Михаил Адаменко - В помощь радиолюбителю. Выпуск 13
Таким образом, при выборе режима зарядки с отключением при повышении температуры аккумулятора предлагаемая схема обеспечивает ускоренную зарядку аккумуляторной батареи только в том случае, если ее температура не выходит за установленные границы. Если в процессе зарядки температура аккумулятора станет меньше минимального предела, то зарядное устройство переключится в обычный режим, и аккумулятор будет заряжаться малым током дежурного режима до тех пор, пока его температура не войдет в норму.
Если же температура аккумулятора станет больше максимального предела, то зарядное устройство также переключится в обычный режим, но не выйдет из него до отключения аккумулятора.
В том случае, если выбран режим, при котором окончание зарядки определяется истечением определенного промежутка времени, резисторы R7, R8 и терморезистор R10 не устанавливаются, а время зарядки выбирается с помощью установки перемычек Т1-Т3 в соответствии с табл. 1. Этот вариант зарядки используется как запасной, то есть в том случае, если по каким-либо причинам нельзя провести окончание зарядки с помощью контроля падения напряжения на аккумуляторе.
Микросхема IC1 (LM317) в предлагаемой конструкции используется в качестве источника постоянного тока. Такая схема включения должна обеспечить постоянное напряжение величиной 1,2 В между выводами ADJ и OUT данной микросхемы. Поскольку между указанными выводами включен резистор R3, через который протекает ток зарядки, этот ток всегда будет иметь величину, при которой падение напряжения на резисторе R3 равно 1,2 В.
Для корректного распознавания момента окончания зарядки аккумулятора при падении напряжения на его контактах необходимо обеспечить наличие на выводе 1 (Vsen) микросхемы IC2 напряжения, соответствующего напряжению одного элемента аккумуляторной батареи. Для этого используется делитель напряжения, выполненный на резисторах R1 и R2. Так, например, если выбрать величину сопротивления резистора R1 равной 10 кОм, величину сопротивления резистора R2 следует рассчитать по следующей формуле:
R2 = R1 x (Vakk/Vsen - 1)
где:
Vakk - общее номинальное напряжение аккумуляторной батареи;
Vsen - напряжение на выводе 1 микросхемы IC2, которое должно составлять 1,2 В.
При этом общее напряжение аккумуляторной батареи рассчитывается по формуле:
Vakk = N x Ui
где:
N — количество элементов в аккумуляторной батарее;
Ui — напряжение одного элемента, которое обычно составляет 1,2 В.
Так, например, при величине сопротивления резистора R1, равной 10 кОм, для аккумулятора, состоящего из шести элементов, величина сопротивления резистора R2 будет составлять:
R2 = 10 000 х (7,2/1,2–1) = 50 кОм
Если же предполагается заряжать один элемент, то резистор R1 не устанавливается, а величина сопротивления резистора R2 должна составлять 10 кОм.
В то же время изменение количества элементов в заряжаемой аккумуляторной батарее требует изменения напряжения Uпит поступающего от источника питания данного устройства. При этом минимальная величина напряжения источника питания рассчитывается по формуле:
Uпит= 3 + 2N,
где:
N — количество элементов в аккумуляторной батарее.
Зависимость значений величин резисторов R1 и R2, а также питающего напряжения от количества заряжаемых элементов приведена в табл. 2.
Необходимо отметить, что соответствующие значения величины напряжения Uпит при зарядке указанного в табл. 2 количества элементов могут быть и выше, однако это потребует дополнительного охлаждения микросхемы IC1, например, с помощью установки ее на радиатор.
Питающее напряжение микросхемы IC2 должно быть в пределах 3-18 В. В том случае, если потребуется одновременно заряжать большее количество элементов, то необходимо обеспечить, чтобы питающее напряжение микросхемы на выводе 8 микросхемы IC2 не превысило величины 18 В. При этом напряжение на выводах 2 и 3 микросхемы IC2 не должно превышать величину 20 В.
Значение величины тока зарядки в обычном режиме (Iор) рассчитывается по формуле:
Iор = (Uпит — UD2 — Uakk)/R5
где:
Iор - ток зарядки в обычном режиме (А);
Uпит - напряжение источника питания (В);
UD2 — падение напряжения на диоде D2 (примерно 0,6 В);
Uakk - напряжение аккумуляторной батареи (В);
R5 — величина сопротивления резистора R5 (Ом).
Обычно величина тока зарядки в обычном режиме выбирается равной 1/100 от значения емкости аккумуляторной батареи. При этом значение мощности, рассеиваемой на резисторе R5, определяется по формуле:
PR5 = R5 x I2op
При зарядке аккумулятора в ускоренном режиме значение величины тока зарядки (Iур) рассчитывается по формуле:
Iур = [UIC1 + (UADJ x R4)]/R3
где:
Iур - ток зарядки в ускоренном режиме (А);
UIC1 — выходное напряжение микросхемы IC1 (В);
UADJ ток утечки микросхемы IC1 (примерно 50 мкА).
Величину тока зарядки в ускоренном режиме следует выбирать в зависимости от типа аккумулятора. Обычно этот ток должен быть в пределах 1–2 значения емкости аккумуляторной батареи. Ток зарядки в ускоренном режиме можно регулировать изменением сопротивления регулировочного резистора R4 в пределах, определяемых значением сопротивления резистора R3, а максимальная величина этого тока (Iмакс) не может превышать максимального допустимого значения тока для микросхемы IC1, то есть величину 1,5 А
Минимальный ток зарядки в ускоренном режиме определяет величину сопротивления резистора R3. Значение сопротивления резистора R3 можно рассчитать, воспользовавшись следующей формулой:
R3 = UIC1/Umin
Так, например, если выбрать значение минимального тока зарядки в ускоренном режиме равным 0,45 А, то сопротивление резистора R3 составит 2,7 Ом. При этом значение мощности, рассеиваемой на резисторе R3 определяется по формуле:
PR3 = R3 x I2ур = 2,7 x 0,45 x 0,45 = 0,55 Вт
Чтобы можно было в определенных пределах регулировать величину минимального тока зарядки, в предлагаемом устройстве желательно установить резистор R3 мощностью не менее 2 Вт.
Максимальный ток зарядки в ускоренном режиме с учетом выбранной величины мощности, рассеиваемой на резисторе R3 (в нашем примере 2 Вт), определяется по формуле:
I2макс = PR3/R3
В результате для выбранных параметров максимальный ток зарядки Iмакс в ускоренном режиме будет составлять 0,86 А. Таким образом, при сопротивлении резистора R3, равном 2,7 Ом, и рассеиваемой на нем мощности 2 Вт ток зарядки можно изменять с помощью регулировочного резистора R4 в пределах от 0,45 А до 0,86 А. Такой ток считается оптимальным для пальчиковых аккумуляторов емкостью 450–850 мА.
С помощью простых расчетов можно определить значения минимального и максимального тока зарядки в ускоренном режиме в зависимости от рассеиваемой мощности и величины сопротивления резистора R3. Эти данные приведены в табл. 3.
Все детали универсального зарядного устройства размещены на печатной плате размером 52x40 мм. Печатная плата приведена на рис. 8.
Рис. 8. Печатная плата универсального зарядного устройства
Расположение деталей на печатной плате прибора показано на рис. 9.
Рис. 9. Расположение деталей на печатной плате универсального зарядного устройства
К деталям, используемым в данном устройстве, не предъявляются какие-либо особые требования. Естественно, рекомендуется применять любые малогабаритные резисторы и конденсаторы, которые без проблем можно разместить на печатной плате.
При изготовлении зарядного устройства можно использовать, например, резисторы типа МЛТ-0,125. Вполне подойдут и другие малогабаритные резисторы. В то же время, величина рассеиваемой мощности резистора R3, в соответствии с приведенными ранее расчетами, должна составлять 2 Вт. Конденсаторы С1 и С2 могут быть металлокерамическими или керамическими.
Диод 1N4148 (D1) можно заменить на отечественные диоды КД510, КД521 или КД522, обращая особое внимание на маркировку выводов катода и анода. Вместо диода 1N4007 (D2) можно установить отечественные диоды КД105, КД208, КД209 или КД243. Светодиод D4 — любой на ток 20 мА.
