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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Ladegerät 5...10000 mAh. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Zur Stromversorgung tragbarer Geräte werden häufig wiederaufladbare Zellen und daraus hergestellte Batterien verwendet. Ihre Kapazität kann variieren, daher sind zum Laden unterschiedliche Ladeströme erforderlich. Und die EMF, deren Erreichen eine Vollladung bedeutet, hängt von der Anzahl der in Reihe geschalteten Elemente der Batterie ab. Es besteht Bedarf an einem Ladegerät mit großen Intervallen zum Ändern dieser Parameter. Das vorgeschlagene Gerät ermöglicht das Laden von Alkalibatteriezellen mit einer Kapazität von 5 bis 10000 mAh und Batterien mit 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 in Reihe geschalteten Zellen. Im weiteren Verlauf des Artikels wird ein Begriff verwendet, der sich sowohl auf aufladbare Elemente als auch auf Batterien bezieht – Batterie. Das Gerät bietet die Möglichkeit, die Batterie sowohl mit intermittierendem Gleichstrom als auch mit asymmetrischem Strom wechselnder Polarität zu laden. Das asymmetrische Stromladeverfahren wurde in der Literatur häufig diskutiert, beispielsweise in [1-3]. Über seine Vor- und Nachteile wurde viel gesagt. Manchmal können Sie damit einen Akku wiederherstellen, dessen Kapazität verloren gegangen ist. Der Ladestrom wird über einen 11-stufigen Schalter eingestellt. Die Werte dieses Stroms sind festgelegt: 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 50; 100; 200; 500 und 1000 mA. Der erforderliche Wert entspricht normalerweise numerisch einem Zehntel der Nennkapazität der Batterie, ausgedrückt in Milliamperestunden. Das Blockschaltbild des Ladegeräts ist in Abb. dargestellt. 1. Der Generator erzeugt Rechteckimpulse. Sie gelangen in den Eingang des Verteilers, der Zeitintervalle zur Messung der EMK der Batterie, ihrer Ladung und Entladung bildet. Diese drei Intervalle bilden einen Ladezyklus. Ihre Dauer beim Laden mit einem asymmetrischen Strom liegt im Verhältnis 1:2:2, wobei die erste Zahl die relative Dauer der EMF-Messung ist, die zweite die relative Dauer des Ladestroms 1z ist, die dritte die relative Dauer von ist der Entladestrom 1r. Bei ausgeschalteter Asymmetrie beträgt dieses Verhältnis 1:2:0 (Entladeintervall ausgenommen), der Ladestrom erfolgt intermittierend.
Die EMF der zu ladenden Batterie wird gemessen, wenn die Lade- und Entladestromstabilisatoren ausgeschaltet sind. Die Überwachung erfolgt durch einen Spannungskomparator. Bei Erreichen der Nenn-EMF wird diese ausgelöst, wodurch die Steuereinheit den Verteiler im Zustand der EMF-Messung stoppt. Dort kann er auf unbestimmte Zeit bleiben. Wenn die Batterie-EMK nachlässt, wird der Verteiler erneut gestartet und der Ladevorgang beginnt. Die Werte des Lade- und Entladestroms werden durch die entsprechenden Stabilisatoren je nach Stellung des Schalters im Gerät eingestellt. In diesem Fall ist der Ladestrom immer zehnmal größer als der Entladestrom. Um die Kopplung von Ladegerät-Mikroschaltungen mit Stromstabilisatoren zu vereinfachen, ist ihre Stromversorgung relativ zum gemeinsamen Kabel bipolar ausgeführt. Die Stabilisatoren selbst liefern ebenfalls bipolare Spannung, wobei die positive Spannung je nach Anzahl der zu ladenden Elemente in der Batterie einstellbar ist. Dadurch können Sie die Verlustleistung des Ladestromstabilisators beim Laden von Akkus mit hoher Kapazität, aber niedriger Spannung reduzieren. Die Ladeschaltung ist in Abb. dargestellt. 2. Ein Impulsgenerator mit einer Frequenz von ca. 1.1 Hz wird auf den Elementen DD1.3, DD1.4, DD150 aufgebaut. Sie gehen zum Zähler DD3, an dem ein Impulsverteiler angebracht ist. Die Dioden VD5 und VD6 führen die logische ODER-Funktion für Signale von den Ausgängen 0 und 1 des Zählers (Pins 3 und 2) aus und bilden so ein Zeitintervall für die Messung der Batterie-EMF. Vier Dioden VD7-VD10, die die gleiche Funktion für Signale von den Ausgängen 2-5 des Zählers (Pins 4, 7, 10, 1) erfüllen, bilden das Intervall für den Ladestromfluss. Weitere vier Dioden VD11-VD14 kombinieren Signale von den verbleibenden Ausgängen des Zählers und bilden ein Entladeintervall.
Wie bereits erwähnt, erfolgt die Messung der EMF einer geladenen Batterie, wenn die Lade- und Entladekreise von ihr getrennt sind. Bei Erreichen der nominalen EMF wird der Spannungspegel am Ausgang des Spannungskomparators am Operationsverstärker DA1 hoch (ca. +15 V). Diese Spannung wird über einen Begrenzer aus Widerstand R22 und Dioden VD3 und VD4 einem der Eingänge des Elements DD2.2 zugeführt. Darauf und auf den Elementen DD1.2, DD1.5 und DD2.1 wird die Verteilersteuereinheit montiert. Ein vom Komparator am Eingang (Pin 5) des Elements DD2.2 gesetzter logisch hoher Pegel und der gleiche Pegel, der vom Verteiler im EMF-Messintervall am zweiten Eingang (Pin 6) desselben Elements ankommt, übertragen Element DD2.2 .XNUMX auf einen Low-Pegel-Zustand am Ausgang, der den Verteiler in der EMF-Messposition stoppt. Um den Verteiler zuverlässig im gestoppten Zustand zu fixieren, wird der Komparator DA1 über den Widerstand R20 mit positiver Rückkopplung abgedeckt. Diese Kopplung erzeugt eine leichte Hysterese in der Schaltcharakteristik des Komparators, was seine Störfestigkeit erhöht. Die EMF, bei der der Ladevorgang stoppt, beträgt 1,35...1,4 V pro Batteriezelle. Dieser Pegel wird durch den Trimmwiderstand R19 eingestellt. Sie können Akkus auch mit einem EMF laden, bei dem der Ladevorgang gestoppt werden soll, anders als im Ladegerät installiert, müssen Sie dann aber den Ladevorgang selbst überwachen. Wenn der Schalter SA2 geschlossen ist, eliminiert er den Einfluss des Komparators DA1 auf den Betrieb des Verteilers, wodurch dieser unabhängig von der EMF der geladenen Batterie weiterarbeitet. Die Dioden VD1, VD2 und der Widerstand R21 schützen den Eingangskreis des Operationsverstärkers vor Schäden durch Hochspannung. Die Referenzspannungsquelle für den Komparator besteht aus den Widerständen R1-R11 und dem Schalter SA1.1. Die Zahlen, die die Schalterpositionen angeben, entsprechen der Anzahl der Zellen im Akku, die geladen werden. Das Logikelement DD2.3 invertiert das Signal, das das Laden vom Verteiler ermöglicht, das Element DD1.6 invertiert es erneut, verstärkt ihn in Strom und liefert ihn an die Basis des Transistors VT6, der den Ladestromstabilisator steuert. Die Ladeerlaubnis wird durch die grüne LED HL1 angezeigt. Das Element DD2.4 invertiert das Entladeintervallsignal vom Verteiler, bevor es der Basis des Transistors VT7 zugeführt wird, der den Entladestromstabilisator steuert. Dass der Betrieb dieses Stabilisators erlaubt ist, wird durch die gelbe HL2-LED angezeigt. Wenn der Ladevorgang des Akkus abgeschlossen ist, erlischt die HL1-LED, und wenn der Ladevorgang im asymmetrischen Strommodus durchgeführt wurde, erlischt auch die HL2-LED. Die Dioden VD15 und VD16 begrenzen die Sperrspannung an den Basen der Transistoren VT6 und VT7, wenn diese geschlossen sind. Mit dem Schalter SA3 können Sie die Ladestromasymmetrie ausschalten. Wenn seine Kontakte geschlossen sind, blockiert das Element DD2.4 das Signal zum Einschalten des Entladestromstabilisators, und die Elemente DD1.2, DD1.5 und DD2.1 erzeugen ein Signal, das den Verteiler in den EMF-Messzustand versetzt. Daher gibt es im Betriebszyklus des Ladegeräts kein Entladeintervall und der Ladestrom ist intermittierend. Nur die HL1-LED leuchtet. Auf den Transistoren VT1, VT3 und VT4 ist ein Ladestromstabilisator montiert. Der Stromwert hängt vom Widerstand der Widerstände R29-R42 ab, ausgewählt durch Schalter SA4.1. Die Transistoren VT2 und VT5 stabilisieren den Entladestrom, abhängig vom Widerstandswert der Widerstände R47-R59, ausgewählt durch Schalter SA4.2. Das Diagramm des Netzteils des Ladegeräts ist in Abb. dargestellt. 3. Die meisten Versorgungsspannungen werden aus der Wechselspannung der Wicklung 3-5 des Transformators T1 gewonnen, die durch Brückendioden VD19 gleichgerichtet wird. Der Spannungsstabilisator +/-15 V zur Versorgung des Operationsverstärkers DA1 besteht aus den Zenerdioden VD21-VD24 und den Widerständen R62, R63. Die Zenerdioden VD26, VD27 und die Widerstände R64, R65 bilden einen +/-4,7 V Spannungsregler für digitale Mikroschaltungen.
Zur Stromversorgung des Ladestromstabilisators wird ein Gleichrichter auf einer VD20-Diodenbrücke mit schrittweiser Anpassung der gleichgerichteten Spannung verwendet. Sie wird durch Schalten der Anzapfungen der Sekundärwicklung 6-10 des Transformators T1 mit dem Schalter SA1.2 gepaart mit SA1.1 erzeugt. Der Entladestromstabilisator wird von der Wicklung 11-12 des Transformators T1 über einen unstabilisierten Gleichrichter auf einer VD25-Diodenbrücke gespeist. Das Ladegerät ist in einem Stahlgehäuse mit den Abmessungen 180 x 200 x 165 mm montiert. Auf der Vorderseite befinden sich alle Schalter, LEDs und Batterieklemmen. Auf der Rückseite ist ein Sicherungshalter VPB6-1 (FU1) montiert und das Netzkabel herausgeführt. Im Inneren des Gehäuses befinden sich ein T1-Transformator und eine Platine mit den Maßen 170x190 mm. Auf der Platine ist ein einseitig gerippter Kühlkörper mit den Maßen 80x80 mm befestigt, auf dessen Flachseite die Transistoren VT3-VT5 ohne Abstandshalter befestigt sind. Der Transformator T1 mit einer Leistung von 30...40 VA besteht aus Material, das für die Stromversorgung von Halogenlampen bestimmt ist. Es verfügt über einen ringförmigen Magnetkern aus Stahl. Die Primärwicklung bleibt erhalten und die 12-V-Sekundärwicklung wird entfernt. Wicklung 3-5 ist mit PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,28 mm gewickelt und enthält 180 Windungen mit einem Abgriff von der Mitte. Die Spannung an jeder Hälfte dieser Wicklung beträgt 14 V. Die Wicklung 11-12 besteht aus 39 Windungen desselben Drahtes, ihre Spannung beträgt 6,6 V. Die mehrpolige Wicklung 6-10 ist mit PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,67 gewickelt mm. Insgesamt gibt es 132 Kurven – 33 in jedem der vier Abschnitte. Die Spannung zwischen Pin 6 und 10 beträgt 22 V. Zwischen Pin 9 und 10 liegt 5,5 V, zwischen Pin 8 und 10 11 V, zwischen Pin 7 und 10 16,5 V. Die Schalter SA1 und SA4 sind Kekse PM 11P2N, die Schalter SA2, SA3 sind MT1 oder ähnlich importierte, SA5 sind TP1-2. Als Klemmen XT1 und XT2 zum Anschluss des Akkus GB1 wird ein Federstecker für Akustiklautsprecher mit zwei Klemmen – rot und schwarz – verwendet. Der Pluspol der Batterie wird an den roten Pol angeschlossen, der Minuspol an den schwarzen Pol. Das Gerät verwendet Festwiderstände MLT, Trimmwiderstand SP3-38a, Oxidkondensatoren K50-16 und ähnliche importierte Keramikkondensatoren K10-7v. Die Diodenbrücken KTs407A und RS107 können durch andere mit ähnlichen Parametern ersetzt werden. Beginnen Sie mit der Einrichtung des Geräts, indem Sie den Widerstand R26 auswählen. Schließen Sie dazu ein Mehrbereichs-Milliamperemeter an die Klemmen XT1 und XT2 an. Verbinden Sie dann die Basis mit zwei Überbrückungsdrähten mit dem Emitter jedes der Transistoren VT6 und VT7. Stellen Sie durch Auswahl des Widerstands R26 sicher, dass kein Strom durch den Transistor VT2 fließt. Bevor Sie den Ladestromstabilisator einstellen, verbinden Sie Kollektor und Emitter des Transistors VT6 mit einer Drahtbrücke und Basis und Emitter des Transistors VT7 mit der anderen. Beobachten Sie die Milliamperemeter-Messwerte in jeder Position des Schalters SA4. Wenn der Strom erheblich um mehr als ±5 % vom erforderlichen Wert abweicht, bringen Sie ihn durch Auswahl des entsprechenden Widerstands auf den Normalwert. Überprüfen Sie den Entladestromstabilisator auf die gleiche Weise, indem Sie jedoch die Basis des Transistors VT6 mit seinem Emitter sowie den Kollektor mit dem Emitter des Transistors VT7 mithilfe von Brücken verbinden. Der Entladestrom sollte zehnmal geringer sein als der am Schalter SA4 eingestellte Ladestrom. Ist dies nicht der Fall, wählen Sie im Entladestromstabilisator die entsprechenden Widerstände aus. Vergessen Sie nach Abschluss der beschriebenen Vorgänge nicht, alle Jumper zu entfernen. Jetzt müssen Sie den EMF-Schwellenwert anpassen, bei dem der Ladevorgang stoppt. Schließen Sie dazu eine externe einstellbare stabilisierte Spannungsquelle mit einem Widerstand von beispielsweise 2 Ohm und einer Leistung von 1 W an, mit einem Pluspol an den XT100-Anschluss und einem Minuspol an den XT1-Anschluss. Stellen Sie mit Schalter SA4 den Ladestrom auf 2 mA und mit Schalter SA1 die Anzahl der geladenen Elemente auf sechs ein, stellen Sie den Trimmerwiderstand R19 auf die minimale Widerstandsposition (links im Diagramm). Stellen Sie mithilfe eines Trimmerwiderstands sicher, dass der Ladestrom zuverlässig abgeschaltet wird, wenn die externe Quellenspannung 8,1 ... 8,4 V beträgt. Die HL1-LED und wenn der SA3-Schalter auf den asymmetrischen Lademodus eingestellt ist, sollte die HL2-LED erlöschen, wenn diese Spannung wird überschritten. Um nach dieser Einstellung akzeptable Ladebeendigungs-EMF-Werte in anderen Positionen des SA1-Schalters zu erhalten, müssen Sie die Widerstände R1-R11 mit Widerstandswerten auswählen, die den im Diagramm angegebenen möglichst nahe kommen, oder hoch- Präzisionswiderstände. Literatur
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