Автоматическое зарядное устройство

Ш. ГИЗАТУЛЛИН, г. Томск

Для продления срока службы батареи никель-кадмиевых или никель-металлгидридных аккумуляторов рекомендуют перед каждой зарядкой разрядить батарею. Делать это без специального устройства неудобно, а пренебрежение разрядкой может привести к появлению эффекта "памяти". Описываемое ниже зарядное устройство автоматически выполняет и разрядную, и зарядную функции.

Зарядное устройство предназначено для зарядки аккумуляторных батарей, состоящих из 7—10 герметичных щелочных аккумуляторов в режиме, близком к указанному на этикетке батареи.

Завод—изготовитель гарантирует ресурс аккумулятора (число циклов зарядка—разрядка) и сохранение его номинальной емкости при соблюдении следующих условий эксплуатации: разрядка до конечного напряжения не менее 1 В и зарядка током, равным одной десятой от номинальной емкости в ампер-часах в течение 15 ч. В предлагаемом устройстве разрядка производится до конечного напряжения, соответствующего 1,05 В на каждый аккумулятор батареи. Зарядный ток равен 0,8 номинвльного, время зарядки — около 17 ч, емкость заряжаемых аккумуляторов — от 0,1 до 1 А-ч.

Схема устройства показана на рисунке. Эксплуатировать устройство очень просто — достаточно подключить батарею к зажимам Х1, Х2 включить тумблер SA1 "Сеть" и нажать на кнопку SB1 "Пуск". При прекращении электроснабжения устройство переходит в ждущий режим и при появлении напряжения в сети процесс продолжается.

Разрядку аккумуляторной батареи производит генератор стабильного тока до конечного напряжения, при котором ЭДС на наиболее "слабом" аккумуляторе понизится до 1,05 В. При достижении конечного напряжения генератор стабильного тока подключается последовательно с батареей к источнику питания, обеспечивая ток зарядки. Одновременно запускается таймер, который при прошествии 17 ч 4 мин прекращает зарядку.

Зарядное устройство питается от сети переменного тока 220 В. Блок питания представляет собой двуполупе-риодный выпрямитель VD1 с гасящими конденсаторами С1, С2, СЗ и токоогра-ничительным резистором R1. Сглаженное конденсаторами С4 и С5 напряжение поступает на последовательно соединенные стабилитроны VD2 и VD4 с напряжением стабилизации 10 В. Первое напряжение используется для питания основной части устройства, а второе — для питания генератора тока в режиме зарядки аккумуляторной батареи.

Генератор тока — параметрический. Он собран на транзисторах VT5, VT6, светодиоде HL2 и резисторах R17, R18. Транзистор VT5 задает ток через свето-диод HL2 который помимо индикации тока через батарею выполняет функцию низковольтного стабистора. Транзистор VT6 включен по схеме эмиттерного повторителя. Необходимый ток устанавливают подстроенным резистором R17.

После срабатывания реле К1 и К2 генератор тока подключен параллельно аккумуляторной батарее и разряжает ее, а при обесточивании обмоток реле генератор тока подключается последовательно с батареей к источнику питания — она заряжается.

Микросхема DD2 работает одновременно кварцевым генератором на частоте 32768 Гц и делителем частоты. На выходе S2 микросхемы частота равна 2 Гц, на выходе М — 1/60 Гц.

Устройство работает следующим образом. Подключают аккумуляторную батарею к контактам Х1 и Х2 Включают тумблер SA1, и нажимают на кнопку SB 1 "Пуск". При замыкании правых по схеме контактов кнопки напряжение поступает на цепь C13R21 и далее на вход R триггера DD3.2. На его инверсном выходе возникает высокий уровень. Также высокий уровень через диод VD6 поступает на цепь C8R6 и вход R счетчика DD1, переводя его в нулевое состояние.

При замыкании левой по схеме группы контактов кнопки SB1 через обмотки реле К1 и К2 протекает ток, реле срабатывают (замыкаются контакты 2 и 3) и подключают генератор тока параллельно аккумуляторной батарее. Начинается процесс разрядки батареи, о чем свидетельствует свечение свето-диода HL3 Значение напряжения на движке резистора R15 больше необходимого для прямого смещения эмиттерного перехода транзистора VT4 и светодиода HL4, используемого в качестве низковольтного стабистора. Транзистор VT4 открыт, на его коллекторе и входе D триггера DD3.1 низкий уровень.

Тактовые импульсы с частотой 2 Гц поступают на вход С триггера DD3.1 и переводят его в состояние, при котором на прямом выходе низкий уровень, а на инверсном — высокий. Этот высокий уровень через диод VD7 приходит на вход R счетчика DD1 и на базу составного транзистора VT7VT8, открывая его. Ток через открытые транзисторы и обмотки реле К1 К2 удерживает контакты этих реле в сработавшем состоянии, при котором генератор тока включен параллельно аккумуляторной батарее и разряжает ее.

По мере разрядки батареи напряжение на движке резистора R15 становится недостаточным для поддержания открытым транзистора VT4 Он закрывается, и на его коллекторе и входе D триггера DD3.1 возникает высокий уровень. С приходом очередного тактового импульса на вход С триггера DD3.1 на его инверсном выходе появляется низкий уровень, а на прямом — высокий. Составной транзистор VT7VT8 закрывается, обмотки реле К1 и К2 обесточиваются, их контакты возвращаются в положение, при котором генератор тока подключен последовательно с батареей к источнику питания 25 В на зарядку.

Одновременно низкий уровень появляется на входе R счетчика DD1, и он начинает подсчитывать импульсы с частотой 1/60 Гц, приходящие на его вход С с выхода М счетчика DD2. Высокий уровень с прямого выхода триггера DD3.1 поступает на вход S триггера DD3.2, при этом напряжение на его инверсном выходе становится равным нулю, диод VD10 открывается и поступление импульсов на вход С триггера DD3.1 прекращается.

Коэффициент пересчета счетчика DD1 равен 1024, входная частота — 1/60 Гц (один импульс в минуту). При поступлении 1024-го импульса (через 17 ч 4 мин) на выходе 2 счетчика DD1 появляется высокий уровень, который открывает транзисторы VT2 и VT3. Составной транзистор VT3 шунтирует источник питания, и процесс зарядки прекращается. Однако обесточивается

не все устройство. Ток от заряженной батареи, равный 30 мкА начинает протекать через диод VD5, резистор R2 и обратно включенный эмиттерный переход транзистора VT1, выполняющего функцию слаботочного стабилитрона с напряжением стабилизации 6,3 В. Это напряжение питает микросхемы DD1, DD3 и удерживает их в состоянии, в котором они находились в момент шунтирования источника питания. Возможность хранения информации при отсутствии сетевого напряжения позволяет допускать перерывы в процессе разрядки—зарядки из-за отсутствия напряжения в питающей сети.

Диод VD11 предназначен для защиты зарядного устройства — при подключении аккумуляторной батареи в неверной полярности диод VD11 открывается и предохранитель FU2 перегорает.

В устройстве применены конденсаторы МБГЧ (С1—СЗ) на напряжение 500 В. Реле К1 и К2 — герконовые РЭС55А с паспортом РС4.569.600-02. Резистор R1 — С5-42В, R15, R17 — СПЗ-19а.

Стабилитроны VD2, VD4 и транзистор VT6 размещены на дюралюминиевых теплоотводах площадью 20 смг каждый. Компактно собранная монтажная плата устройства размещена в металлической коробке, которая защищает его от мощных электромагнитных и электростатических полей, способных вызвать ложное срабатывание.

Так как устройство имеет бестрансформаторное питание от сети, следует соблюдать осторожность при налаживании и эксплуатации. На время налаживания желательно подключать устройство к сети через разделительный трансформатор. Налаживание устройства заключается в установлении необходимого тока зарядки и разрядки и определения момента переключения устройства из режима разрядки в режим зарядки.

Сначала устанавливают движок резистора R17 в крайнее нижнее по схеме положение, a R15 — в крайнее верхнее. Подключают не полностью разряженную аккумуляторную батарею к контактам Х1 Х2 через миллиамперметр и включают устройство в сеть. Нажимают на кнопку "Пуск" — батарея начинает разряжаться через генератор тока. Требуемый разрядный ток устанавливают вращением движка резистора R17. Отключают миллиамперметр, подключают батарею непосредственно к контактам XI, Х2 и нажимают на кнопку "Пуск" — разрядка продолжается. Периодически контролируют напряжение на каждом аккумуляторе батареи. При достижении значения 1,05 В на каком-либо из них разрядку прекращают плавным вращением движка резистора R15 вниз по схеме. При этом устройство переключается в режим зарядки, светодиод HL3 гаснет.

Выход устройства гальванически связан с сетью, вследствие чего подключать или отключать аккумуляторную батарею можно лишь в выключенном положении тумблера SA1.

РАДИО № 4, 2004 г., с. 35.