智能充电器。方案、说明

智能充电器

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镍镉电池广泛用于为现代可穿戴设备供电。为了给它们充电，生产了许多设备，组装了类似的设备和无线电爱好者。然而，大多数工业和业余设计都是为了简单的电池充电而设计的。由于镍镉电池固有的缺点，即所谓的“记忆效应”，它们通常无法充满电。它的事实是，如果您给未完全放电的电池充电，那么它只会提供充电开始时的能量。为了不出现这种效应，必须将电池完全放电（至约1V），然后充电至约1,4V的电压。下面描述的微控制器设备自动解决了这个问题。尚未完全放弃其容量的电池首先被完全放电，然后充电至预定水平，检查其正常工作的能力，然后将其与设备断开。

该设备设计用于同时独立充电四个容量为 600、800 和 1200 mAh 的 Ni-Cd 电池，但也可用于为其他类型的电池充电。以编程方式更改设备操作算法的能力提供了必要的灵活性和易用性。

充电器原理图如图1所示。从功能上讲，它由一个控制单元和四个相同的充放电单元组成。

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控制单元包含MK DD1、开关DD2、比较器DA1、示范电压发生器(VT13、VT14)、电池故障声音信号单元(VT15)和缓冲器DD3。 MK整体控制设备的运行，保证所有四个充电节点的独立运行。通过开关DD1将来自电池的电压切换到比较器DA2的非反相输入端。参考电压的形成取决于由微控制器指定的信号E0和E1确定的代码。缓冲器 DD3 将微控制器的端口 P1 与充放电单元去耦。

每个这样的单元由电流稳定器DA2(下文中指示单元A1的元件的位置名称)、电流设置电阻器R3-R5、晶体管开关(VT1-VT3)、开关节点状态(充电-放电控制)组成。）和 LED HL1（红色）和 HL2（绿色），指示节点的状态（红色 - 充电，绿色 - 放电）。开关 SA1 和 SA2 允许您设置所需的充电电流（在本例中为 60、80 或 120 mA）。

让我们更详细地考虑该设备的操作。当电源打开时，程序分析电池G1的状态，然后将电池G1上的电压（信号K13）与晶体管VT14、VT0,7上的整形器产生的参考电压进行比较。如果电池电压低于 1 V，则“断定”该电池已空，并继续分析下一节电池的状态。如果电池电压大于1V（通常情况），MK DD3（通过缓冲器DD1）发出信号R1=1，Z1=2。此时，HL1 LED 点亮，晶体管 VT3、VT2 导通。第一个阻断充电通道（DA3、R5-R2、VT9），第二个将电阻器 RXNUMX 与电池并联。放电过程开始。

在放电和充电模式下，每 4 秒测量一次电池电压。测量周期（信号 Z1=1，R1=0）约为 1 秒，即维修一节电池的时间（包括延迟）为 1 秒。此时，测量电池电压，并根据其值，微控制器决定是否继续对电池放电（充电）或将其关闭（如果充电完成）。通过 LED 的发光可以清楚地看到这一点。绿色LED（HL2）周期性亮起表示该电池处于放电模式，红色LED（HL1）处于充电模式。

但回到放电模式。信号 K1（正在放电的电池上的电压）通过开关 DD2 馈送到比较器 DA1 的非反相输入端，在此与从整形器提供到反相输入端的参考电压（约 1 V）进行比较。晶体管VT13和VT14（第一个打开，第二个关闭）。当达到设定电压值时，比较器给出放电过程完成的信号，MC将设备切换到充电模式（信号R1和Z1取log.0的值）。此时，HL1 LED 点亮，晶体管 VT1、VT3 截止，VT2 截止。

在对设备进行原型设计并使用不同容量和不同公司的电池对其进行测试的过程中，发现最大电池充电对应于大约 1,45 V 的示例电压（考虑到测量电路中的损耗）。如有必要，可以用调谐电阻R44朝一个方向或另一个方向改变它。

当 G1 电池上的电压达到大约 1,45 V 时，充电停止。然后一段时间（大约 8 ... 10 秒），电池在电池电压的控制下切换到放电模式（HL2 LED 亮起）。如果在此期间没有显着变化，则充电结束（两个 LED 均不亮起）。如果电压急剧下降（高达 1 ... 1,1 V），这表明电池出现故障，则会发出声音信号，并且 HL2 LED 开始闪烁。

该设备具有强制充电模式。当电池放电至电压低于1V或需要紧急充电（绕过放电过程至1V）时使用。通过 SB1 按钮打开强制充电（按住该按钮直到 HL1 LED 亮起）。

等于0,1电池容量的充电电流的选择是由开关SA1和SA2通过电阻器R4和R3分流电阻器R5来实现的。在图中所示的开关位置中，充电电流由电阻器R4的阻值决定，并且等于60mA。闭合 SA1 开关的触点会导致充电电流增加至 80 mA，而两者（SA1 和 SA2）则增加至 110 ... 120 mA。 78L05稳压器的最大输出电流为100mA，但在电流稳压器模式下，它可以通过120mA，发热相对较小（极端情况下，可以在上面放一个小散热器）。

充电器部件安装在由双面箔玻璃纤维制成的印刷电路板上（图 2）。

智能充电器

该板设计用于使用恒定 MLT 电阻器、微调器 SDR-19a、电容器 K50-35（C1、C4）、KD-1（C2、C3）和 KM（其他），来自 PLS- 的两引脚部分40（XP1）插头，B38按钮或B32（SB1），微型滑动开关VDMZ-2V（SA1-SA8）。内置MK振荡器的频率设置电路中，使用频率为3,58 MHz的石英谐振器，但也可以使用其他频率为3至8 MHz的谐振器（在这种情况下，需要考虑一些常数）可以在程序中更改）。作为 BF1 声音发射器，您可以使用 TM-2V 类型的电话或 ZP-31 压电发射器。要连接 MK DD1，请使用 20 针面板。

代码“固件”ROM MK 显示在表中。

（点击放大）

程序源代码

大多数电阻器垂直于电路板安装。跳线插入底部（图 2）图中标记的四个点的孔中，连接电路板不同侧面的印刷导体。

设置设备归结为设置参考电压以及所需的充电和放电电流值。参考电压（见图1左下部分的表格）由微调电阻R42、R43、R44和电阻R41的选择来设置。在没有 MK 的情况下执行此操作，暂时将其从面板中删除。将两根导线插入其插槽 2 和 3（或焊接到板的相应焊盘上），并通过电阻为 10 kOhm 的电阻器连接到 +5 V 电压源。然后向板供电，并连接将指定的面板触点与公共电线（代码 00、01、10、11）以各种组合，使用调谐电阻，设置电路上指示的 K 点电压（DA4 芯片的引脚 1；E0 是最高有效位），E1 是最不重要的）。

所需的充电电流通过选择电阻器R3-R5来设置。为此，将放电至 1 V 的电池安装在任何电池中，将一条双面箔玻璃纤维（或 getinax）与焊接到箔上的安装线插入其正极端子和相应触点之间，然后将测量极限为 150 ... 300 的毫安表连接到后者的自由端。电阻R4暂时更换为270...330欧姆的调谐电阻（最好是多匝线电阻），通过SB1按钮打开强制充电模式，这样的电阻部分的电阻选择电路中引入的电阻，充电电流为6mA（对于容量为600mA·h的电池）。然后在其位置上焊接一个阻值接近的恒定电阻，代之以调谐电阻R3，并通过闭合开关SA1的触点，电流增加至80mA（对于容量为800mAh的电池）。最后，在开关SA1和SA2的触点均闭合的情况下，选择电阻R5的阻值，对应充电电流120mA(对于容量为1200mAh的电池)。类似地，选择充电电路和其余三个电池的电阻。

放电电流（电池电压为60V时约为1,2mA）通过选择电阻器R9来设置。为了加速容量为800和1200mAh的电池的放电（第一种情况，电流为80，第二种为120mA），可以在晶体管VT3的集电极电路中再引入两个电阻，使用与SA9、SA1类似的开关与R2并联（当然，这种情况也一样，其余单元的位电路也必须做出改变）。

总之，应当注意的是，所描述的装置能够对更大容量的电池进行充电。为此，需要将 DA2-DA5 替换为更高电流（300 ... 400 mA）的稳定器，并将关键晶体管替换为更强大的晶体管。

作者：M. Demenev, I. Koroleva

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