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無線電子工学および電気工学の百科事典 安全な充電器
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 充電器、バッテリー、ガルバニ電池 提案された設計では、充電の安全性が重視されています。 デバイスはバッテリーが正しく接続されていることを確認し、充電が完了すると自動的に電源をオフにし、バッテリーが設定温度を超えて加熱すると充電を停止します。 急速充電アルゴリズム (電流 1 ～ 2C、C はバッテリー容量) でも、充電プロセスの継続時間は 1 ～ 5 時間であると想定されていることが知られています [1]。 プロセスが常に監視されるとは考えにくいです。 急速充電が最も危険であるにもかかわらずです。 規制にわずかに違反した場合でも、バッテリーケースが破裂し、その後のすべての結果が生じる可能性があります。 0,1 C の電流での標準充電は非常に安全ですが、充電時間が長すぎます (最大 14 ～ 16 時間)。 説明されているデバイスは、4 ～ 7 mAh の容量を持つ 250 個の Ni-Cd または Ni-MH バッテリーの加速充電 (1000 ～ XNUMX 時間) を提供します。 広範囲の充電電流は、充電電流を設定する際のユーザーのミスの可能性があるため、デバイスの安全性にはまったく寄与しません。そのため、バッテリーと充電ユニット自体を保護するためにさまざまな方法が提供されています。 その結果、デバイスは不必要に複雑に見えるかもしれません。 ただし、この複雑さは、バッテリー寿命の延長とアパートの防火状況に関する安心感によって報われます。 3,5 つのバッテリーのみを充電できるのは、完全かつ安全な充電を確保したいという要望によるものです。 デバイスの技術的特徴の中で、「ソフト」加速充電モード、充電後のバッテリーの自動シャットダウン、接続の誤った極性や過熱に対する保護、モードの表示、緊急モードの音声通知、そして最後に注目に値します。かなり低い電源電圧 (XNUMX B ～) であり、場合によってはこれが非常に望ましい場合があります。 デバイスの概略図を図1に示します。 XNUMX。
その主要部分である電流スタビライザは、マスター電圧スタビライザと設計が同じ 6.1 つの電流レギュレータの 3 つのユニットで構成されています。 メイン レギュレータ (DA0,1、VT6.2) は 4C の充電電流を提供し、サイクル全体を通じて動作します。 0 番目のレギュレータ (DA0,6、VT1,4) - これは強制と呼ぶことができます - は、0,4 V に等しい電流を生成し、バッテリの電圧が XNUMX V を超え、XNUMX V に達していないときにオンになります。このとき、両方のレギュレータが動作し、並列接続されて合計 XNUMXC の電流をバッテリに供給します。 強制電流調整器の動作には次のような制限があります。 バッテリーが著しく放電している場合（電圧 Uacc < 0,6 V）、大電流での充電は安全ではないため、主電流レギュレーターのみを使用して 0,1 C の電流で充電が実行されます。 電圧 Uacc が 1,4 V に達すると、この電圧は限界に近いため、強制レギュレータがオフになります。標準電流 0,1 C でさらに充電を実行することをお勧めします。 Uacc = 1,48 V に達すると、メイン レギュレータもオフになり、充電が停止します。 この場合、LED HL3 (「充電中」) が消灯し、HL1 (「充電完了」) が点灯します。 ダイオード VD1、VD2 は、充電停止後のバッテリーの放電を防止します。 どちらのレギュレータも電圧制御電流源です。 制御電圧 (正の電源線に対する) はマスター電圧安定化装置 DA3 によって生成され、可変抵抗器 R23 によって調整されます (必要な充電電流はバッテリー容量に応じて設定されます)。 電流レギュレータ [1446] で使用される KR1UD2A オペアンプの特徴は、低電源電圧 (ユニポーラの場合は 2,5 V から) で動作できること、そして最も重要なことは、入力信号と出力信号の範囲が合計にほぼ等しいことです。供給電圧の。 この場合、DA6.1 は Us - UR25 に等しい入力電圧で動作します。ここで、Us は正の電源電圧、UR25 は測定抵抗 R25 の両端の電圧降下です。 後者は、実際には、制御電圧の「コピー」です（知られているように、OOS によってカバーされるオペアンプの両方の入力の電圧は、ゼロ オフセット電圧まで一致します）。 したがって、充電電流が 25 mA (容量 250 mAh のバッテリの場合) の場合、UR25 = 0,2 V となります。これは、入力電圧がオペアンプ DA0,2 の正の電源電圧よりも 6.1 V しか低くならないことを意味します。 。 一般的なオペアンプは、(Us - 1,5...2) V 以下の入力電圧で動作できます。 出力電圧についても同様です。 充電中、DA6.1 は次の出力電圧を提供します。 US - UR25 - UBE VT3、ここで UBE VT3 はエミッタ接合 VT3 での順方向電圧 (0,6...0,8 V) です。 電流レギュレータの動作を停止するには、オペアンプが Us に等しい電圧を供給し、トランジスタを閉じます。 上記のすべては、DA6.2 の強制レギュレータにも当てはまります。 両方のレギュレータは、それぞれトランジスタ VT1 と VT2 によってオフになります (より正確には、これは VT1 によって行われます。これは、VT21 が開くと抵抗 R23、RXNUMX がバイパスされ、そこから電圧が両方のオペアンプの入力に供給されるためです)。 オフ状態では、抵抗 R25 の電圧がゼロではないため、レギュレータの出力電流はゼロではありません。 これには 1 つの理由があります。 まず、オープン電界効果トランジスタ VTXNUMX のチャネルの抵抗はゼロではないため、電圧は USI VT1 は数ミリボルトです。 6.1 つ目の理由は、オペアンプ DA25 のオフセット電圧がゼロであることです。 その結果、抵抗 R1 の両端の電圧はゼロ オフセット電圧の符号に依存し、USI VT6.1 ± UCM DA1446 に等しくなります。 この場合、KR1UD3A オペアンプを使用することをお勧めします。そのバイアス電圧は ±1 mV を超えないため、レギュレータがオフになると、3 ～ XNUMX mA の小さな残留電流が生成されます。 強制電流レギュレータもまったく同じように動作します。 その結果、充電完了後、電流安定化装置がバッテリーの一定電圧を維持し、自己放電やデバイス回路の漏れ電流によるバッテリーの放電を防ぎます。 このような低い電流はバッテリーに害を及ぼす可能性はありません。 さらに、この機能により、バッテリーを取り外して入力電圧を印加したときのデバイスの安定性が保証されます。 メインレギュレータによって設定される電流は Ureg/R25 に等しくなります。ここで、Ureg は抵抗 R21+R23 の両端の電圧降下です (オペアンプ DA6.1 のゼロバイアス電圧、その入力電流、漏れ電流は考慮しません)。 Ureg は、安定化電圧 DA1 (3 V) と分圧器 R2,5 ～ R21 の分圧係数に依存します (前述したように、電源の「プラス」から数えます)。 強制レギュレータによって設定される電流も同様の方法で決定されます。 次に、デバイスの 4 番目の部分に移りましょう。この部分は、基準電圧発生器、オペアンプ チップ DA5、DAXNUMX として使用されるコンパレータ、およびロジック ノードで構成されています。 図からわかるように、バッテリからの電圧は、オペアンプへの損傷を避けるために、コンパレータ DA4.1 ～ DA4.4 の入力に直接ではなく、抵抗 R14、R16 ～ R18 を介して供給されます。バッテリーが挿入され、充電器の電源がオフになったとき。 「リファレンス」入力の抵抗は、オペアンプの入力電流によって引き起こされる誤差を除去します (ただし、入力電流の差は除去しません)。 DA4.3 オペアンプの「モデル」入力には、このコンパレータに高い精度が要求されないため、そのような抵抗はありません。 コンパレータDA4.1は強制電流調整器がオフになる瞬間（電池電圧が1,4Vに達したとき）を判断し、DA4.2は充電終了の瞬間を判断して主電流調整器をオフにする信号を出します。 正のフィードバックを生成する抵抗 R24 は小さな (約 40 mV) ヒステリシスを形成し、充電が停止した後のコンパレータの不安定な状態を回避します。 DA4.3 コンパレータは、バッテリの電圧が 0,6 V を超えると強制電流レギュレータをオンにする信号を発行し、DA4.4 はバッテリの正しい接続を「チェック」します。極性が間違っている場合は、電流レギュレータがオンになります。オフになり、圧電ベル HA1 が警告音信号を生成します。 極性を決定するには、負極性の電源電圧よりも低い入力電圧で動作する KR1401UD2A オペアンプの機能が使用されます。 説明したデバイスの重要な機能は、充電中のバッテリーの温度制御です。 これは、温度センサー DA2 とオペアンプ DA5.1 を使用して実行されます。 LM335Z は、線形温度特性を備えた統合電圧レギュレータです。温度が摂氏 10 度上昇するごとに出力電圧が 25 mV ずつ増加します。 +298°C (2,98 K) の温度では、出力電圧は 33 V です。バッテリーが約 +5.1°C まで温まると、DA2 コンパレータがアクティブになり、充電が停止し、HLXNUMX LED (「過熱」) ）が点灯し、信号音が鳴ります（電池の極性が間違っている場合など）。 コンパレータへの基準電圧は、DA1 で作成されたドライバから供給されます。 DD1 チップの要素上の論理デバイスは、コンパレーターからの信号を処理し、LED インジケーター、ベル、および電流レギュレーターを制御します。 K1401UD2A の代わりに、デバイスは K1401UD2B マイクロ回路とその外部アナログ LM124 を使用できます。 KR1446UD1A は、インデックス B または C のこのシリーズの超小型回路に置き換えることができますが、(電流レギュレータをオフにした後の) 残留電流が大きすぎるか、まったく存在しない可能性があります。 どちらも望ましくないものです。 KR142EN19A は、どのバージョンでも外国のアナログ TL431 に置き換えることができます。 図に示されているものに加えて、デバイスは他の文字インデックスを持つ KP303 シリーズの電界効果トランジスタを使用できますが、カットオフ電圧は 3 V 以下、できれば 0,5 V 以上である必要があります。インデックス B、V を持つこのシリーズのトランジスタで置き換えることができます。 強制電流レギュレータ (VT814) で使用されるインスタンスは、エミッタ電流 4 mA で静的ベース電流伝達係数が少なくとも 70 である必要があります。 この条件を満たしていれば、KT300シリーズのトランジスタを使用することが可能です。 KT816Aは同シリーズと互換性があります。 ダイオード KD212 - 任意の文字インデックス付き。 Kingbright の LED L-53LYD (黄色) および L-53LID (赤色) は、低い動作電流 (照明パラメータは 2 mA の電流で正規化されています) が特徴で、少なくとも最大許容順電流を備えた同様のものと置き換えることができます。 7mA。 HL3 - 緑色の LED。 1H ジェネレーターを内蔵した JL World の圧電エミッター HA14 - NPM3AX (消費電流 - 7 mA 以下)。 充電電流 (R23) を設定するには、PPZ-40、PPZ-41 などの巻線可変抵抗器を使用し、基準電圧 (R3、R6、R11) を設定するには多巻きワイヤを使用することをお勧めします。傷SP5-2、SP5-3など。 充電器の部品は、プラスチックケースに入ったプリント基板に取り付けられています。 充電式バッテリーのコンパートメントは開いており、接点として国内の Avometer M4317 の同じ目的の接点が使用されます。 DA2 温度センサー (図 2、項目 4) の取り付けには特に注意する必要があります。
LM335Z マイクロ回路には、プラスチック「トランジスタ」ハウジング KT-26 (TO-92) が装備されています。 平らな面で、不乾燥熱伝導性ペーストの薄い層を介して電池室の正極接点 2 に取り付けられます。 バッテリーのプラス端子 1 と端子 2 の間の電気抵抗が低い場合、熱接触は良好になります。 接触部分と隣接する金属部分の質量と表面積は可能な限り小さくする必要があることに留意する必要があります。 これにより、バッテリーからセンサーまでの「途中で」の熱損失が確実に減少し、温度測定の精度が向上します。 この目的のために、誘電ワッシャー 6 がコンタクト 2 をベース 8 に固定するネジ 7 の頭の下に配置されます。 センサー 4 は、ワイヤー MGTF 5 によって接点に「取り付けられ」 (端は接点にはんだ付けされています)、本体の周囲にエポキシ接着剤の薄い層で充填されています。 ハウジング 3 の壁はストッパーとして機能し、コンタクト 2 の曲がりを制限します。 充電時には、VT4 トランジスタが最大 1,5 W の電力を放出するため、20x30x0,8 mm のジュラルミン プレートに垂直に取り付けられます。 装置本体の上壁には LED HL1 ～ HL3 と可変抵抗器 R23 があり、その制御ノブには充電電流を設定するための丸い目盛が装備されています。 著者のバージョンでは、スケールは容量値（250から1000 mAh）で段階的に表示されるため、電流設定時のエラーを回避しやすくなります。 圧電ベル HA1 はサイズが小さく、硬いリードを備えているため、追加の固定なしで基板に取り付けられます。 デバイスのセットアップは、DA2 温度センサーの校正から始まります。 まず、DA3 の 5.1 番ピンに基準電圧 UT を設定します。 これを行うには、入力に 4,5 ～ 5,5 V の定電圧を印加し、充電器が設置されている場所の温度 T (ケルビン単位) を測定し、この温度に対応する基準電圧 Uobr = T/100 を計算します。 。 ケルビン温度が摂氏温度 + 273 に等しいことを思い出してください。次に、DA2 のピン 2 (または同じ、DA5.1 の同じピン) で実際の電圧 Umeas を測定し、計算します。 DA2 の温度特性のシフトを式 Δ = Uobr - Uiz で計算します。 この後、抵抗 R3 は基準電圧 UT = 3,06 - Δ (シフトの符号を考慮して) を設定します。 次に、調整した抵抗 R6 と R11 を使用して、基準電圧をそれぞれ 1,4 V と 1,48 V に順次設定します (許容偏差は ±0,02 V 以下です)。 最後に、可変抵抗器Ｒ２３のスケールを校正する。 これを行うには、電池コンパートメントの接点に電流計を接続し、入力に 23 ～ 4,5 V の電圧を印加し、電流が 5,5 mA になるように抵抗 R23 のスライダーを回します。 目盛り上では、この電流値に対応するマークが25mAhと表記されています。 250、350、500、750 mAh のマークも同様に校正されます。 文学
著者：M.ボグダノフ、サロフ、ニジニ・ノヴゴロド地方。
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