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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Intelligentes Ladegerät
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Ni-Cd-Batterien werden häufig zur Stromversorgung moderner tragbarer Geräte verwendet. Um sie aufzuladen, werden viele Geräte hergestellt; ähnliche Geräte werden auch von Funkamateuren zusammengebaut. Allerdings sind die meisten Industrie- und Amateurkonstruktionen lediglich darauf ausgelegt, Batterien aufzuladen. Aufgrund des inhärenten Nachteils von Ni-Cd-Zellen – dem sogenannten „Memory-Effekt“ – ist es ihnen oft nicht möglich, sie vollständig aufzuladen. Der Grund dafür ist, dass beim Laden eines teilweise entladenen Akkus dieser nur bis zu dem Niveau Energie abgibt, ab dem der Ladevorgang begonnen hat. Damit dieser Effekt nicht auftritt, muss der Akku vollständig entladen werden (auf etwa 1 V) und dann auf eine Spannung von etwa 1,4 V aufgeladen werden. Das unten beschriebene Mikrocontroller-Gerät löst dieses Problem automatisch. Der Akku, der seine Kapazität noch nicht vollständig aufgegeben hat, entlädt ihn zunächst vollständig, lädt ihn dann auf einen bestimmten Wert auf, prüft seine Funktionsfähigkeit und trennt ihn dann vom Gerät. Das vorgeschlagene Gerät ist für das gleichzeitige unabhängige Laden von vier Ni-Cd-Akkus mit einer Kapazität von 600, 800 und 1200 mAh ausgelegt, kann aber auch zum Laden anderer Akkutypen verwendet werden. Die Möglichkeit, den Betriebsalgorithmus des Geräts programmgesteuert zu ändern, sorgt für die nötige Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit. Das schematische Diagramm des Ladegeräts ist in Abb. 1 dargestellt. Funktional besteht es aus einer Steuereinheit und vier identischen Lade-Entlade-Zellen.
Die Steuereinheit enthält MK DD1, Schalter DD2, Komparator DA1, Referenzspannungsgenerator (VT13, VT14), akustische Signalisierungseinheit für Batteriefehler (VT15) und Puffer DD3. Der MK steuert den Betrieb des gesamten Geräts und gewährleistet den unabhängigen Betrieb aller vier Ladeknoten. Das Umschalten der von den Batterien kommenden Spannungen auf den nichtinvertierenden Eingang des Komparators DA1 erfolgt durch den Schalter DD2. Abhängig vom Code, der durch die vom Mikrocontroller vorgegebenen E0- und E1-Signale bestimmt wird, werden Referenzspannungen gebildet. Puffer DD3 sorgt für die Entkopplung von Port P1 des Mikrocontrollers von den Lade-Entlade-Zellen. Jede dieser Zellen besteht aus einem Stromstabilisator DA2 (im Folgenden werden die Positionsbezeichnungen der Elemente der Zelle A1 angegeben), Stromeinstellwiderständen R3 - R5, Transistorschaltern (VT1 - VT3), die den Zustand des Knotens umschalten (Laden-Entladen). -Steuerung) und die LEDs HL1 (rot. leuchten) und HL2 (grün), die den Status des Knotens anzeigen (rot - Laden, grün - Entladen). Mit den Schaltern SA1 und SA2 können Sie den benötigten Ladestrom (in diesem Fall 60, 80 oder 120 mA) einstellen. Schauen wir uns die Bedienung des Geräts genauer an. Beim Einschalten analysiert das Programm den Zustand der Batterie G1 und vergleicht abwechselnd deren Spannung (Signal K1) mit den vom Treiber an den Transistoren VT13, VT14 erzeugten Referenzspannungen. Wenn die Batteriespannung weniger als 0,7 V beträgt, schließt es daraus, dass die Zelle leer ist, und analysiert den Zustand der nächsten Zelle. Beträgt die Spannung an der Batterie mehr als 1 V (Normalfall), erzeugt MK DD1 (über Puffer DD3) die Signale R1=1, Z1=1. In diesem Fall leuchtet die LED HL2 und die Transistoren VT1, VT3 öffnen. Der erste von ihnen blockiert den Ladekanal (DA2, R3-R5, VT2) und der zweite verbindet den Widerstand R9 parallel zur Batterie. Der Entladevorgang beginnt. Im Entlade- und Lademodus wird alle 4 s die Spannung an den Batterien gemessen. Der Messzyklus (Signal Z1=1, R1=0) beträgt ca. 1 s, d. h. die Zeit zur Wartung einer Batterie beträgt zusammen mit der Verzögerung 1 s. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung an der Batterie gemessen und abhängig von ihrem Wert entscheidet der Mikrocontroller, ob die Batterie weiter entladen (geladen) oder ausgeschaltet wird (wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist). Dies ist deutlich am Leuchten der LEDs zu erkennen. Das periodische Aufleuchten der grünen LED (HL2) zeigt an, dass sich der Akku dieser Zelle im Entlademodus befindet, und die rote LED (HL1) befindet sich im Lademodus. Aber kehren wir zum Entlademodus zurück. Das Signal K1 (Spannung an der entladenen Batterie) wird über den Schalter DD2 dem nichtinvertierenden Eingang des Komparators DA1 zugeführt, wo es mit der Referenzspannung (ca. 1 V) verglichen wird, die dem invertierenden Eingang vom Treiber an den Transistoren VT13 und VT14 zugeführt wird (der erste von ihnen ist offen und der zweite ist geschlossen) . Sobald der eingestellte Spannungswert erreicht ist, gibt der Komparator ein Signal aus, dass der Entladevorgang abgeschlossen ist und der MK schaltet das Gerät in den Lademodus (Signale R1 und Z1 nehmen die Werte logisch 0 an). In diesem Fall leuchtet die HL1-LED, die Transistoren VT1, VT3 schließen und VT2 öffnet. Beim Prototyping des Geräts und beim Testen im Betrieb mit Batterien unterschiedlicher Kapazität und von verschiedenen Herstellern wurde festgestellt, dass die maximale Batterieladung einer Referenzspannung von ca. 1,45 V entspricht (unter Berücksichtigung der Verluste in den Messkreisen). Bei Bedarf kann er mit dem Trimmwiderstand R44 in die eine oder andere Richtung geändert werden. Wenn die Spannung an der Batterie G1 etwa 1,45 V erreicht, stoppt der Ladevorgang. Anschließend wechselt die Zelle für einige Zeit (ca. 8...10 s) in den Entlademodus (HL2-LED leuchtet) mit Spannungsregelung am Akku. Wenn es sich in dieser Zeit nicht wesentlich verändert hat, wird der Ladevorgang beendet (beide LEDs leuchten nicht). Sinkt die Spannung stark ab (auf 1...1,1 V), was auf eine Fehlfunktion der Batterie hinweist, ertönt ein akustisches Signal und die HL2-LED beginnt zu blinken. Das Gerät verfügt über einen Zwangslademodus. Es wird verwendet, wenn die Batterie auf eine Spannung von weniger als 1 V entladen ist oder dringend aufgeladen werden muss (unter Umgehung des Entladevorgangs auf 1 V). Das Einschalten der Zwangsladung erfolgt über die SB1-Taste (gedrückt halten, bis die HL1-LED aufleuchtet). Die Auswahl von Ladeströmen gleich 0,1 Batteriekapazität erfolgt durch die Schalter SA1 und SA2 durch Parallelschaltung des Widerstands R4 mit den Widerständen R3 und R5. In den im Diagramm dargestellten Schalterstellungen wird der Ladestrom durch den Widerstandswert des Widerstands R4 bestimmt und beträgt 60 mA. Das Schließen der Kontakte des Schalters SA1 führt zu einer Erhöhung des Ladestroms auf 80 mA und beider (SA1 und SA2) auf 110...120 mA. Der maximale Ausgangsstrom des Spannungsreglers 78L05 beträgt 100 mA, im Stromreglermodus kann er jedoch 120 mA bei relativ geringer Wärmeentwicklung verarbeiten (zur Not kann man einen kleinen Kühlkörper darauf setzen). Die Ladegeräteteile sind auf einer Leiterplatte aus doppelseitiger Glasfaserfolie montiert (Abb. 2).
Die Platine ist für die Verwendung von Permanentwiderständen MLT, Tuning SPZ-19A, Kondensatoren K50-35 (C1, C4), KD-1 (C2, C3) und KM (andere), einem zweipoligen Abschnitt eines PLS-40-Steckers, ausgelegt (XP1), Taster B38 oder B32 (SB1), Miniatur-Schiebeschalter VDMZ-2V (SA1-SA8). Die Frequenzeinstellschaltung des eingebauten MC-Generators verwendet einen Quarzresonator mit einer Frequenz von 3,58 MHz, es ist jedoch auch möglich, jeden anderen mit einer Frequenz von 3 bis 8 MHz zu verwenden (in diesem Fall gelten einige Konstanten). im Programm geändert werden). Als BF1-Schallsender können Sie Telefone vom Typ TM-2B oder einen Piezosender ZP-31 verwenden. Zum Anschluss des DD1 MK wird ein 20-poliges Panel verwendet. Codes "Firmware" ROM MK sind in der Tabelle aufgeführt.
Die meisten Widerstände werden senkrecht zur Platine installiert. In die in der unteren Zeichnung (gemäß Abb. 2) mit vier Punkten markierten Löcher werden Drahtbrücken gesteckt, die die Leiterbahnen auf verschiedenen Seiten der Platine verbinden. Beim Einrichten des Geräts kommt es darauf an, Referenzspannungen und die erforderlichen Werte für Lade- und Entladeströme einzustellen. Referenzspannungen (siehe Tabelle unten links in Abb. 1) werden durch Trimmwiderstände R42, R43, R44 und Auswahlwiderstand R41 eingestellt. Sie tun dies ohne den MK und entfernen ihn vorübergehend vom Panel. In seine Buchsen 2 und 3 werden zwei Leiter gesteckt (oder an die entsprechenden Kontaktpads der Platine angelötet) und über Widerstände mit einem Widerstand von 10 kOhm an eine Spannungsquelle von +5 V angeschlossen. Anschließend wird die Platine mit Strom versorgt und Verbinden Sie die genannten Schalttafelkontakte in verschiedenen Kombinationen mit dem gemeinsamen Kabel (Codes 00, 01, 10, 11) und stellen Sie mithilfe angepasster Widerstände die im Diagramm angegebenen Spannungen am Punkt K (Pin 4 des DA1-Chips; E0 ist am wichtigsten) ein Bit, E1 ist das niederwertigste Bit). Die erforderlichen Ladeströme werden durch Auswahl der Widerstände R3 – R5 eingestellt. Bauen Sie dazu eine auf 1 V entladene Batterie in eine beliebige Zelle ein, legen Sie einen Streifen doppelseitiger Glasfaserfolie (oder Getinax) mit an die Folie angelöteten Montagedrahtstücken zwischen dem Pluspol und dem entsprechenden Kontakt ein und schließen Sie ein Milliamperemeter an mit einer Messgrenze von 150...300 mA. Der Widerstand R4 wird vorübergehend durch einen abgestimmten Widerstand mit einem Widerstand von 270...330 Ohm (vorzugsweise drahtgewickelt mit mehreren Windungen) ersetzt und durch Einschalten des Zwangslademodus mit der SB1-Taste wird ein solcher Widerstand des Teils des Widerstands ausgewählt in den Stromkreis eingeführt, bei dem der Ladestrom 6 mA beträgt (für eine Batterie mit einer Kapazität von 600 mAh). Dann löten sie stattdessen einen Konstantwiderstand mit ähnlichem Widerstand ein, ersetzen ihn durch einen Abstimmwiderstand R3 und erreichen durch Schließen der Kontakte des Schalters SA1 eine Stromerhöhung auf 80 mA (für Batterien mit einer Kapazität von 800 mAh). Schließlich wird bei geschlossenen Kontakten beider Schalter SA1 und SA2 der Widerstandswert des Widerstands R5 entsprechend einem Ladestrom von 120 mA (für Akkus mit einer Kapazität von 1200 mAh) gewählt. Die Widerstände der Ladekreise und der restlichen drei Zellen werden auf die gleiche Weise ausgewählt. Der Entladestrom (ca. 60 mA bei einer Batteriespannung von 1,2 V) wird durch Auswahl des Widerstands R9 eingestellt. Um die Entladung von Batterien mit einer Kapazität von 800 und 1200 mAh (im ersten Fall mit einem Strom von 80 und im zweiten Fall 120 mA) zu beschleunigen, können zwei weitere Widerstände in den Kollektorkreis des angeschlossenen Transistors VT3 eingeführt werden parallel zu R9 unter Verwendung von Schaltern ähnlich wie SA1, SA2 (natürlich die gleichen). In diesem Fall müssen Änderungen an den Bitschaltungen der verbleibenden Zellen vorgenommen werden. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass das beschriebene Gerät in der Lage ist, Akkus mit größerer Kapazität aufzuladen. Dazu ist es notwendig, DA2-DA5 durch Stabilisatoren für einen höheren Strom (300...400 mA) und die Schlüsseltransistoren durch leistungsstärkere zu ersetzen. Autoren: M. Demenev, I. Koroleva
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