Enkla Ni-Cd batteriladdarkretsar utforskade

Inlägget diskuterar en enkel NiCd-laddarkrets med ett automatiskt överladdningsskydd och en konstant strömladdning.

När det gäller korrekt laddning av en Nickel-Cadmium-cell rekommenderas det att laddningsprocessen stoppas eller avbryts så snart den når full laddningsnivå. Att inte följa detta kan påverka cellens livslängd negativt, vilket minskar säkerhetskopieringseffektiviteten avsevärt.

Den enkla Ni-Cad-laddarkretsen som presenteras nedan tacklar effektivt överladdningskriteriet genom att inkludera anläggningar som en konstant strömladdning samt att stänga av matningen när cellterminalen når det fulla laddningsvärdet.

Huvudfunktioner och fördelar

• Automatisk avstängning vid full laddningsnivå
• Konstant ström under hela laddningen.
• LED-indikering för full laddning avstängd.
• Tillåter användaren att lägga till fler steg för att ladda upp till 10 NiCd-celler samtidigt.

Kretsschema

Hur det fungerar

Den enkla konfigurationen som beskrivs här är utformad för att ladda en enda 500 mAh 'AA' -cell med den rekommenderade laddningshastigheten på nära 50 mA, men det kan ändå enkelt anpassas billigt att ladda flera celler tillsammans genom att upprepa området som visas med streckade linjer.

Matningsspänning för kretsen erhålls från en transformator, brygglikriktare och 5 V IC-regulator.

Cellen laddas med en T1-transistor som är konfigurerad som en konstant strömkälla.

T1 å andra sidan styrs av en spänningskomparator med en TTL Schmitt-utlösare N1. Under den tid som cellen laddas hålls cellens polspänning runt 1,25 V.

Denna nivå verkar vara lägre än den positiva triggertröskeln för N1, som håller utgången för N1 hög, och utsignalen från N2 blir låg, vilket gör det möjligt för T1 att få basspänningen genom potentialdelaren R4 / R5.

Så länge Ni-Cd-cellen laddas förblir LED D1 tänd. Så snart cellen närmar sig fulladdningsstatusen stiger dess utgångsspänning till ungefär 1,45 V. På grund av detta stiger den positiva utlösningströskeln för N1 vilket gör att utgången från N2 blir hög.

Denna situation stänger omedelbart av T1. Cellen slutar nu ladda och även LED D1 stängs av.

Eftersom den positiva aktiveringsgränsen för N1 är ungefär 1,7 V och den styrs av en specifik tolerans, är R3 och P1 införlivade för att ändra den till 1,45 V. Den negativa utlösargränsen för Schmitt-utlösaren är cirka 0,9 V, vilket råkar vara lägre än terminalspänningen till och med en helt urladdad cell.

Detta innebär att anslutning av en urladdad cell i krets aldrig kommer att utlösa laddningen att starta automatiskt. Av denna anledning ingår en startknapp S1 som, när den trycks ned, tar ingången till NI lågt.

För att ladda mer antal celler kan den del av kretsen som avslöjas i den prickade rutan upprepas separat, en för varje batteri.

Detta säkerställer att, oberoende av cellernas urladdningsnivåer, var och en av dem laddas individuellt till rätt nivå.

PCB-design och komponentöverlägg

I PCB-designen dupliceras två steg för att möjliggöra laddning av två Nicad-celler samtidigt från ett enda kort.

Ni-Cad-laddare med en motstånd

Denna speciella enkla laddare kan konstrueras med delar som kan ses i nästan vilken konstruktörs skräpbehållare som helst. För optimal livslängd (antal laddningscykler) måste Ni-Cad-batterier laddas med en relativt konstant ström.

Detta uppnås ofta ganska enkelt genom att ladda via ett motstånd från en matningsspänning som är många gånger högre än batterispänningen. Förändring av batterispänningen eftersom den laddas kommer troligen att ha minimal påverkan på laddningsströmmen. Den föreslagna kretsen består bara av en transformator, diodlikriktare och seriemotstånd enligt figur 1.

Den tillhörande grafiska bilden underlättar det nödvändiga seriemotståndsvärdet som ska bestämmas.

En horisontell linje dras genom transformatorspänningen på den vertikala axeln tills den passerar den angivna batterispänningslinjen. Därefter ger en linje som dras vertikalt ned från denna punkt för att möta den horisontella axeln oss därefter det nödvändiga motståndsvärdet i ohm.

Till exempel visar den streckade linjen att om transformatorspänningen är 18 V och Ni-Cd-batteriet som ska laddas är 6 V, då kommer motståndsvärdet att vara cirka 36 ohm för den avsedda strömstyrningen.

Detta indikerade motstånd beräknas för att leverera 120 mA, medan för andra laddningsströmhastigheter måste motståndsvärdet reduceras på lämpligt sätt, t.ex. 18 ohm för 240 mA, 72 ohm för 60 mA etc. D1.

NiCad-laddarkrets med automatisk strömstyrning

Nickelkadmiumbatterier kräver vanligtvis en konstant strömladdning. Nedanstående NiCad-laddarkrets är utvecklad för att leverera antingen 50mA till fyra 1,25V-celler (typ AA) eller 250mA till fyra 1,25V-celler (typ C) anslutna i serie, även om det helt enkelt kan modifieras för olika andra laddningsvärden.

I den diskuterade NiCad-laddarkretsen R1 och R2 fixerar utspänningen för avlastning till cirka 8V.

Utgångsströmmen färdas med antingen R6 eller R7 och när den stiger slås transistorn Trl gradvis på.

Detta orsakar punkt Y för att öka, slå på transistorn Tr2 och möjliggöra att punkt Z blir mindre och mindre positiv.

Processen minskar följaktligen utspänningen och har en tendens att sänka strömmen. En balansnivå uppnås slutligen som bestäms av värdet på R6 och R7.

Dioden D5 förhindrar batteriet som laddas, vilket ger matning till IC1-utgången om 12V tas bort, vilket annars kan orsaka allvarlig skada på IC.

FS2 är integrerat för att skydda mot skador på batterierna som laddas.

Valet av R6 och R7 görs genom en del försök och fel, vilket innebär att du behöver en amperemätare med ett lämpligt intervall, eller om R6- och R7-värden är riktigt kända, kan spänningsfallet över dem beräknas genom Ohms lag.

Ni-Cd-laddare med en enda op-förstärkare

Denna Ni-Cd-laddarkrets är utformad för att ladda NiCad-batterier i standardstorlek AA. En speciell laddare rekommenderas mest för NiCad-celler av anledningen till att de har ett extremt lågt inre motstånd, vilket resulterar i en ökad laddningsström även om den använda spänningen bara är något högre.

Laddaren bör därför innehålla en krets för att begränsa laddströmmen till en korrekt gräns. I den här kretsen fungerar T1, D1, D2 och C1 som en traditionell nedgång, isolering, fullvågslikriktare och DC-filterkrets. De ytterligare delarna erbjuder den nuvarande regleringen.

IC1 används som en komparator med ett separat buffertsteg Q1 som ger en påtagligt hög utgångsströmfunktionalitet i denna design. IC1: s icke-inverterande ingång levereras med en 0,65 V: referensspänning presenterad genom R1 och D3. Den inverterande ingången är ansluten till jord via R2 inom vilande strömnivåer, vilket gör att utgången blir helt positiv. Med en NiCad-cell ansluten över utgången kan en hög ström göra ett försök att via R2, vilket får en motsvarande mängd spänning att utvecklas över R2.

Det kan bara öka till 0,6 V, ändå reverserar en ökande spänning vid denna tidpunkt ingångspotentialerna för IC1-ingångarna, vilket får utspänningen att minska och sänker spänningen runt R2 tillbaka 0,65 V. Den högsta utströmmen (och även den mottagna laddningsströmmen) är som ett resultat den ström som genereras med 0,65 V över 10 ohm, eller 65 mA helt enkelt.

De flesta AA NiCad-celler har en optimal föredragen laddningsström på högst 45 eller 50 mA, och för denna kategori måste R2 ökas till 13 ohm så att du kan ha rätt laddningsström.

Några snabbladdare kan arbeta med 150 mA, och detta kräver att man sänker R2 till 4,3 ohm (3,3 ohm plus 1 ohm i serie om en idealisk del inte kan upphandlas).

Dessutom måste T1 förbättras till en variant med en strömstyrka på 250 mA. Q1 måste installeras med en liten bultad flänsad kylfläns. Enheten kan enkelt ladda upp till fyra celler (6 celler när T1 uppgraderas till en 12 V-typ), och alla dessa ska anslutas i serie över utgången och inte parallellt.

Universal NiCad-laddarkrets

Figur 1 visar det fullständiga kretsschemat för den universella NiCad-laddaren. En strömkälla utvecklas med hjälp av transistorerna T1, T2 och T3, som erbjuder en konstant laddningsström.

Den nuvarande källan blir aktiv först när NiCad-cellerna är fästa på rätt sätt. ICI är positionerat för att kontrollera nätverket genom att verifiera spännings polariteten över utgångarna. Om cellerna är riggade ordentligt kan inte stift 2 i IC1 bli så positivt som på stift 3.

Som ett resultat blir IC1-utgången positiv och resurser en basström till T2, som slår på strömkällan. Den aktuella källgränsen kan fixas med S1. En ström på 50 mA, 180 mA och 400 mA kan förinställas när värdena R6, R7 och RB har bestämts. Att sätta S1 vid punkt 1 visar att NiCad-cellerna kan laddas, position 2 är avsedd för C-celler och position 3 är reserverad för D-celler.

Diverse delar

TR1 = transformator 2 x 12 V / 0,5 A.
S1 = 3-lägesomkopplare
S2 = 2-lägesomkopplare

Den nuvarande källan fungerar med en mycket grundläggande princip. Kretsen är ansluten som ett nuvarande återkopplingsnätverk. Föreställ dig att S1 befinner sig i position 1 och IC1-utgången är positiv. T2 och 13 börjar nu få en basström och initiera ledning. Strömmen via dessa transistorer utgör en spänning runt R6, som utlöser T1 i drift.

En eskalerande ström runt R6 betyder att T1 kan leda med större styrka och därmed minimera basdrivströmmen för transistorerna T2 och T3.

Den andra transistorn kan vid denna tidpunkt leda mindre och den initiala strömökningen är begränsad. En rimligt konstant ström med hjälp av R3 och de bifogade NiCad-cellerna implementeras således.

Ett par lysdioder kopplade till den aktuella källan indikerar driftsstatus NiCad-laddaren när som helst. IC1 resurser en positiv spänning när NiCad-cellerna är anslutna på rätt sätt och lyser upp LED D8.

Om cellerna inte är anslutna med rätt polaritet, kommer den positiva potentialen vid stift 2 i IC1 att vara högre än stift 3, vilket får uteffektens komparatorutgång att bli 0 V.

I denna situation förblir den aktuella källan avstängd och LED D8 tänds inte. Ett identiskt tillstånd kan uppstå om inga celler är anslutna för laddning. Detta kan hända eftersom stift 2 har en ökad spänning jämfört med stift 3 på grund av spänningsfallet över D10.

Laddaren aktiveras bara när en cell som består av minst 1 V är ansluten. LED D9 visar att den aktuella källan fungerar som en aktuell källa.

Detta kan tyckas ganska märkligt, men en ingångsström som genereras av IC1 är inte tillräcklig, spänningsnivån måste också vara tillräckligt stor för att förstärka strömmen.

Detta innebär att matningen alltid ska vara större än spänningen över NiCad-cellerna. Bara i den här situationen är potentialskillnaden tillräcklig för att den återkopplingen T1 ska komma igång och lyser upp LED D9.

PCB-design

Använda IC 7805

Kretsschemat nedan visar en idealisk laddarkrets för en ni-cad-cell.

Detta använder en 7805 regulator IC att leverera en konstant 5V över ett motstånd, vilket gör att strömmen är beroende av motståndets värde istället för cellpotentialen.

Motståndets värde bör justeras med hänsyn till typen som används för att ladda vilket värde som helst mellan 10 Ohm och 470 Ohm som kan användas beroende på cellens mAh-värde. På grund av den flytande naturen hos IC 7805 med avseende på markpotentialen, kan denna design användas för laddning av enskilda Nicad-celler eller serier med några få celler.

Laddar Ni-Cd Cell från en 12V strömförsörjning

Den mest grundläggande principen för en batteriladdare är att dess laddningsspänning måste vara mer än den nominella batterispänningen. Till exempel bör ett 12 V-batteri laddas från en 14 V-källa.

I denna 12V Ni-Cd-laddarkrets används en spänningsdubblare baserad på den populära 555 IC. Eftersom utgång 3 på chipet är ansluten växelvis mellan +12 V matningsspänning och jord, svänger IC.

C₃laddas genom D._tvåoch D₃till nästan 12 V när stift 3 är logiskt lågt. Momentet stift 3 är logiskt högt, korsningsspänningen för C₃och D₃ökar till 24 V på grund av den negativa terminalen på C₃som är ansluten till +12 V och kondensatorn i sig har en laddning av samma värde. Diod D₃blir omvänd förspänd, men D₄leder precis tillräckligt för C₄för att ladda mer än 20 V. Detta är mer än tillräckligt med spänning för vår krets.

78L05 i IC_tvåpositioner fungerar som en aktuell leverantör som råkar hålla sin utspänning, U_n, från att visas över R₃vid 5 V. Utgångsströmmen, I_n, kan helt enkelt beräknas från ekvationen:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Egenskaperna hos 78L05 inkluderar att dra strömmen själv eftersom den centrala terminalen (vanligtvis jordad) ger vår cirka 3 mA.

Den totala belastningsströmmen är cirka 10 mA och det är ett bra värde för att ständigt ladda NiCd-batterier. För att visa att laddningsströmmen flyter ingår en lysdiod i kretsen.

Laddar aktuell graf

Figur 2 visar egenskaperna hos laddningsströmmen mot batterispänningen. Det är tydligt att kretsen inte är helt perfekt eftersom 12 V-batteriet laddas med en ström som bara mäter cirka 5 mA. Några skäl till detta:

• Kretsens utspänning verkar sjunka med den eskalerande strömmen.
• Spänningsfallet över 78L05 är cirka 5 V. Men ytterligare 2,5 V måste inkluderas för att säkerställa att IC fungerar exakt.
• Tvärs över lysdioden finns det troligen ett spänningsfall på 1,5 V.

Med tanke på allt ovanstående kan ett 12 V NiCd-batteri med en nominell kapacitet på 500 mAh laddas utan avbrott med en ström på 5 mA. Totalt är det bara 1% av kapaciteten.