TEA1101 チップ上の Ni-Cd および Ni-MH バッテリー用充電器。スキーム、説明

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TEA1101チップ上のNi-CdおよびNi-MHバッテリー用の充電器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事では、TEA1101 チップ (フィリップス) で作られた、ニッケルカドミウムおよびニッケル水素電池の加速充電用の「インテリジェントな」外国製充電器と、その機能を拡張するための改良について説明しています。

長年にわたり、適切な動作条件下で最大 1000 回の充放電サイクルに耐えることができる Ni-Cd (ニッケル - カドミウム) バッテリーおよびバッテリーが店舗や市場で販売されています。これらのバッテリーの欠点には、いわゆる「メモリー効果」が含まれます。これは、使用済みのバッテリーを完全に放電状態（バッテリーあたり約 1 V）にし、その後でのみ新しい充電サイクルを開始する必要があるという事実にあります。

広く普及したニッケル・カドミウム電池に加えて、比較的新しい電池であるNi-MH（ニッケル水素）も登場し、広く使用されるようになりました。これらのバッテリーは、Ni-Cd と同じ寸法で、ほぼ XNUMX 倍の容量があります。当然のことながら、それらは高価でもあり、欠点がないわけではありません。 Ni-MH バッテリーは内部抵抗が高く、ピーク放電電流が低いため、電気ドリル、電動ドライバー、コンプレッサー、掃除機などのエネルギーを消費する機器に電力を供給するように設計されていません。

不適切な充電方法により、バッテリーの「寿命」が最大 30% 短縮されます。損傷したバッテリーは、廃棄時に環境に修復不可能なダメージを与えます。したがって、適切かつ有能なバッテリー充電は、根本的な経済的節約をもたらすだけでなく、環境にもプラスの効果をもたらします。

最も安価でシンプルな充電器は、変圧器、整流ダイオード、電流制限抵抗器、LED で構成されています。変圧器は 220 V の主電源電圧を 4 ～ 12 V に下げ、半波整流器を整流します。抵抗は充電電流を制限し、LED はバッテリーが充電器に接続されていることを示します。主にアジア諸国で製造され、類似または同一の回路を備えたデバイスが店頭でよく見られます。このようなデバイスの製造にオーバーヘッドはありませんが、バッテリーを過充電から保護するものではないことに注意してください。わずか数サイクルの後、バッテリーに不可逆的な変化が現れ、耐用年数が短くなる可能性があります。

充電中は常に電流を監視し、一定のレベルに維持する必要があります。時間を短縮するには、充電電流を増加させ、数値的にバッテリー容量の 100% に等しい値に達することがあります。このような状況下で、完全充電の瞬間が監視されていない場合、バッテリー内にガスが蓄積し、機械的損傷や故障に至るまで圧力が上昇する可能性があります。

電池ケースの温度を常時測定することで充電状態を監視できます。この方法は、Ni-Cd および Ni-MH バッテリーのいわゆる負の温度係数 (約 -1 mV/°C) に基づいています。充電は、特定のケースごとに計算された適切な温度値で停止されます。ただし、温度を正確に測定しようとすると困難が生じたり、正確な計算が必要になったりするため、この方法はあまり広く使用されていません。

電圧低下の検出に基づいてバッテリーの満充電を制御する別の方法があり、文献ではこれはΔV 法と呼ばれることがよくあります [1-6]。これは、時間の経過に伴うバッテリー端子の電圧の変化を追跡し、最大特性に達した瞬間に充電を停止することで構成されます。このデバイスの動作原理の基礎となるのは、ΔΣ の符号を測定するこの方法であり、これについては後で説明します。

現在、最大検出方法は、Ni-Cd および Ni-MH バッテリーの充電終了を判断する最も正確な方法です。一定の充電電流におけるバッテリ端子の電圧は単調増加関数です。バッテリーが完全に充電されると、エネルギーの蓄積が停止され、正極の近くにガスが蓄積し始めます。これにより、温度が急激に上昇し、バッテリー端子の電圧が低下します。特殊なマイクロ回路 (前述の TEA1101 充電器内) が一定の間隔で充電中のバッテリーの現在の電圧を測定し、前回の測定値と比較します。比較結果が負の値、つまり現在の電圧が前回より小さい場合、同様の現象が数十回の測定で繰り返されると、充電器は 1/20 ... 1/ 以内の電流で保守的な充電モードに切り替わります。公称バッテリー容量の 80。控えめに充電すると、バッテリー内でガスがさらに発生することはなく、バッテリーに悪影響を与えることはありません。

充電器が測定できるΔVの値は、使用される超小型回路、またはむしろ、電圧をデジタルコードに変換する内蔵のアナログデジタルコンバータの容量によって異なります。 TEA1101 チップのビット数は 12 で、絶対電圧値の 0,025% の離散性を実現します。これはどちらのタイプのバッテリにも十分ですが、たとえば、TEA1100 チップには 10 ビット ADC しかなく、その精度は Ni-Cd バッテリで動作するのに十分な精度しかありません。

「インテリジェント」充電器の図を図に示します。 1. すべての要素の位置指定は、メーカーのスキームに対応しています。

TEA1101チップ上のNi-CdおよびNi-MHバッテリー用の充電器

このデバイスの基礎は、特殊な TEA1101 (DA1) マイクロ回路です。マイクロ回路の電源電圧は VT3VD4R6R7 スタビライザを 8 V のレベルで安定させますが、最大 11,5 V の電圧までは動作し続けます。バッテリの充電電流に比例した電圧が入力 IB (ピン 5) に供給されます。電流センサー - 抵抗器 R4 からの超小型回路の電流は、それぞれ抵抗器 R13 と R12 によって決定される加速充電電流と保守充電電流の指定値と比較されます。充電電流が設定値からずれると、AOのアナログ制御出力（ピン2）に制御電圧が現れ、充電器にリニアレギュレータが使用されている場合、この電圧が制御トランジスタに供給され、補正が行われます。。ただし、TEA1101 チップにはパルス幅変調器が内蔵されており、それに応じて PWM 出力 (ピン 1) が備わっています。

充電電流のパルス調整には、高効率、調整素子の低消費電力など、リニアレギュレータに比べて SHI レギュレータのすべての利点があります。説明されている充電器は、SHI 調整の原理に正確に基づいて構築されており、アナログ信号はコントロールユニット VT4R16 ～ R18 には 2 色の LED HL4 が供給され、その色と明るさによって充電電流をおおよそ判断できます。赤色 LED が最も明るく点灯する場合は、バッテリが急速に充電されていることを意味します (トランジスタ VTXNUMX が最大限に開いています)。赤からオレンジ、緑への滑らかな移行は、調整電圧が低下し、調整素子をカバーしていることを示します。明るい緑色の輝きは、保守的な充電モードに移行した瞬間に発生します。

残念ながら、このような表示では、完全充電に達した瞬間を正確に判断することはできません。ただし、TEA1101 チップには、LED を駆動するための特別な LED 出力 (ピン 15) があります。この LED (HL1) は、充電段階ごとに異なる動作をするため、充電器で行われているプロセスに関する完全な情報が提供されます。LED が点灯しないか、非常に弱く光る場合は、低輝度レベルで脈動する可能性があり、バッテリーが正常に動作していない可能性があります。充電器に接続されています。常に明るく輝きます - バッテリーの充電が加速されます。明るく点滅 - バッテリーは完全に充電されています。最初の起動時にアラームが充電終了時と同じ場合は、バッテリーが故障している可能性が高く、回復することはできません。当然のことながら、これらすべての状況において、XNUMX 色の LED にも注意を払う必要があります。その輝きは、充電が実際に行われているかどうかを示します。

当初、この産業用デバイスは、600 ～ 700 mAh の容量を持つ蓄電池または XNUMX つまたは XNUMX つの蓄電池で構成されるバッテリーを充電するように設計されていました。ただし、このデバイスは簡単な改良を加えることができ、その結果、その機能が大幅に拡張されます。実際、充電器のすべてのパラメータは、適切な要素と供給電圧を選択することで設定できます。

急速充電モードの電流は、次の式で計算されます。

lfast = R8 Uref/(R4 R13) = 3,9 10³ 1,25/ /(0,27 27 10³) = 0,669A、

ここで、Uref = 1,25 V は出力 Rref (ピン 10) の基準電圧です。

保守的な充電電流

lnorm \u0,1d 8R4 Uref / (R12 R0,1 P) \u9d 10x x Z.XNUMX XNUMX³ 1,25/(0,27 6,2 10³ 4) = 0,073A、

ここで、P は乗数で、その値は TEA8 チップのピン 1101 (PR) を接続することによって決まります。このピンがマイクロ回路のピン6（Us）に接続されている場合はP \u1d 16、ピン4（GND）に接続されている場合は-P \u2d XNUMX、ピンが接続されていない場合はP \uXNUMXd XNUMXです。

したがって、上記の関係から、R8 の代わりに異なる抵抗値の抵抗を接続すると、さまざまな容量の電池やさまざまな容量の電池を充電できることがわかります C。図1は、抵抗R8の計算値と、急速充電モードおよび保守的充電モードの電流を示しています。

TEA1101チップ上のNi-CdおよびNi-MHバッテリー用の充電器

さらに、多数のバッテリを充電するには、マイクロ回路の UAC 入力 (ピン 14) にある抵抗分圧器 R15R7 の伝達係数を変更する必要があります。テーブル内。図 2 は、1000 ～ 1200 個のバッテリーを含む 1 つのバッテリーオプションを示しています。容量が 2,5 ～ 18 mAh のバッテリーの最大急速充電電流は約 XNUMX A であること、調整素子と XNUMX つのダイオード間の電圧降下は約 XNUMX V であることを考慮すると、充電時の電源の必要電圧は約 XNUMX V になります。 XNUMX つ以上のバッテリーで構成されるバッテリーを充電する場合は、XNUMX V を選択してください。

TEA1101チップ上のNi-CdおよびNi-MHバッテリー用の充電器

デバイスの変更されたバージョンのスキームを図に示します。 2.

TEA1101チップ上のNi-CdおよびNi-MHバッテリー用の充電器

XNUMX つまたは別の充電電流を提供するために必要な最小供給電圧の評価は非常に大まかに実行されましたが、その後の実験では計算が正確であることが示されました。

文学

Nachrustung von Ladenstationen fue NC-Akkuwerzeuge mit dem Ladecontroller TEA1101。 - ファンク・アマチュア、2000 年、第 2 号、p. 164-167。
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.S.72。
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.
Boshboom W. TEA1101 充電管理に基づくバッテリーの再充電特性。届出番号：NPO/AN9301。
Ni-Cd および Ni-MH 充電器用のバッテリーモニター。フィリップスセミコンダクター - 暫定仕様。 1992月XNUMX年。
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著者: V.Golutvin、リヴィウ、ウクライナ

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