镍镉电池智能充电器。方案、说明

镍镉电池智能充电器。无线电电子电气工程百科全书

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这篇引起读者注意的文章描述了一种基于 VIPer 系列微电路的开关稳定网络远程电源（在日常生活中，通常在技术文献中，它们被称为适配器）以及由它供电的“智能”充电器。专用MAX713CPE微电路。

“智能”充电器（充电器）在《Radio》的版面上受到了不少关注。当然，我们只能有条件地谈论智能：它通常意味着设备能够分析正在充电的电池的状态，并根据一些强制标志选择一种或另一种充电模式。此外，充电算法由电池类型决定。对于锂离子 (Li-Ion)，它必须符合文章 [1] 中的描述，对于镍镉和镍金属氢化物 (Ni-Cd、Ni-MH) - [2]。

出版物 [1, 3] 提出了特定的内存选项。尽管这些设备具有“智能”，并且与在初始时刻以最大可能电流（超过 1 A）为电池充电的推荐方法相反，它们仅使用 250 ... 300 mA 的电流！为什么？在作者看来，答案很简单。如果使用广泛使用的稳定和非稳定网络远程电源（PSU）作为充电电流源 - 它们通常被称为适配器（根据国外术语 - Wall Cube），则很难找到最大电流的实例电流1A以上。此外，市场上假货极其猖獗。笔者尝试使用“神秘”MAX公司制造的BPS 12-0,5 PSU，但没有成功：保证输出电流为0,5A的适配器即使在300mA的负载电流下也会过热。但该设备的机身制作得相当符合人体工程学，因此它被用于我们自己开发的脉冲稳定网络电源装置。

主要技术特点

输入电压间隔，V......150...250
额定转换频率，kHz......60
输出电压，V......6
额定负载电流，A ...... 1
输出电压纹波均方根值，mV，无......15
效率，%......82
尺寸（不含电源插头），mm......70x48x36

电源受到负载短路的保护。它可以用来为其他设备（便携式收音机和录音机、播放器、电话答录机、数字设备等）供电，其电池仓设计为四节 AA 电池。如有必要，输出稳定电压可在 3...9 V 范围内改变，而无需重绕脉冲变压器。

电源电路如图所示。 1. 该器件的主要元件是专用芯片 VIPer12A，采用 DIP-8 和 SO-8（表面贴装）封装生产。文章[4]详细描述了此类开关电源的设计。

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关于微电路的信息可以在推荐的 VIPer Designe 软件/文档/数据表/VIPerl 2A 中找到。

所用微电路的特点是具有 60 kHz 固定转换频率的内置发生器，可最大限度地减少“管道”元件的数量，以及用于调节微电路中漏极电流限值的单元通过外部正电压。在没有该电压的情况下，VIPer12A 提供 0,4 A 的电流限制。在该器件中，DA3 芯片的电源电压（约 2 V）通过齐纳二极管 VD1 提供给 FB（反馈）的引脚 24。 FB 输入端的输入电流不应超过 3 mA。输入电流的增加导致漏极电流幅值减小（反之亦然），增益约为320。将变压器T1耦合绕组II上的电压与稳定电压进行比较的结果是齐纳二极管VD2的作用是改变开关脉冲的占空比，从而使输出电压保持稳定。当市电电压在150...250 V范围内变化时，输出电压与标称值的偏差不超过0,1 V。

电源的其余元件的用途与之前描述的类似设备中的类似元件没有什么不同。

所有部件均安装在由单面镀箔玻璃纤维制成的印刷电路板上，其图纸如图 2 所示。 1. 为减少电源产生的干扰，在印刷导体的一侧通过可靠的绝缘体将静电屏蔽由印刷电路板尺寸的金属片制成，并与公共线（至二极管电桥VDXNUMX的负端）。为此，您可以使用与制造印刷电路板相同的单面箔玻璃纤维层压板。

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为了减小体积，器件采用进口氧化物电容器。电容器 C1-C3、07、C8 - 陶瓷或薄膜，标称电压至少为 630 V，其余 - 陶瓷，电压至少为 50 V。电阻器 - MLT 等。扼流圈L2——高频小型DPM-2,4。电流限制为 1 A、允许反向电压为 40 V 的二极管电桥 S1WB1 (VD400) 可以用具有类似参数的任何其他电桥代替，但需要更改印刷导体的配置或模制结论桥的相应位置。 FR207（VD3）二极管可用国产KD257D替代。选择推荐二极管 KD212AM (VD4) 的模拟器件时，应考虑到器件中的反向电压明显超过 100 V。

输出整流器采用肖特基二极管1 N5822（VD5），最大电流3A，允许反向电压40V，完全可以替代国产类似参数的二极管。稳定输出电压的效率由稳压二极管的参数保证。您可以使用 KS224Zh 齐纳二极管来代替图中所示的内容。如果使用国产D814系列及同类复合稳压二极管，电压稳定性会降低。您只需选择齐纳二极管或对其进行开关即可改变电源的输出电压。

该器件采用 SO-12 封装的 VIPer8A 芯片。根据规范，所有四个漏极引脚5-8必须焊接到面积至少为200mm2的印刷电路板的铜箔上。在环境温度25℃时，微电路外壳的设计温度不会超过72℃。为了减少密集安装条件下微电路的热负荷，作者在TO-220封装中使用了故障晶体管的铜法兰，将其安装在尺寸为13,5x16x23 mm的引脚散热器上。库存引线焊接到法兰上。用导热膏润滑的微电路外壳通过弹簧板压在法兰上。 MGTF 导体段被焊接到微电路的剩余引脚上，然后将其焊接到板上。漏极引线与印刷导体的电气连接由将法兰固定到电路板上的 M1 安装螺钉之一提供。为其提供相应的接触垫。第二螺钉穿过绝缘垫圈安装。安装时需要注意的是，微电路的散热片不要与电感LXNUMX的紧密磁路接触，电感LXNUMX与公共电源线电连接。

线路滤波器扼流圈L1是以磁导率14...1500的铠装磁芯B2000为基础制成的。电感器绕组具有相同的匝数。它们用 PEV-2 0,41 线缠绕在两部分框架中（每个框架都有自己的部分）直至填充。

脉冲变压器使用 VIPer Designe 软件程序进行计算 [4]。它采用由 M8NMS2500 铁氧体制成的 KV1 磁芯，配有标准框架和安装夹。没有引线的脸颊和一半引线从框架上移除。绕组III包含2匝直径为1mm的PEV-1.1线，单独缠绕在合适直径的心轴上，然后放上由31匝PEV-2 0,41线组成的绕组2。 27匝PEV-2 0,41导线的绕组I.19和最上面的2匝PEV-0,12 1.1导线的绕组II绕在绕组III的顶部。半绕组2和I.XNUMX的匝层采用一层绝缘，绕组采用两层或三层薄膜，用于高压电容器，或其他，最好是耐热绝缘材料。

变压器在侧壁上以0,02mm的间隙组装，并设有由相同薄膜制成的垫片。变压器T1绕组I的电感计算值为3210μH，实测约为3530μH。带有引脚 8 的绕组 III 焊接到电路板上，自由引脚 7 以铰接方式连接到 VD5 二极管的阳极，垂直于电路板安装（像大多数其他元件一样）。变压器 T2 的绕组 3 和 I.1.1 的端子 2 和 1 焊接到框架端子之一。然后将此框架端子缩短 1,5...2 mm，并用硝基漆绝缘。它没有焊接到板上。

该设备不需要设置，但在首次开机之前，建议确保脉冲变压器是高质量的（此操作在电源中安装 DA1 芯片之前执行），以及所用元件安装正确且工作状态良好。为此，您可以使用通用设备来测试开关电源 [5]。为了确保 60 kHz 的开关脉冲频率，另一个容量为 4...160 pF 的电容器与器件中的电容器 C180 并联焊接。示波器与电阻器 R9 并联（[1] 中的图 5）。该设备连接到脉冲变压器。等效负载连接到电源输出。通过使用实验室自耦变压器平稳地增加设备输入端的电源电压，可以观察到波形图。当电源电压为 220 V 时，负载等效值应约为 6 V，并且在示波器屏幕上观察到的锯齿电流脉冲的幅度不应超过 0,25 A。通过将电源电压增加到 250 V，确保磁电路未饱和。

此外，他们还检查绕组 II 的相位，为此他们测量电源单元电容器 C6 上的电压，该电压应对应于大约 25 V。通过监测晶体管 VT2 漏极处的脉冲形状，确认电源单元阻尼电路VD3C7R1功能的有效性后，关闭设备，并在电源板上安装DA1芯片。设备已准备就绪，可供使用。

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通过连接器XS6向充电器的输入端提供1V的稳定电压，其电路如图3所示。 1000. 由于通常只使用一种特定类型的电池，因此使设备通用化没有多大意义。所描述的“智能”充电器版本旨在为容量为713mAh的镍镉电池充电。该器件的基础是 Maxim 的专用微电路 MAXXNUMXCPE。其引脚的功能用途如表所示。

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如上所述，文章[3]中描述了这种设备。然而，它的目的是用 0,25 A 的电流为六节电池充电。此外，完全不清楚为什么该设计的作者连接了微电路的引脚 1 和 15，从而违反了开发人员的建议并排除了“智能”之一。 ” 充电器的特性 - 当电池端子上的电压达到某个指定值时，停止对电池进行快速充电。而如果你使用的电池已经使用了几年，这种现象很有可能发生，在这种情况下进一步快速充电是不安全的。

在所提出的设备中，您可以使用 1 A 的电流快速为一节或两节电池（取决于 SA1,1 开关的位置）充电，该电流在数值上大约等于其容量。该设备的计时器将快速充电时间限制为 66 分钟。定时器设置误差为±15%，这是由微电路的设计特点决定的。

据作者介绍，只有在紧急情况下才建议同时对两块电池充电，此时至少要对它们进行部分充电而不是完全充电。这是由于微电路中使用的方法是通过将电池上的电压相对于其最大值降低2,5 mV来检测充电结束（所谓的AV方法）。显然，即使进行特殊选择，也很难实现电池中电芯容量的绝对相等。如果正在充电的电池的容量差异很大，则其中一个容量较低的电池的电压下降可以被微电路感知为快速充电的结束。在这种情况下，要实现真正的充满电，电池必须以低电流再充电几个小时。

此外，该芯片允许在22分钟内进行所谓的超快速充电电流，是电池容量的4倍。但这里应该考虑到这样一个事实：没有任何一家制造商能够保证通过这种充电方式长期保存电池的技术特性。因此，客观合理的最大充电电流可以被认为在数值上等于电池容量。

充电器的操作算法非常简单。连接要充电的电池并打开电源电压后，HL1“Power”LED 亮起。 DA1 芯片包含一个充电定时器并测量施加到一个电池单元的电压。如果低于0,4V，则激活约30mA的低电流充电模式。一旦测量电压超过规定阈值，自动启动电流为1,1A的快速充电模式（该值由电阻R5的阻值决定），微电路中的场效应晶体管打开，漏极打开。连接到引脚 8，HL2“快速充电”LED 亮起。在再充电期间和快速充电的情况下，微电路都会测量传感器电阻器 R5 两端的电压降，并按照在 1V 时产生所需电压降（快速充电 - 0,25 V）所需的程度打开调节晶体管 VTXNUMX。电流传感器。因此，电流稳定允许设备的电源电压存在一定的不稳定性，但必须排除电压“骤降”至低于可接受水平的情况，因为这会破坏微电路的正常功能。

在充电过程中，每 42 秒充电电流就会关闭 5 毫秒，微电路会测量正在充电的电池上的电压，“记住”其随时间变化的动态。当接近充满电的时刻时，电池上的电压停止增加，然后开始下降。一旦施加到一节电池的电压降低 2,5 mV，快速充电就会被升压充电模式取代。如果定时器设置的时间到期或电池电压超过 2V，也会发生同样的情况。该值由 DA1 微电路的引脚 1 处的电压设置，在我们的例子中，它由引脚提供示例性电压16，等于2V。在充电模式下，电池可以用多久就用多久。

可以修改所描述的充电器。例如，引入对正在充电的电池情况的热监控，这是制造商强烈推荐用于超快速充电的。允许使用晶体管的脉冲操作来调节电池充电电流，而不是线性操作。如有必要，借助附加元件，可以将充电电流降低至 30 mA 以下。如果您使用，这些和其他一些改进很容易实现 MAX713CPE芯片信息.

应小心处理芯片。尽管公司文件中没有任何关于暴露于静电的危险的警告，但实践表明它在很大程度上容易受到静电的影响。此外，一些以前使用输入端带有保护二极管的 CMOS 微电路的无线电爱好者可能已经习惯了可以使用工作电压为 220 V 的烙铁进行焊接。但是，应该记住，MAX71ZSPE 微电路其实就是一个单片机，用工作电压为220V的烙铁接触端子，由于电源电压的干扰，可能会致命！因此，建议在最终完成所有安装工作后，通过转接面板将微电路安装到板上。如果您需要更改编程引脚的连接或 SA1 开关的位置，则只能在关闭电源电压的情况下进行。

该内存不需要调整，因此我们将更详细地描述其设计特点。它安装在由单面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上，其图纸如图4所示。 1. 在安装 DA508 微电路或其适配器面板之前焊接跳线。成品外壳使用的是 XM-1 充电器。绿色 (HL2) 和红色 LED (HL1) 也取自其中（图中标明了可能的国产类似物）以及开关 SAXNUMX。

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电阻R5为进口电阻，其余为MLT-0,125或类似电阻。氧化物电容器 - 额定电压为 2 V 或更高的任何国产或进口陶瓷电容器 C3、C50。除了图中所示的以外，您还可以使用任何其他晶体管，其电流传输系数至少为 50，允许的集电极电流至少为 3 A，并且在电流为 1,5 时饱和电压不超过 1 V。 A. 它安装在尺寸为 40x32x8 mm 的散热器上，该散热器由 Rep-tium-100 处理器的一块冷却散热器制成。当一节电池充电时，晶体管会消耗约 4 W 的功率，因此，为了促进其热状态，设备外壳中内置了一个用于吹 Pentium-100 处理器型号 DF1204SM 的小型风扇，该风扇安静但非常高效地旋转电源电压为6V。如果设备始终用于给两块电池充电，则无需安装风扇。当然，完全没有风扇是可能的，但在这种情况下，散热器的尺寸以及相应的设备外壳的尺寸将必须增加。

为一个电池充电时，将短路插头安装在电池盒中而不是另一个电池上，或者将 2...3 A 的电流表连接到空闲充电端子。

文学

锂离子电池。 - 电台，2001 年，第 7 期。S. 44、45。
Grigoriev B. 电池快速充电算法。 - 广播，2001 年，第 8 期，第 38 页。 XNUMX.
镍镉电池“智能”充电器。 - 广播，2001 年，第 1.S.72 号。
Kosenko S. 反激式脉冲电源的演变。 - 广播，2002 年，第 6 期，第 43,44 页7；第 47,48 页，第 8 页。 32；第 35 页，第 9 页。 24-26；第 XNUMX 页，第 XNUMX 页。 XNUMX-XNUMX。
Kosenko S. 用于测试 SMPS 的通用设备。 - 广播，2003 年，第 8 期，第 38 页。 41-XNUMX。

作者：S. Kosenko，沃罗涅日

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