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无线电电子与电气工程百科全书 电池充电/放电装置。 无线电电子电气工程百科全书
用电池而不是原电池为家用无线电设备供电应该可以使其运行成本降低数百倍。 然而，这往往无法实现。 电池很快就会失去容量，制造商保证的充放电循环次数无法维持。 让我们试着找出答案。 考虑容量为 0,06 至 0,55 Ah 或以上的密封镉镍电池。 通常，一节电池的电压不足以为无线电设备供电；必须由2-10节电池组成一个电池组。 这就是所有麻烦的来源。 电池容量是决定其性能的主要且几乎是唯一的参数。 组成电池的所有电池必须具有相同的容量和相同的充电状态。 第二个要求或多或少得到满足，但第一个要求常常被违反。 电池盒上标明的标称容量适用于新制造的电池（即使如此，也有一定的公差）。 如果存储得当，该容量可以保存很长时间。 有效 - 这意味着将它们存储在特定的气候条件下并定期充电。 这一切都非常麻烦，而且几乎没有做过。 结果，电池失去了容量，实际上它比标称容量要小，尽管幅度不大。 更具破坏性的是电池的无知操作。 文献 [1, 2] 指出不允许对电池进行深度放电（电压低于 1 V），因为在这种情况下它们将不可挽回地失去其容量。 实际上，电池的放电电压从来都不受控制（控制放电电压的设备，作者只在业余无线电开发中遇到过）。 事实是，即使控制也无法挽救局面。 要理解这一点，请考虑使用示例来缩短电池“寿命”的过程。 假设一个电池由七个电池组成，其中一个的实际容量小于其他电池。 放电时，该电池将先于其他电池达到 1 V 的电压。 即使控制放电电压，也不会注意到这一事实并且放电将继续。 “弱”电池将处于深度放电状态并进一步降低其容量。 随着后续的循环，放电深度越来越增加，最终会放电至零。 如果其他每个电池的电压都超过 1,16 V，则同样不会注意到这一事实 (1,16x6 = 7)，并且放电将继续。 “弱”电池将以与其余电池相反的极性开始充电 - 将发生“弱”极性反转。 正如他们所说：“无处可去！” 电池上的电压将等于7V，放电停止，而六个电池中每一个的电压都等于1,16V，即他们出院的人数略多于一半。 在额定放电电流下，电池电压与放电时间的关系如图1所示。
如果电池是单体电池，例如 7D-0,125，那么人们可能会认为电池已经损失了几乎一半的标称容量，可以扔掉。 但它有六块非常耐用的电池！ 而一个被深度放电“无辜毁掉”的，如果不让它深度放电，它还能工作、还能工作。 这就是控制放电电压的时候！ 如果没有控制，情况会更糟。 充放电装置 无可否认，需要确定实际电池容量。 但这需要很多时间和麻烦。 需要不断监控充放电过程、时间等。 充放电设备 (CHD) 消除了所有这些麻烦。 在实践中，确定电池实际容量所花费的时间会减少很多倍。 通过打开电池的充电（放电），UZR可以无人看管，做其他事情。 当电池达到规定的最终电压时，将自动断开充电（放电）。 同时，充电（放电）的持续时间是固定的。 仅在您方便的时候记录测量结果。 最初，UZR 被认为是纯粹的充电器。 放电模式作为附加服务功能引入，因为这是通过简单地切换 RCD 中包含的块来实现的。 但实践表明，LRM 的主要优点是能够确定电池的实际容量，而且无需花费大量时间。 此外，在 SRM 的帮助下，可以轻松识别电池故障，例如蓄电池间和蓄电池内连接电阻的增加。 在后一种情况下，此类电池必须被丢弃。 UZR 允许您对包含 0,06 至 1 个容量为 5 至 220 Ah 的电池的电池进行充电（放电），并确定电池的实际容量，精度不低于 XNUMX%。 UZR 由 XNUMX V 网络供电。 SRM的工作原理 USR由单独的块组成，所有块都参与充电（图2）和放电（图3），只是它们的相互连接发生变化。
1. 一系列相同的电阻器 R1R10，由稳定电压供电。 每个电阻器都会降低一个“量子”电压，对应于一个电池。 开关SA1可以设置“量子”的数量，等于充电（放电）电池中的电池数量。 2. 调整电池分压器 Rmas、R15。 充电时，电阻器 Rmas 的阻值使得比较器在每个电池略高于 1,35 V 的电压时被触发。 放电时，电阻Rmas使得比较器工作在1V的电压下。 3. 比较器，用于将电池电压与来自 SA1 开关的参考电压进行比较。 当它们相等时，比较器触发并产生信号，该信号经过放大后进入继电器，关闭充（放电）电路。 4.时间计数器，固定充电（放电）的持续时间。 5、稳压二端网络，保证充（放电）电流的不变性。 当然还有电源（图中没有显示）。 SLM示意图 我会立即保留意见，并非所有电路解决方案都是最佳的，因为它们主要取决于元件基础的存在。 该电路组装在单独的印刷电路板上。 在这种情况下，这是合理的：在存在大量放置在板外的元件的情况下，十几个额外的板对板连接不会产生影响，特别是因为我们不是在谈论大规模工厂生产。 此外，各个块在单独板上的放置与其必要的切换有机地结合在一起。 分别考虑每个电路板的电路图。 比较板 使用运算放大器140UD8A作为比较器（图4）。 电阻器 R13、R14 与二极管 VD2、VD3 一起保护比较器的输入免受浪涌影响，并与电容器 C1 一起防止脉冲噪声。 比较器对干扰非常敏感，干扰主要来自网络，在充电（放电）结束时尤其敏感，此时其输入端的电压差很长一段时间很小，达数十甚至个单位。毫伏。
电阻R16、R17在放电模式下形成Rmas（板引脚7、10短接）。 使用两个电阻器可以让您以 1% 的精度选择电阻器 Rmas 的阻值，而使用容差为 10% 的电阻器。 充电时，电阻器 R29、R11 将 Rmas 补充到所需值。 电阻R11微调器，输出在前面板上的“插槽下”。 事实上，电池组的实际容量总是有些不同，并且在不同时间形成 1,35 V 的电压（充电电池上可能的最高电压）。 充满电的电池不再感知电荷，并且端子开始极化，因此电池上的电压上升了百分之几伏。 端子的极化不会损害电池 [2]，但它可以让您均衡实际容量略有不同的电池的充电程度。 极化电压没有标准化，因此必须在每个电池1,36-1,4V的范围内凭经验确定充电电路应关闭的电压。 电阻器 R29 允许您将这些限制扩展到电阻器 R11 的整个范围。 注意。 端子的去极化过程持续3-4小时。在此期间之后（自充电结束起），每个电池上的电压等于1,35V。此类电池可用作示例性电池，用于校准所有电压表。全世界。 您也可以测试您的测试仪，了解它有多“说谎”。 只是不要延迟此过程，请在去极化过程结束后 3-4 小时内进行。 当比较器被触发时，比较器在其初始位置的输出端的正电位下降至 -7 V。由于后续级在 0-18 V 范围内工作，接地电平的比较器输出信号受到 R19 的限制， VD7电路。 此外，电阻器 R19 还可保护比较器输出免受过载影响。 然而，可以通过稍微增加电阻器R18、R25的电阻来省略该链。 但事情已经过去了，我也懒得去重做。 晶体管 VT1 放大电源信号以点亮 HL1 LED，该 LED 连接到电路板的引脚 8（图 4 中未显示）。 它指示比较器的状态。 晶体管VT2是一个直流放大器，放大电源信号以操作继电器。 继电器类型 RPS-20，双绕组，极化，有两种稳定状态。 打开时，继电器设置到触点 1、4 将充电（放电）电路连接到电池的位置。 当比较器被触发时，晶体管VT2流过继电器I绕组的电流使其进入另一个稳定状态，充电（放电）电路被关闭。 继电器的绕组I通过继电器触点5、9连接到晶体管，即她立即断电。 这使得继电器的工作电压远低于晶体管所能提供的电压（最高 16 V）。 在这种情况下发生的绕组多次电流过载结果是短期的，即可以受理的。 事实上，远程小型开关（此类继电器的名称）并不常见、稀缺，而且并不总是能够获得具有所需工作电压的继电器。 确实，制造商禁止通过打开触点来打开继电器绕组：这可能导致继电器电枢“悬挂”在中间位置。 电容器C4允许您绕过这个禁止，其充电电流在断开触点5、9后流过绕组，完成电枢的转移。 二极管VD9显着降低了晶体管集电极处的负电压浪涌，防止其击穿。 稀有继电器的使用解释如下。 当充电电路断开时，电池电压下降，当放电电路断开时，电池电压上升。 在这两种情况下，比较器都会返回到其原始状态。 当使用传统继电器时，会发生自振荡过程。 断开电池而不是充电（放电）电路并不能挽救局面，而且会给启动过程增加新的困难。 可以根据操作电平在比较器电路中引入迟滞来解决该问题。 为此，只需打开比较器的输出（微电路的引脚 7）和电路板的引脚 6 之间的电阻即可（该电阻的阻值应超过电阻器 R15 的阻值 8-10 倍） ）。 但比较器可在较宽的输入电压范围内工作 (1...9 V)。 反馈电路也必须进行切换，包括每个开关位置 SA1 自己的电阻器。 这使电路变得复杂。 不过，RPS-20 继电器可以用两个常规继电器代替，这将在下面讨论。 当充电(放电)电路关闭时，从齐纳二极管VD8去除计时禁止信号。 当它连接时，VT2晶体管闭合，其集电极上的电压接近于零，因为它通过低电阻继电器绕组接地。 当晶体管打开并且继电器绕组关断时，晶体管电流流过齐纳二极管，并且正禁止信号被发送到时间计数器。 电阻R26保证当继电器绕组关闭且晶体管锁定时发出该信号。 在没有电阻器的情况下，集电极电位将由闭合晶体管、齐纳二极管、印刷电路板的漏电流决定，并且是不可预测的。 晶体管VT3-VT6及其附属元件形成-8V负电压源，为微电路供电。 该电压的稳定由 R28、VD4 链实现。 计时器 （图5）组装在两块板上。 在一块板上，仪表本身是根据家用时钟的典型方案组装的，略有不同：没有分配每日周期（24小时），没有必要这样做； 在计数器的主振荡器（微电路176IE12）中，没有用于调节石英振荡器频率的元件，因为所需的计数精度（0,1％，即10-3）远低于石英振荡器的频率偏差（ 10-4）。
第二个脉冲（4IE176 微电路的引脚 12）用于突出显示小时和分钟数字之间的逗号，这使您可以指示计数过程。 LED 数字指示器必须易于观察，因此它们安装在单独的板上（图 6）。
电阻器 R33-R61 (1,6 kOhm) 限制流经 LED 指示灯的电流。 这些电阻值的选择是两个相互冲突的要求之间的折衷：从微电路获取尽可能小的电流（每个输出不超过5毫安）并确保指示器有足够的亮度。 稳定电流发生器 (GST) （图7）。 GTS的要求非常严格。 它必须在 1 至 18 V 的电压范围内运行，并且稳定电流高达 100 mA。 因此，选择了具有最少数量 p-n 结的最简单电路 [3，图 46]，此外，使用了锗晶体管，并且使用其在场上的“本地”HTS 代替二极管电路中的电阻器。效应晶体管[3，图49]。 VT8晶体管消耗的功率相当小，在没有散热器的情况下其发热也不会超过允许值。 但在高稳定电流下，在运行的前 10-20 分钟内，电流会增加 20-30%。
后来，设置热平衡后，电流不再变化。 在总面积约150cm2的散热器上安装晶体管，以较少的发热实现热平衡，电流增加不超过10%。 造成上述缺点的原因是该GTS是纯参数化的，并且GTS的参数主要由晶体管的参数决定。 如您所知，这些参数非常依赖于温度。 包含具有深度负反馈的电压放大级的 HTS 有望获得最佳结果，例如 [3，图 51]。 如您所知，在此类电路中，各个元件的参数对整个器件的参数的影响大约减小K倍，其中K是放大级的增益。 我测试了这样的电路，它显示出良好的结果，但我无法让它在所需的电压范围内工作。 充电（放电）电流可以用电阻器R 63 设定并由毫安表控制（图7）。 我没有给出GTS的印刷电路板图，以及下面描述的电源，因为电路板的配置取决于所使用的散热器的尺寸和形状，此外，电路图非常简单。 电源装置 （图 8）产生两个稳定电压。
“+18V”电路（比较器和充电电路的电源）通过基于VT9晶体管的简单晶体管滤波器进行稳定； “+9V”电路（计时器的电源）由基于VT11晶体管的电路稳定。 该稳定器中的参考电压是VT11晶体管的基极-发射极电压，该电压在整个稳定范围内变化很小。 R64、C9 和 R66、C12 链可显着降低高负载电流时的输出电压纹波。 晶体管VT9和VT10均配有总面积约为40 cm2的散热器。 印刷电路板如图9所示（aa - 用于安装板的孔；bb - 用于安装继电器）。
结构和细节 时间计数器板（参见 RE 4/2000）和元件的放置如图 10 所示。
UZR 安装在两块 8 毫米厚的胶合板上，用螺钉紧固（图 11），构成外壳的前面板和底座。
部件分布如图12所示：比较器和电源板位于底部面板，其他所有部件都在前面。 由于安装密度较高，因此在暂时断开的面板上进行。 每个面板的安装减少为通过一对一线束连接的 16 针梳。 最后，安装调试完毕后将面板紧固。 箱体其余壁也是胶合板，侧壁厚8毫米，顶部和后部厚4毫米。
前面板上的部件放置如图 13 所示。
外壳的外部尺寸为 290x115x130 毫米。 开关的用途： SA1——选择电池组中电池的节数； SA2.1——切换GTS输入； SA2.2——HTS输出切换； SA2.3——放电时短接R29、R11； SA2.4——切换比较器的反相输入； SA2.5 - 比较器的切换直接输入。 开关 SA1 - 饼干，型号 11P1H。 电阻器 R1-R10 直接焊接在开关端子上。 SA2 开关涉及两个 2P4N 饼干。 我将三个“额外”方向与 SA2.1、SA2.2、SA2.3 方向平行。 我以为情况不会变得更糟了。 当然，开关可以采用任何设计。 作为比较器，我使用了圆形外壳中的 140UD8A 运算放大器。 考虑到引脚排列，它几乎可以用任何运算放大器代替。 唯一重要的是，其输入电流比流经电阻器 R1000-R1 链的电流小三个数量级（10 倍）。 晶体管VT2不需要散热器，可按图14所示更换。
两个晶体管必须是p-n-p导通，晶体管VT2.1为任何功率，VT2.2为高功率。 晶体管VT1、VT3-VT6任意适当导通。 带有任何字母索引的 VT7 型 KP303A 晶体管可以用同样带有任何字母索引的 KP302 代替，重要的是要记住晶体管的电流截止电压越高，这种“本地”HTS 的稳定性能越好。 三极管VT9-VT11可用KT817替代，三极管VT8型GT701A可用任意锗、大功率、p-n-p导电（P213、GT905等）。 具有任何字母索引的 KD11 型二极管 VD14-VD105 可以替换为任何电流为 1 A 的二极管，KD10 型二极管 VD223 - 使用 D104，在极端情况下 - 使用任何硅。 所有其他二极管都是任何硅。 齐纳二极管也可以是任何用于适当稳定电压的二极管。 LED HL 任意。 ALS324A 型 LED 数字指示器可以替换为 ALS321A、ALS337A、ALS338A、ALS342A 以及带有字母索引 A 或 B 的 ALS334 或 ALS335。它们都具有共阴极并具有相同的引脚排列。 它们可以用相同的共阳极指示器代替，它们有指数B或G。 应该注意的是，它们具有不同的引脚排列； 对指示器的公共输出施加+9V电压； 将微电路输出信号的极性改为相反，即对6个微电路176IEZ和176IE4的结论施加+9V电压。 工作电压为 20 V 的 RPS-4.521.752 继电器（护照 RS10）可替换为护照最后一位数字为 -753、-757、-760、-762 的相同继电器以及 RPS -23继电器与护照PC4.520.021（他有相同的引脚）。 继电器型 RPS 可以用两种传统型 RPS 代替，如图 15 所示。
当按下“启动”按钮时，继电器K2通过触点K2.1自锁，该触点准备接通继电器K1的电路，触点K2.2接通充电（放电）电路。 当晶体管VT2打开时，继电器K1被激活并且触点K1.1解锁继电器K2。 电阻R起着重要的作用，继电器K2长期通电，由于电阻的作用，流过它的电流明显减小，因为保持电流比工作电流小4-6倍。 此外，当触点 K2.1 断开且晶体管 VT2 闭合时，电流流过电路中的继电器绕组：+18 V、串联的继电器绕组（绕组 K1 与开路二极管 VD9 并联）、电阻器 R27、齐纳二极管VD8。 继电器 K2 可能会工作。 顺便说一句，在该电路中不需要电阻器 R26（见图 4）。 任何类型的电容器，C1-C3、C8-C12 - 陶瓷电容器，其余为电解电容器。 除 R10-R20 必须为 1% 容差外，所有电阻器的容差均为 10% 和 1%。 如果没有也没关系，你可以用传统的测试仪选取容差较大的电阻。 尽管后者的精度很少超过 5%，但可以以更高的精度确定电阻器的相似性。 这些电阻器的电阻为 510 Ohm 至 30 kOhm。 我提醒您，在选择额定值时，需要考虑到流经电阻的电流必须至少比运算放大器（比较器）的输入电流高1000倍。 关于调节 GTS 电流的电阻器 R63 的特殊讨论。 这种低阻值可变电阻器（70欧姆）通常是线绕的，当发动机转动时，它们的阻值会发生跳变。 在高稳定电流下，该电阻器的电阻为 5-7 欧姆，因此，百分比跳跃变得令人望而却步，并且很难以所需的精度设置电流。 合格电阻器的外部标志是其外壳直径，不应小于4毫米。 在电阻R63上串接一个阻值为3-5欧姆的可变电阻，可以得到良好的效果。 这种电阻在60年前调节无线电电子管的灯丝电流，被称为灯丝变阻器。 毫安表采用最便宜的M4-2器件，箭头的总偏转电流为22,5毫安，框架电阻为3,3欧姆。 通用分流器提供两个测量限值：030 和 0-300 mA。 让我提醒您通用分流器的优点：测量限位开关触点的接触电阻不是分流器的一部分，它与设备框架的电阻串联。 由于开关触点氧化而导致接触电阻增加，这显着降低了测量误差。 在确定现有设备的参数时，请记住，根据 GOST，箭头完全偏转时落在设备框架电阻上的电压为 75 mV。 分流电阻器直接焊接在设备的端子上（通过花瓣）。 作为电源变压器，使用来自显像管电视“Record 6”的输出帧扫描。 作为功率器件，它的性能相当弱，当从次级绕组取0,4A的电流时，它两端的电压会下降到14V。但尽管如此，它仍能发挥其功能。 当然希望更强大。 如果您有机会自己制作变压器，那么其最佳参数是能够在 0,3-0,4 V 的电压下提供 30-33 A 的电流。在这种情况下，建议按照以下方式组装电源方案如图16所示。 这消除了比较器板上本地 -8 V 电源的需要。 变压器绕制时，绕在主、次级绕组和屏蔽之间。 对于厨房中打开的咖啡研磨机或楼梯间的电焊的额外保护不会造成伤害。
调试 URM 建议在将电路安装到机箱中之前在单独的板上进行调试。 而且，在调试完成之前，根本不应该开始制造外壳。 最好在调试期间为电路板供电 - 从“本机”电源，因此应从它开始调试。 调试就是发现并修复错误。 如果没有，董事会立即开始工作。 实际调试包括设置比较器工作电压的电平、选择毫安表的分流器、设置调整GTS电流的限值。 要调试比较器板，您应该：
重点关注LED的熄灭，检查放电模式下比较器的电压。 如果每个电池的电压与 1 V 不同，请选择电阻器 R17，如有必要，请选择电阻器 R16。 你可以在SA1开关的任意位置查看，但更准确的是在7-10节电池对应的位置查看。 设置比较器的操作下限后，需要检查调整上限（充电模式下的操作）的限制。 为此，请切断电路板引脚 7、10 并临时连接电阻器 R29、R11。 在电阻器R11的引擎极限位置，响应电压应约为1,3和1,5V。如有必要，选择电阻器R9。 计时器板必须立即与线束连接，确定其大致长度。 计时器应立即开始工作。 为了确保数字指示器接线正确，您应该让仪表运行直至溢出，观察数字图像。 为了加快这个过程，您应该暂时向计数器输入施加第二个脉冲，该过程将减少到 1 h 40 m。 在调试 HTS 之前，应选择通用毫安分流器，以便与其配合进一步调试 HTS。 构成分流器的电阻R69、R70采用逐次逼近法选择。 在GCT中，必须首先设置二极管电流VD10。 为此，请根据图 17 中的图表打开 GTS，使用毫安表等测试仪。
通过选择电阻器 R62，将二极管电流设置为 1,5-2 mA（对于二极管 D223、D104）或 3,5-4 mA（对于所有其他类型）。 如果电阻小于100欧姆，则将场效应晶体管更换为具有更大电流截止的相同场效应晶体管。 按照图18的方案打开GTS。 确保电阻器 R63 可以将晶体管电流设置为 4-5 至 100 mA。
调试的最后阶段是设置比较器操作的上层。 它是在 RCD 完全安装并将其放置在外壳中之后进行的。 将电池（710电池）连接到RCD并充电13-15小时，此时电阻R11应具有最大阻值。 在此周期结束时，电阻器 R11 的电阻开始以最小可能的跳变减小，持续时间为 23 秒，直到充电电路关闭。 到此调试就可以认为完成了。 该装置具有以下缺点。 1. 由于 VT10 晶体管发热，在运行的前 20-8 分钟内增加 GTS 电流。 这是一个小问题。 “电池容量”的概念还不够清晰。 该电容的值很大程度上取决于充电（放电）模式 [1, 2]。 充电（放电）电流的归一化（标称容量的 0,1，以 Ah 表示）的目的是可以比较电池，其参数是由不同的人在不同的地方测量的。 我们的目标是确定具有相同容量的电池，以及它与标称的比例是多少，正如他们所说的“第十件事”。 确保相同的充电（放电）条件很重要，尽管与普遍接受的条件有所不同。 例如，您可以遵循以下规则：
好吧，如果你需要客观地确定电池的真实容量，那么不要后悔在充电（放电）开始时花10-20分钟的时间来调整GTS电流。 2、放电的结束由整个电池的电压决定。 如果电池中含有实际容量较小的电池，那么它们的深度放电是可能的。 因此，遇到这种情况，你应该“保持警惕”，定期监测每块电池的电压。 通过为 RCD 中的每个电池安装一个比较器，将它们连接起来，以便由“最弱”的电池来确定放电结束，可以消除此缺点。 但在这种情况下SRM方案变得更加复杂。 只有由专业人员使用，这种 SRM 的生产才是合理的。 3. 通过最终电压确定充电（放电）结束的方法对蓄电池间连接的电阻敏感。 因此，需要注意电池之间的接触状况。 然而，还有一个“硬币的反面”：在 UZR 的帮助下，可以很容易地识别蓄电池间连接电阻增加形式的电池故障。 这对于无法访问这些连接的单体电池尤其重要。 参考文献：
作者：E.S. 科列斯尼克
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