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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Ladegerät für Nickel-Cadmium-Akkus und Batterien. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Die Fachliteratur belegt die Zweckmäßigkeit des Ladens von Batterien an einer Festspannungsquelle mit Strombegrenzung. Dieser Modus bietet den Vorteil, dass durch das Aufladen beispielsweise in der Nacht unabhängig vom Ausgangszustand die volle Ladung bis zum Morgen gewährleistet ist, ohne dass die Gefahr einer Überladung besteht. Das Diagramm des Ladegeräts ist in Abb. 1 dargestellt.
Die Zenerdiode VD6, der Operationsverstärker DA1.1, der Transistor VT1 und direkt mit ihnen verbundene Elemente bilden eine hochstabile Spannungsquelle. Sein Merkmal ist die Versorgung des parametrischen Stabilisators R2VD6 mit der Ausgangsspannung der Quelle, die ihn mit hohen Parametern versorgt. Der Spannungsteiler R17R28 erzeugt 12 Spannungsstufen entsprechend dem Grenzwert beim Laden einzelner Akkus und Akkus bestehend aus 2-12 Nickel-Cadmium-Akkus. Die erforderliche Ladespannung wird über den Schalter SA2 ausgewählt. Der Operationsverstärker (Op-Amp) DA1.2 bildet zusammen mit dem Transistor VT2 einen exakten Folger dieser Spannung mit hoher Belastbarkeit. Seine Ausgangsimpedanz ist sehr klein, die Spannungsänderung bei einem Anstieg des Ausgangsstroms von 0 auf 350 mA kann mit einem vierstelligen Digitalvoltmeter nicht erfasst werden, d. h. er beträgt weniger als 1 mV und der Ausgangswiderstand beträgt dementsprechend weniger als 0,003 Ohm. Um den Strom zu Beginn des Ladevorgangs zu begrenzen, wird ein Vergleich des Spannungsabfalls am Widerstand R32 (und den parallel dazu geschalteten Widerständen R6-R16) und der Referenzspannung vom Teiler R35-R39 verwendet. Der Kollektorstrom des Transistors VT2 entspricht mit ausreichender Genauigkeit dem Ladestrom. Die von den Widerständen R35 und R36 abgenommene Referenzspannung beträgt 1,2 V. Der Spannungsvergleich erfolgt durch den Komparator, seine Funktion übernimmt der Operationsverstärker DA2.2. Wenn der Ladestrom am Widerstand R32 einen Spannungsabfall von mehr als 1,2 V erzeugt, öffnet der Operationsverstärker DA2.2 den Transistor VT3, der mit seinem Kollektorstrom die Spannung am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.2 erhöht .XNUMX, was zu einer Verringerung der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers und dem Übergang der gesamten Quelle in den Modus zur Stromstabilisierung führt. Die Strombegrenzung im Bereich von 2,5 bis 350 mA wird durch den Schalter SA3 eingestellt. Der Ausgangswiderstand des Geräts im Stromstabilisierungsmodus entspricht dem Widerstandswert des Widerstands R30. Das Mikroamperemeter PA1 mit einem zusätzlichen Widerstand R31 bildet ein Voltmeter für eine Spannung von 1,2 V, daher zeigt sein Pfeil im Stromstabilisierungsmodus der Quelle auf den letzten Teil der Skala. Als Voltmeter wurde ein Mikroamperemeter für einen Strom von 100 μA verwendet, sodass dieser Messwert einem Ladestrom entspricht, der 100 % der Einstellung des SA3-Schalters entspricht. Wird eine entladene Batterie an die Buchsen X1 und Nach einigen Stunden erreicht die Batteriespannung den durch den SA2-Schalter eingestellten Wert und das Gerät wechselt in den Spannungsstabilisierungsmodus. Der Ladestrom beginnt zu sinken, was durch die Anzeige des PA2-Geräts überwacht werden kann. Wenn der Strom auf einen Wert von ca. 3 % des eingestellten Schalters SA2 sinkt, schaltet der Komparator am Operationsverstärker DA1 und die HL5-LED leuchtet auf und signalisiert das Ende des Ladevorgangs. Wenn der Akku (oder ein einzelner Akku) auch tagsüber weitergeladen wird, passiert ihm nichts, da der Strom am Ende des Ladevorgangs sehr gering ist. LED HL1 – Anzeige der Geräteverbindung zum Netzwerk. Durch die Wahl eines Kondensators C7 wird die Hochfrequenzerzeugung des Operationsverstärkers DA1.2 eliminiert. Welche Rolle spielen VD2-VD5-Dioden? Beim Laden einer einzelnen Batterie beträgt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.2 1,4 V und im Schließmodus des Ladegeräts seine Ausgangsspannung, die die Übertragung des Geräts gewährleistet Der Stromstabilisierungsmodus sollte etwa 0,6 V relativ zum gemeinsamen Draht betragen. Damit der Operationsverstärker DA1.2 in solchen Modi normal funktioniert, muss die Spannung seiner negativen Stromversorgung mindestens 2 V im Absolutwert betragen, was durch den Spannungsabfall an den VD3VD5-Dioden gewährleistet wird. Ebenso muss für den normalen Betrieb des Operationsverstärkers DA2.1 mit einer Spannung an den Eingängen nahe der Spannung der positiven Stromversorgung die Differenz zwischen ihnen mindestens 0,6 V betragen – bereitgestellt durch den Spannungsabfall an der VD2-Diode . Eine Zeichnung einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie mit einer Dicke von 1,5 mm, auf der sich die meisten Geräteteile befinden, ist in Abb. 2 dargestellt.
Der VT2-Transistor ist mit einem nadelförmigen Kühlkörper mit den Maßen 60x45 mm ausgestattet, die Höhe der Nadeln beträgt 20 mm. Auf der Frontplatte des Gerätes aus 2 mm dickem Glasfaser sind die Schalter SA3 und SA1 samt daran angelöteter Widerstände, Mikroamperemeter RA1, LEDs HL2 und HL1, Ausgangsbuchsen X2 und X1,5 sowie Transformator T1, Schalter SA1, Sicherung FU1 verbaut , Diodenbrücke VD1 und Kondensatoren C1 - auf der hinteren Duraluminiumplatte gleicher Dicke. Die Platten werden mit 135 mm langen Duraluminium-Kabelbindern aneinander befestigt, eine Leiterplatte wird an die gleichen Kabelbinder geschraubt. Die fertige Struktur wird in einem Aluminiumgehäuse in Form eines rechteckigen Rohrabschnitts installiert. Netzwerktransformator T1 - einheitlicher Typ TN-30. Sie können aber auch jeden anderen ähnlichen Transformator verwenden, dessen Sekundärwicklung eine Spannung von 19 ... 20 V bei einem Strom von mindestens 400 mA liefert. Die für den gleichen Ausgangsstrom ausgelegte Gleichrichterbrücke VD1 kann aus vier Dioden mit einem Betriebsstrom von 300 mA, beispielsweise Typ D226, aufgebaut werden. Dies können die Dioden VD2-VD5 sein. Der Kondensator C1 besteht aus drei parallel geschalteten Oxidkondensatoren vom Typ K50-29 mit einer Kapazität von 1000 Mikrofarad bei einer Nennspannung von 25 V. Der Kondensator C2 ist K53-1, der Rest sind KM5 und KM-6. Die thermisch kompensierte Zenerdiode KS191F (VD6) kann durch D818 mit Buchstabenindizes V-E oder durch KS191 mit beliebigem Buchstabenindex ersetzt werden. Es empfiehlt sich, die Widerstände R3, R5 und R17-R28 stabil zu verwenden, beispielsweise C2-29. Die Widerstände der Widerstände R17 - R28 liegen im Bereich von 160 Ohm ... 10 kOhm, müssen jedoch mit einer Genauigkeit von nicht weniger als 0,3 % gleich sein. Die Widerstände R6R16 müssen nicht genau sein. Es empfiehlt sich, sie gemäß den Angaben im Diagramm aus Widerständen ähnlicher Nennleistung auszuwählen, was die Einrichtung des Geräts vereinfacht. Jeder der Widerstände R15, R16 besteht aus mehreren Widerständen höherer Leistung und geringerer Verlustleistung, die parallel geschaltet sind. Trimmerwiderstände R4 und R38 Typ SP3-19a. Alle LEDs HL1 und HL2, es ist jedoch wünschenswert, eine andere Leuchtfarbe zu haben. Zenerdioden VD7 und VD8 für eine Stabilisierungsspannung von 5,6-7,5 V. Schalter SA2 und SA3 PG2-5-12P1N oder ähnlich kleine. Mikroamperemeter RA1 Typ M4247 für einen Strom von 100 μA. Wenn Sie das Gerät für einen anderen Strom der Vollauslenkung des Pfeils verwenden, müssen Sie nicht nur den Begrenzungswiderstand R31, sondern auch R32 auswählen, um einen Ladestrom von 2,5 mA an der äußersten linken Position (gemäß Diagramm) bereitzustellen den SA3-Schalter. Die Transistoren VT1, VT2 sind alle NPN-Siliziumstrukturen mittlerer Leistung und VT3 sind alle PNP-Siliziumstrukturen mit geringer Leistung für eine zulässige Spannung von mindestens 30 V. Operationsverstärker K140UD20 (DA1, DA2) sind durch eine doppelte Anzahl austauschbar K140UD7 Operationsverstärker. Die Verwendung anderer Arten von Operationsverstärkern wird durch die Möglichkeit ihres Betriebs in den oben genannten Modi bestimmt, dies wurde jedoch nicht getestet. Kurz zum Einrichten des Ladegeräts. Stellen Sie zunächst mit einem Trimmerwiderstand R4 eine Spannung von 1 V am Emitter des Transistors VT16,8 ein. Nachdem Sie das Gerät in jeder nächsten Position (oben im Stromkreis) mit einem Widerstand von 51 ... SA68 belastet haben, erhöht sich die Ausgangsspannung um 7,5 V. Überprüfen Sie, ob am Ausgang Hochfrequenz erzeugt wird, und wählen Sie ggf. den Kondensator C43 aus. Als nächstes stellen Sie die Verbindung des Widerstands R2 wieder her und stellen den Schalter SA1,4 auf Position „7“. Achten Sie beim Ändern der Stellung des Schalters SA3 darauf, dass der Ausgangsstrom, gemessen mit einem in Reihe mit dem Lastwiderstand geschalteten Milliamperemeter, auf den Wert begrenzt wird, der der Stellung dieses Schalters entspricht (außer 350 mA). Ersetzen Sie den Lastwiderstand durch eine Kette aus zwei oder drei Dioden (vom gleichen Typ wie VD2-VD5) und stellen Sie mit dem Trimmwiderstand R3 den gleichen Ausgangsstrom ein, indem Sie den SA100-Schalter auf die Position „38 mA“ stellen. Der Pfeil des Mikroamperemeters sollte auf den letzten Teil der Skala zeigen. Ist dies nicht der Fall, wählen Sie den Widerstand R31. Stellen Sie nun Schalter SA2 auf Position „1“ und Schalter SA3 auf Position „10 mA“. Schließen Sie einen variablen 3,3-kΩ-Widerstand und ein Milliamperemeter an den Ausgang des Geräts an und erhöhen Sie dann den Widerstand dieses Widerstands von Null. Bei einem Ausgangsstrom von ca. 0,5 mA sollte die HL2-LED aufleuchten. Bedenken Sie beim Einrichten des Geräts, dass seine Ausgangsimpedanz asymmetrisch ist: Sie ist klein für den ausgehenden Strom und hoch für den eingehenden. Daher ist ein unbelastetes Gerät empfindlich gegenüber Netzstörungen und die Messung der Ausgangsspannung mit einem hochohmigen Voltmeter kann zu einem unerwartet hohen Ergebnis führen. Das Aufladen des Akkus ist einfach. Sie müssen lediglich die Schalter auf die Positionen einstellen, die der Anzahl der darin enthaltenen Akkus und dem maximalen Ladestrom entsprechen, den Akku mit der richtigen Polarität an den Ausgang anschließen und das Gerät einschalten. Ein Zeichen für das Ende des Ladevorgangs ist das Leuchten der HL2-LED. Der maximale Ladestrom sollte 3...4 mal kleiner sein als die Kapazität des Akkus. Welche Ergänzungen oder Änderungen können an dieser Ladegerätoption vorgenommen werden? Zunächst muss es durch ein elektromagnetisches Relais K1 ergänzt werden, wie in Abb. 3 gezeigt, das die Batterie oder Batterie nach Abschluss des Ladevorgangs abschaltet. Wenn die HL2-LED eingeschaltet ist, wird das Relais aktiviert und unterbricht mit seinen normalerweise geschlossenen Kontakten den Ladestromkreis.
Der Widerstand R44 ist für einen einwandfreien Betrieb des Relais und zur Gewährleistung einer kleinen Hysterese des Komparators am Operationsverstärker DA2.1 erforderlich. Das Relais K1 muss für eine Spannung von 20 ... 27 V ausgelegt sein, der Transistor VT4 muss eine beliebige pnp-Struktur mittlerer oder hoher Leistung haben, zum Beispiel KT502, KT814, KT816. Bei der Einführung eines solchen Zusatzes in das Gerät ist jedoch zu berücksichtigen, dass nach Beginn des Ladevorgangs jedes Umschalten seiner Stromkreise zum Betrieb des Relais führt, sodass die erforderlichen Einstellungen im Voraus vorgenommen werden müssen. Mit dem Gerät können bis zu sieben Batterien entladen werden, ohne dass eine Tiefentladung befürchtet werden muss. Dazu muss Schalter SA2 auf Position „5“ gestellt werden, Schalter SA3 – vom Entladestrom her am nächsten, aber größer, einen Widerstand zwischen die Ausgangsbuchsen XI und X2 schalten, der für den nötigen Entladestrom sorgt, und Schließen Sie die entladene Batterie an. Da die Batteriespannung größer ist als die, die dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.2 zugeführt wird, ist der Transistor VT2 geschlossen und die Batterie wird über den Widerstand entladen. Wenn die Batteriespannung auf 7 V sinkt, schalten der Operationsverstärker DA1.2 und der Transistor VT1 in den Spannungsstabilisierungsmodus und die Entladung stoppt. Die HL2-LED dient als Anzeige für den Abschluss der Batterieentladung – sie leuchtet während des Entladevorgangs und erlischt am Ende. Wenn das Gerät häufig zum Entladen von Batterien verwendet werden soll, außer bei einer unterschiedlichen Anzahl von Batterien, empfiehlt es sich, einen zusätzlichen Widerstand einzubauen, dessen Widerstandswert 40 % des Gesamtwiderstands der Widerstände R17-R28 und beträgt , natürlich, ein Schalter. Der Widerstand ist zwischen dem Ausgang der Referenzspannungsquelle (im Diagramm von Abb. 1 der Verbindungspunkt des Emitters des Transistors VT1, der Widerstände R2, R3, des Kondensators C3) und dem festen Kontakt „12“ des SA2 geschaltet Schalter mit dem Widerstand R17 verbunden und parallel zu diesem Widerstand - ein zusätzlicher Schalter. Der Akku wird bei geschlossenen Kontakten des Schalters geladen, bei geöffneten Kontakten kann der Akku entladen werden, wenn die Ausgangsspannung um das 1,4-fache abnimmt (bis zu 1 V pro Akku). Die Batterie wird über den Widerstand mit einem zeitlich veränderlichen Strom entladen, der durch die Mikroschaltung K142EN12A durch Einschalten gemäß der in Abb. 4 gezeigten Schaltung stabilisiert werden kann.
Der Widerstandswert des Widerstands R46 (Ohm) wird durch die Formel bestimmt: R46 = 1250 / Ipas, wobei Iraz der Entladestrom (mA) ist. Die Werte der Widerstände, von denen der Entladestrom abhängt, entsprechen den Widerständen der Widerstände R6-R16 bei gleichen Strömen wie der Ladestrom.
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