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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Digitales Ladegerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Die Vorteile des Einzelladens von Akkus, aus denen die Akkus für die Stromversorgung von Geräten, Messgeräten bestehen, sind bekannt: Ihre Lebensdauer wird verlängert, es wird möglich, Akkus aus verschiedenen Akkus gleichzeitig aufzuladen usw. Funkamateure bauen jedoch selten Mehrkanalgeräte Ladegeräte – scheinbare Komplexität und hohe Kosten schrecken ab. Der Autor des veröffentlichten Artikels behauptet, dass Sie in diesem Fall die Kosten nicht bereuen sollten – sie werden sich auszahlen. Erinnern wir uns daran, was die Volksweisheit sagt: „Ein Geizhals zahlt doppelt“ ... In der Presse erschien beispielsweise in [1] die Beschreibung eines Mehrkanalladegeräts (CH) mit Spannungsregelung der einzelnen Akkus und Begrenzung des Ladestroms bei Erreichen der Ladeschwellenspannung. Wie alle derartigen automatischen Batterieüberwachungsgeräte sind sie natürlich einfach zu bedienen. Doch wie die Erfahrung zeigt, führt ein solcher Aufbau des Speichers zu einer Verschlechterung seiner Effizienz im Vergleich zur Reihenschaltung von Batterien, eine ungerechtfertigte Komplikation. Die Verschlechterung der Effizienz bei Stromversorgung über das Stromnetz kann man dennoch in Kauf nehmen: Im Batteriebetrieb sind die Stromkosten für das Laden vernachlässigbar im Vergleich zu den Kosten für die Batterien selbst und den Speicher. Die Autoren des oben genannten Artikels, Meiner Meinung nach wurde die Komplexität des Speichers „in der Stirn“ überwunden – als die Anzahl der Kanäle auf vier erhöht wurde, wurde auch ein Quad-Operationsverstärker verwendet Ich denke nicht, dass dies die beste Lösung für das Problem ist. Tatsache ist, dass der allgemeine Trend bei der Entwicklung von Schaltkreisen für serielle Geräte in den letzten zwei Jahrzehnten darauf hindeutet, dass der Anteil analoger Geräte in ihrer Zusammensetzung abnimmt und sie durch digitale Geräte ersetzt werden, die in der Massenproduktion eine bessere Wiederholbarkeit der Ausgabe aufweisen Parameter. Obwohl Funkamateure in der Regel einzelne Designs erstellen, ist die Wiederholbarkeit für sie nicht weniger wichtig: Es ist natürlich einfacher, ein Gerät nach dem Prinzip „Fertig und vergessen, wie es funktioniert“ zusammenzubauen, als kostbares Geld auszugeben kreativer Eifer bei der Einrichtung. Wichtig ist auch, dass die Elemente der digitalen Technologie heute günstiger und leichter zugänglich sind. Der vorgeschlagene „digitale“ Speicher für vier Kanäle für Nickel-Cadmium-Batterien (siehe Diagramm) wurde genau auf der Grundlage dieser Voraussetzungen entwickelt.
Wichtigste technische Merkmale:
Die Arbeit des Gedächtnisses ist wie folgt. Am Eingang CN (Ausgang 1) empfängt der Zähler DD1 Taktimpulse mit einer Frequenz von 100 Hz. An seinen Ausgängen 2 und 4 (Pins 12 und 13) gibt es eine digitale Kombination im Binärcode, die die Adresse, also die Nummer des Ladekanals, darstellt. Das Signal dieses Codes wird dem Adresseingang des Multiplexers (Pins 10, 9 des DD2-Chips) zugeführt. Nehmen wir an, dass im Moment die Zahl I (1=1, 0, 1, 2) in den Zähler DD3 geschrieben wird. Über den Multiplexer (Eingänge X DD2) wird die Spannung vom 1. Kanal des Speichers dem nichtinvertierenden Eingang (Pin 3) des Komparators DA1 zugeführt, der sie mit der beispielhaften Spannung vergleicht, die dem eingestellten Batterieladeende entspricht Stromspannung. Am Ausgang des Komparators (Pin 6) wird bis zum Ende des 1. Taktimpulses eine Spannung mit hohem Pegel (die an den 1. Kanal angeschlossene Batterie ist geladen) oder eine Spannung mit niedrigem Pegel (die Batterie ist entladen) erzeugt. die den Eingängen D der Auslöser der Mikroschaltungen DD3, DD4 aller vier Kanäle zugeführt wird. In diesem Moment gelangt über den Decoder (Eingänge Y der DD2-Mikroschaltung) ein Low-Pegel-Impuls mit seinem Abfall (Spannungsänderung von -1 V auf +3 V) zum Takteingang C des 3. Triggers, der aufgezeichnet wird Informationen vom Informationseingang D. Der Zustand dieses Triggers bleibt bis zum nächsten Taktimpuls, also bis zur Adresswiederholung, unverändert. Die Spannungen von den Ausgängen des Triggers, zum Beispiel des Triggers DD3.1 des Ladeknotens A1, werden den Schlüsseltransistoren VT2, VT3 zugeführt, die jeweils den Ladestrom einschalten (die an den Kanal angeschlossene Batterie G1). mit der Adresse „0“, ist entladen) und die Anzeige HL2 „Kein Ladevorgang“ leuchtet rot (Akku ist geladen). Somit verwendet das beschriebene Gerät das einzige analoge „rutschige“ Element – den DA1-Komparator, der wiederum (wie ein Großmeister während einer gleichzeitigen Spielsitzung) für jeden der vier Akkus eine Entscheidung trifft: ob er während der nächsten vier aufgeladen werden soll Zyklen oder nicht. Vom Ausgang des Gleichrichters VD98VD100 werden über den aus den Elementen R1, C1, VT2, R3 gebildeten Former Taktimpulse mit doppelter Netzfrequenz (5 ... 1 Hz) dem Eingang des Zählers DD4 zugeführt. Von den Ausgängen des Zählers schaltet die Taktsequenz die Speicherkanäle mit einer Frequenz nahe 6 Hz (fcycle = 2 fnet / 16 = 2-50/16 - 6 Hz) um, und die Umschaltung jedes Speicherkanals erfolgt mit einer Frequenz von etwa 1,5 Hz: (fswitch = ftact / 4 250 / 16 / 4 - 1,5 Hz). Gleichzeitig ist die „Blinkfrequenz“ der Ladeanzeigen HL2 – HL5 mit ihrer linearen Anordnung und dem Fehlen von Batterien im Speicher (der Kanal schaltet sich mit dem ersten Impuls ein und mit dem nächsten aus, d. h. dem Die Blinkfrequenz der Anzeigen ist 2-mal geringer, irritiert den Benutzer nicht – die Bedienung des Geräts ähnelt in diesem Fall der bekannten Weihnachtsbaumgirlande. Wird die „Blink“-Frequenz höher gewählt, beispielsweise 10 kHz, sind die Lichtsignale der Anzeigen nicht mehr wahrnehmbar – das Gerät zieht keine erhöhte Aufmerksamkeit auf sich, und wenn sie niedriger ist, ist es unbequem Beseitigen Sie die häufig auftretende Kontaktlosigkeit beim Anschluss an ein Batterieladegerät mit oxidierter Kontaktfläche. Der Kondensator C5 verhindert mögliche Ausfälle des Zählers DD1 aufgrund von Störungen im Netz. Um einen Ausfall von Mikroschaltungen zu vermeiden, wenn die Spannungspolarität des zu ladenden Akkus umgekehrt wird (aufgrund seiner Polaritätsumkehr oder eines fehlerhaften Anschlusses), ist deren Stromversorgung bipolar gewählt. Die Funktion des Komparators (DA1) übernimmt der OU KR140UD1208, der bei niedriger Versorgungsspannung garantierte Parameter liefert. Darüber hinaus ist es relativ „langsam“ und sorgt für eine Verzögerung der Spannungsänderung am Informationseingang von D-Triggern, wenn ein Taktimpuls am C-Eingang ankommt, d. h. es verfügt über einen „eingebauten Tiefpassfilter“. die Ausgabe. Die HL1-LED (grünes Leuchten), die anzeigt, dass das Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist, bildet zusammen mit den Widerständen R11 - R13 eine beispielhafte Spannungsquelle. Die ihr entsprechende Spannung am invertierenden Eingang des Komparators DA1 wird durch eingestellt Widerstand R12 gleich der Spannung der geladenen Batterie. Um den Wirkungsgrad zu erhöhen, wird die gleichgerichtete Spannung nur in Schwachstromkreisen durch die Filterkondensatoren C1 und C2 geglättet. Die Versorgungsspannung des Niederleistungsteils des Geräts wird durch parametrische Stabilisatoren R1VD4 und R2VD5 stabilisiert. Alle Festwiderstände - C2-23, Trimmer R12 - SPZ-19 oder besser Multiturn SP5-2, SP5-14. Kondensatoren - K10-17 und K50-35. Anstelle des KR140UD1208 verwenden wir das Gegenstück aus anderen Operationsverstärkerserien, das mit niedriger Versorgungsspannung betrieben werden kann. Es ist wünschenswert, dass die leistungsstarken Gleichrichterdioden VD1 und VD2 über eine Schottky-Barriere und möglicherweise einen geringeren Spannungsabfall in Durchlassrichtung verfügen. Transistoren der Serie KTZ102 (VT2-VT9), die im Schlüsselmodus arbeiten, müssen einen hohen Wert des Basisstromübertragungskoeffizienten aufweisen. Bei Verwendung von Transistoren mit einem niedrigeren numerischen Wert dieses Parameters reicht die Belastbarkeit der Mikroschaltungsauslöser nicht aus, um die Transistoren in die Sättigung zu bringen (insbesondere VT2, VT4, VT6, VT8, einschließlich des Batterieladestroms). In diesem Fall müssen Sie eine VD4-Zenerdiode mit hoher Stabilisierungsspannung verwenden, beispielsweise KS139A. Die Netzstromversorgung erfolgt über den vorhandenen Transformator mit einer Leistung von 3 W. Der Effektivwert der Spannung an jeder seiner Wicklungen II und III unter Last beträgt 5 V. Sie können einheitliche Glühtransformatoren der TN-Serie verwenden. Strukturell besteht der Speicher aus einem Gehäuse, das aus folienbeschichteten Glasfaserplatten mit einer Dicke von 2 mm gelötet ist. Im oberen Teil des Gehäuses befindet sich eine Kassette zum Anschluss von Akkus und vor jedem Akku befindet sich eine entsprechende Ladeanzeige. In der oberen und unteren Wand des Gehäuses sind im Bereich des Netztransformators Lüftungslöcher gebohrt. Die Kondensatoren C6, C7 und C8-C10, die die Stromkreise der Mikroschaltungen überbrücken, sollten an verschiedenen Stellen der Leiterplatte platziert werden. Der Aufbau eines ordnungsgemäß zusammengebauten Geräts ist einfach. Nach dem Einschalten sollte die HL1-Anzeige (grünes Leuchten) aufleuchten und die HL2-HL5-Anzeigen (rotes Leuchten) sollten „blinken“. Überprüfen Sie dann, indem Sie abwechselnd die Kontakte jedes Kanals des Geräts schließen, ob die entsprechende Anzeige erlischt. Schließen Sie nach einer solchen Vorprüfung einen geladenen Akku an einen der Kanäle des Geräts an und stellen Sie mit einem Trimmerwiderstand R12 eine Referenzspannung von 1 V am invertierenden Eingang des Komparators DA1,43 ein. In diesem Fall wird die Anzeige des Die Ladeeinheit dieses Kanals sollte aufleuchten. Das Arbeiten mit dem vorgeschlagenen Speicher ist noch einfacher. Wischen Sie die Kontaktflächen von Akkus mit Alkohol ab und verbinden Sie diese unter Beachtung der Polarität mit den Federkontakten der Kassette. Wenn die Batterie schwach ist, sollte die entsprechende LED überhaupt nicht leuchten. Immer häufigeres „Blinken“ der LEDs signalisiert das baldige Ende des Akkuladevorgangs, und wenn einer der Akkus vollständig geladen ist, leuchtet dessen LED dauerhaft. Kurz zur möglichen Verbesserung des beschriebenen Speichers. Die auf LEDs aufgebaute beispielhafte Spannungsquelle (ION) weist einen spürbaren negativen TCV auf – etwa 2 mV/°C bei Betriebstemperatur. Daher führt eine Temperaturerhöhung um 15 °C zu einer Unterladung des Akkus um etwa 0,03 V. Dies ist natürlich kein gravierender Nachteil des Speichers – aufgrund der Besonderheiten der Strom-Spannungs-Kennlinie, Nickel-Cadmium Batterien „bekommen“ aus diesem Grund nur wenige Prozent der insgesamt gespeicherten Energie. Um den Einfluss der Temperatur auf diese Variante des ION zu verringern, wird es von Wärmeströmen entfernt platziert. Wenn Sie eine noch höhere Genauigkeit des Speichers erreichen möchten, können Sie einen fortschrittlicheren ION installieren, der beispielsweise in [3] beschrieben ist. Aber dann werden die Kosten für Teile des entworfenen Speichers steigen. Wenn der Netztransformator des Netzteils über ausreichende Leistungsreserven verfügt, können Sie den Akkuladestrom oder die Kanalzahl des Geräts erhöhen. Um den Ladestrom zu erhöhen, reicht es aus, die Transistoren VT2, VT4, VT6 und VT8 durch zusammengesetzte Transistoren zu ersetzen, beispielsweise KT973A, die Zenerdiode VD4 - durch KS139A (oder KS147A) und entsprechend den Widerstand und die Verlustleistung zu ändern der Stromeinstellwiderstände R15, R17, R19, R21. Die Anzahl der Kanäle lässt sich am einfachsten durch den Einsatz des Achtkanal-Multiplexers K561KP2 im Gerät auf acht erhöhen. Und der letzte. Der Rund-um-die-Uhr-Betrieb des Geräts (während die Batterien einfach darin aufbewahrt werden können) erfordert eine sehr sorgfältige Konstruktion unter Umsetzung der Sicherheitsanforderungen. Literatur
Autor: V. Zhuravlev, Energodar, Region Zaporozhye.
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