Enkle Ni-Cd batteriladerkretser utforsket

Innlegget diskuterer en enkel NiCd-ladekrets med automatisk beskyttelse mot overladning og en konstant strømlading.

Når det gjelder korrekt lading av en nikkel-kadmiumcelle, anbefales det strengt at ladeprosessen stoppes eller kuttes så snart den når fulladet. Hvis du ikke følger dette, kan det påvirke cellens levetid negativt, og redusere sikkerhetskopieringseffektiviteten betydelig.

Den enkle Ni-Cad-laderkretsen som presenteres nedenfor, takler effektivt overladningskriteriet ved å inkludere fasiliteter som en konstant strømlading, samt å kutte strømmen når celleterminalen når full ladningsverdi.

Hovedtrekk og fordeler

• Automatisk avskjæring ved fulladet nivå
• Konstant strøm gjennom hele ladingen.
• LED-indikasjon for fulladet kutt.
• Lar brukeren legge til flere trinn for lading av opptil 10 NiCd-celler samtidig.

Kretsdiagram

Hvordan det fungerer

Den enkle konfigurasjonen som er beskrevet her, er designet for å lade en enkelt 500 mAh 'AA' -celle med anbefalt ladningshastighet på nær 50 mA, men det kan likevel enkelt tilpasses billig å lade flere celler sammen ved å gjenta området vist med stiplede linjer.

Forsyningsspenning for kretsen hentes fra en transformator, bro likeretter og 5 V IC regulator.

Cellen er ladet med en T1-transistor som er konfigurert som en konstant strømkilde.

T1 derimot styres av en spenningskomparator ved hjelp av en TTL Schmitt-utløser N1. I løpet av den tiden cellen lades blir terminalens spenning holdt på rundt 1,25 V.

Dette nivået ser ut til å være lavere enn den positive utløserterskelen til N1, som holder utgangen fra N1 høy, og utgangen fra N2 blir lav, slik at T1 kan få basisspenningsspenningen gjennom potensialdeleren R4 / R5.

Så lenge Ni-Cd-cellen blir ladet, forblir LED D1 opplyst. Så snart cellen nærmer seg full ladestatus, stiger dens terminalspenning til omtrent 1,45 V. På grunn av dette stiger den positive utløserterskelen til N1 og får utgangen til N2 til å gå høyt.

Denne situasjonen slår umiddelbart av T1. Cellen slutter nå å lade, og også LED D1 er slått av.

Siden den positive aktiveringsgrensen for N1 er omtrent 1,7 V og den styres av en spesifikk toleranse, er R3 og P1 innlemmet for å endre den til 1,45 V. Den negative triggergrensen for Schmitt-utløseren er rundt 0,9 V, som tilfeldigvis er lavere enn terminalspenningen til til og med en helt utladet celle.

Dette innebærer at tilkobling av en utladet celle i kretsen aldri vil utløse at ladingen starter automatisk. Av denne grunn er en startknapp S1 inkludert som, når den trykkes, tar inngangen til NI lavt.

For å lade mer antall celler kan den delen av kretsen som er avslørt i den stiplede boksen gjentas hver for seg, en for hvert batteri.

Dette sikrer at hver av dem blir ladet til riktig nivå, uavhengig av utladningsnivåene til cellene.

PCB-design og komponentoverlegg

I PCB-utformingen dupliseres to trinn for å gjøre det mulig å lade to Nicad-celler samtidig fra et enkelt kortoppsett.

Ni-Cad-lader med motstand

Denne spesielle enkle laderen kan konstrueres med deler som kan sees i omtrent hvilken som helst konstruksjons søppelcontainer. For å oppnå optimal levetid (antall ladesykluser) må Ni-Cad-batterier lades med en relativt konstant strøm.

Dette oppnås ofte ganske enkelt ved å lade via en motstand fra en forsyningsspenning mange ganger høyere enn batterispenningen. Endring i batterispenningen da den lades, vil sannsynligvis ha minimal innflytelse på ladestrømmen. Den foreslåtte kretsen består bare av en transformator, diode likeretter og seriemotstand som angitt i figur 1.

Det tilknyttede grafiske bildet gjør det mulig å bestemme den nødvendige seriemotstandsverdien.

En horisontal linje trekkes gjennom transformatorspenningen på den vertikale aksen til den krysser den angitte batterispenningslinjen. Deretter gir en linje som er trukket vertikalt ned fra dette punktet for å møte den horisontale aksen, oss den nødvendige motstandsverdien i ohm.

For eksempel viser den stiplede linjen at hvis transformatorspenningen er 18 V og Ni-Cd-batteriet som skal lades er 6 V, vil motstandsverdien være rundt 36 ohm for den tiltenkte strømstyringen.

Denne indikerte motstanden beregnes for å levere 120 mA, mens motstandsverdien for noen andre ladestrømhastigheter må reduseres hensiktsmessig, f.eks. 18 ohm for 240 mA, 72 ohm for 60 mA osv. D1.

NiCad Charger Circuit ved hjelp av automatisk strømkontroll

Nikkel-kadmiumbatterier krever generelt en konstant strømlading. Den nedenfor viste NiCad-laderkretsen er utviklet for å levere enten 50mA til fire 1,25V celler (type AA) eller 250mA til fire 1,25V celler (type C) koblet i serie, selv om den ganske enkelt kan modifiseres for forskjellige andre ladeverdier.

I den omtalte NiCad-laderkretsen R1 og R2 fikserer du utgangsspenningen til omtrent 8V.

Utgangsstrømmen beveger seg ved hjelp av enten R6 eller R7, og når den stiger, blir transistoren Tr1 gradvis slått på.

Dette forårsaker poeng Y å øke, slå på transistoren Tr2 og muliggjøre at punkt Z blir mindre en mindre positiv.

Prosessen reduserer følgelig utgangsspenningen og har en tendens til å få ned strømmen. Et balansenivå oppnås til slutt som bestemmes av verdien på R6 og R7.

Diode D5 hemmer batteriet som lades, og gir forsyning til IC1-utgangen i tilfelle 12V er fjernet, noe som ellers kan forårsake alvorlig skade på IC.

FS2 er innarbeidet for å beskytte mot skader på batteriene som er under oppladning.

Valg av R6 og R7 gjøres gjennom noen prøving og feiling, noe som betyr at du trenger et amperemeter som har et passende område, eller hvis R6- og R7-verdiene er genuint kjent, kan spenningsfallet over dem beregnes gjennom Ohms lov.

Ni-Cd-lader med en enkelt op-forsterker

Denne Ni-Cd-laderkretsen er designet for lading av standard NiCad-batterier i AA-størrelse. En spesiell lader anbefales for NiCad-celler av den grunn at de har en ekstrem lav intern motstand, noe som resulterer i en økt ladestrøm selv om den utnyttede spenningen bare er litt høyere.

Laderen bør derfor inkludere en krets for å begrense ladestrømmen til en riktig grense. I denne kretsen fungerer T1, D1, D2 og C1 som en tradisjonell nedtrappings-, isolasjons-, fullbølge-likeretter og DC-filtreringskrets. Tilleggsdelene tilbyr gjeldende regulering.

IC1 brukes som en komparator med et separat buffertrinn Q1 som gir en passende høy utgangsstrømfunksjonalitet i denne utformingen. IC1s ikke-inverterende inngang leveres med en 0,65 V: referansespenning presentert gjennom R1 og D3. Den inverterende inngangen er koblet til bakken gjennom R2 innenfor hvilestrømnivåer, slik at utgangen blir helt positiv. Å ha en NiCad-celle festet over utgangen, kan en høy strøm gjøre en innsats for å via R2, noe som får en tilsvarende mengde spenning til å utvikle seg over R2.

Det kan bare øke til 0,6 V, men en økende spenning på dette tidspunktet reverserer inngangspotensialene til IC1-inngangene, noe som fører til at utgangsspenningen reduseres, og senker spenningen rundt R2 tilbake 0,65 V. Den høyeste utgangsstrømmen (og også ladestrømmen mottatt) er som et resultat strømmen generert med 0,65 V over 10 ohm, eller 65 mA enkelt sagt.

De fleste AA NiCad-celler har en optimal foretrukket ladestrøm på ikke mer enn 45 eller 50 mA, og for denne kategorien må R2 økes til 13 ohm, slik at du kan ha riktig ladestrøm.

Noen få hurtigladersorter kan fungere med 150 mA, og dette krever å senke R2 til 4,3 ohm (3,3 ohm pluss 1 ohm i serie i tilfelle en ideell del ikke kan anskaffes).

Videre må T1 forbedres til en variant med en strømstyrke på 250 mA., Og Q1 må installeres ved hjelp av en liten, påmontert varmeavleder. Enheten kan enkelt lade opptil fire celler (6 celler når T1 oppgraderes til en 12 V-type), og alle disse skal festes i serie over utgangen, og ikke parallelt.

Universal NiCad Laderkrets

Figur 1 viser hele kretsskjemaet for den universelle NiCad-laderen. En strømkilde er utviklet ved hjelp av transistorene T1, T2 og T3, som tilbyr en konstant ladestrøm.

Den nåværende kilden blir bare aktiv når NiCad-cellene er festet riktig vei. ICI er posisjonert for å kontrollere nettverket ved å verifisere spenningens polaritet over utgangsterminalene. Hvis cellene er riktig rigget, klarer ikke pin 2 i IC1 å bli så positiv som på pin 3.

Som et resultat blir IC1-utgang positiv og ressurser en basestrøm til T2, som slår på den nåværende kilden. Den nåværende kildegrensen kan løses ved hjelp av S1. En strøm på 50 mA, 180 mA og 400 mA kan forhåndsinnstilles når verdiene til R6, R7 og RB er bestemt. Å sette S1 på punkt 1 viser at NiCad-cellene kan lades, posisjon 2 er ment for C-celler og posisjon 3 er reservert for D-celler.

Diverse deler

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

Den nåværende kilden fungerer med et veldig grunnleggende prinsipp. Kretsen er kablet som et nåværende tilbakemeldingsnettverk. Tenk deg at S1 skal være i posisjon 1 og IC1-utgang er positiv. T2 og 13 begynner nå å få en basestrøm og starte ledning. Strømmen via disse transistorer utgjør en spenning rundt R6, som utløser T1 i drift.

En eskalerende strøm rundt R6 betyr at T1 kan lede med større styrke og dermed minimere basedrivstrømmen for transistorer T2 og T3.

Den andre transistoren kan på dette tidspunktet lede mindre og den opprinnelige strømstigningen er begrenset. En rimelig konstant strøm ved hjelp av R3 og de tilknyttede NiCad-cellene blir dermed implementert.

Et par lysdioder som er koblet til den aktuelle kilden, indikerer driftsstatusen til NiCad-laderen når som helst. IC1 ressurser en positiv spenning når NiCad-cellene er koblet til på riktig måte og belyser LED D8.

Hvis cellene ikke er koblet til med riktig polaritet, vil det positive potensialet ved pinne 2 i IC1 være høyere enn pinne 3, noe som fører til at op-amp-komparatorutgangen blir 0 V.

I denne situasjonen vil den aktuelle kilden forbli slått av og LED D8 vil ikke lyse. En identisk tilstand kan oppstå hvis ingen celler er koblet til for lading. Dette kan skje fordi pinne 2 vil ha en økt spenning sammenlignet med pinne 3 på grunn av spenningsfallet over D10.

Laderen aktiveres bare når en celle bestående av minst 1 V er koblet sammen. LED D9 viser at den nåværende kilden fungerer som en strømkilde.

Dette kan virke ganske merkelig, men en inngangsstrøm generert av IC1 er bare ikke tilstrekkelig, spenningsnivået må også være stort nok til å forsterke strømmen.

Dette innebærer at forsyningen alltid skal være større enn spenningen over NiCad-cellene. Bare i denne situasjonen vil den potensielle forskjellen være tilstrekkelig for den nåværende tilbakemeldingen T1 til å sparke inn, og belyse LED D9.

PCB-design

Bruker IC 7805

Kretsskjemaet nedenfor viser en ideell laderkrets for en ni-cad-celle.

Dette benytter en 7805 regulator IC å levere en konstant 5V over en motstand, noe som får strømmen til å være avhengig av motstandens verdi, i stedet for på cellepotensialet.

Motstandens verdi bør justeres med hensyn til typen som brukes til å lade en hvilken som helst verdi mellom 10 Ohm og 470 Ohm kan brukes, avhengig av celle mAh-klassifisering. På grunn av den flytende naturen til IC 7805 med hensyn til bakkepotensialet, kan denne designen brukes til å lade individuelle Nicad-celler eller serier med noen få celler.

Lader Ni-Cd Cell fra en 12V forsyning

Det mest grunnleggende prinsippet for en batterilader er at ladespenningen må være mer enn den nominelle batterispenningen. For eksempel skal et 12 V batteri lades fra en 14 V kilde.

I denne 12V Ni-Cd-laderkretsen brukes en spenningsdobler basert på den populære 555 IC. Fordi utgang 3 på brikken er koblet vekselvis mellom +12 V forsyningsspenning og jord, svinger IC.

C₃blir belastet gjennom D_toog D₃til nesten 12 V når pin 3 er logisk lav. Øyeblikkestiften 3 er logisk høy, kryssspenningen til C₃og D₃øker til 24 V på grunn av den negative terminalen på C₃som er koblet til +12 V, og kondensatoren selv har en ladning av samme verdi. Deretter diode D₃blir omvendt partisk, men D₄dirigerer akkurat nok for C₄for å bli ladet over 20 V. Dette er mer enn nok spenning for kretsen vår.

78L05 i IC_toposisjoner fungerer som en gjeldende leverandør som tilfeldigvis holder utgangsspenningen, U_n, fra å vises over R₃ved 5 V. Utgangsstrømmen, I_n, kan ganske enkelt beregnes fra ligningen:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Egenskapene til 78L05 inkluderer å tegne strøm selv, da den sentrale terminalen (vanligvis jordet) gir vår rundt 3 mA.

Den totale laststrømmen er ca 10 mA, og det er en god verdi for kontinuerlig lading av NiCd-batterier. For å vise at ladestrømmen strømmer, er en LED inkludert i kretsen.

Ladestrømgraf

Figur 2 viser egenskapene til ladestrømmen mot batterispenningen. Det er ganske tydelig at kretsen ikke er helt perfekt da 12 V batteriet vil bli ladet med en strøm som bare måler rundt 5 mA. Noen grunner til dette:

• Kretsens utgangsspenning ser ut til å synke med den økende strømmen.
• Spenningsfallet over 78L05 er rundt 5 V. Men ytterligere 2,5 V må være inkludert for å sikre at IC fungerer presist.
• Over LED-lampen er det mest sannsynlig et 1,5 V spenningsfall.

Tatt i betraktning alt ovenfor, kan et 12 V NiCd-batteri med en nominell kapasitet på 500 mAh lades uten avbrudd ved hjelp av en strøm på 5 mA. Totalt er det bare 1% av kapasiteten.