の抵抗を介して +00 V の電圧源に接続されます。その後、ボードに電力が供給され、指定されたパネル接点をさまざまな組み合わせでコモンワイヤ (コード 01、10、11、4) に接続し、調整された抵抗を使用して、図に示されている電圧を点 K (DA1 チップのピン 0、E1 が最も重要です) に設定します。ビット、EXNUMX が最下位ビットです)。

必要な充電電流は、抵抗 R3 ～ R5 を選択することによって設定されます。これを行うには、1 V に放電したバッテリーを任意のセルに取り付け、プラス端子と対応する接点の間のフォイルに半田付けされた取り付けワイヤ片を備えた両面フォイルのグラスファイバー (または getinax) のストリップを挿入し、ミリ電流計を接続します。後者の自由端までの測定限界は 150 ～ 300 mA です。抵抗器 R4 は、270 ～ 330 オームの抵抗値 (できれば多巻巻線) の調整された抵抗器に一時的に置き換えられ、SB1 ボタンで強制充電モードをオンにして、抵抗器の一部のそのような抵抗値を選択します。充電電流が 6 mA に等しい回路に導入されます (容量が 600 mA h のバッテリーの場合)。次に、代わりに同様の抵抗の定抵抗器をはんだ付けし、調整抵抗器 R3 に置き換え、スイッチ SA1 の接点を閉じることによって、電流を 80 mA (容量 800 mAh の電池の場合) に増加させます。最後に、両方のスイッチ SA1 と SA2 の接点が閉じている状態で、5 mA (容量 120 mAh のバッテリーの場合) の充電電流に対応する抵抗 R1200 の抵抗が選択されます。充電回路と残りの XNUMX つのセルの抵抗も同様に選択されます。

放電電流 (バッテリ電圧 60 V で約 1,2 mA) は、抵抗 R9 を選択することによって設定されます。容量が800および1200 mAh（最初の場合は電流80、120番目の場合は3 mA）の電池の放電を高速化するには、さらに9つの抵抗をトランジスタVT1のコレクタ回路に導入し、接続します。 SA2、SAXNUMXと同様のスイッチを使用してRXNUMXに並列に接続します（当然、同じです。この場合、残りのセルのビット回路に変更を加える必要があります）。

結論として、説明したデバイスはより大きな容量のバッテリーを充電できることに注意してください。これを行うには、DA2 ～ DA5 を高電流 (300 ～ 400 mA) 用のスタビライザーに置き換え、主要なトランジスタをより強力なものに置き換える必要があります。

著者: M. デメネフ、I. コロレバ

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