安全充电器。方案、说明

安全充电器

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在所提出的设计中，重点是充电的安全性。设备检查电池连接是否正确，充电完成后自动关闭，当电池加热至设定温度以上时停止充电。

众所周知，即使是快速充电算法（电流 1...2C，其中 C 是电池容量）也假定充电过程的持续时间为 1...5 小时 [1]。很难想象整个过程会一直受到监控。尽管快速充电是最危险的。即使稍微不遵守该制度，电池盒也可能破裂并产生随之而来的后果。使用 0,1C 电流的标准充电更安全，但持续时间太长（长达 14 ... 16 小时）。

所述装置可为容量为4至7mAh的镍镉或镍氢电池提供加速充电（250...1000小时）。由于用户在设置充电电流时可能出现错误，大范围的充电电流绝不利于设备的安全，因此有多种方法可以保护电池和充电器本身。结果是设备看起来过于复杂。然而，这种复杂性将带来更长的电池寿命和对公寓火灾情况的安心。

能够只为一块电池充电是因为希望确保完全且安全的充电。从设备的技术特点来看，应注意加速充电的“软”模式、充电完成后电池自动关机、反接保护和过热保护、模式指示、紧急模式声音通知和，最后，相当低的电源电压（来自 3,5、XNUMXB），这在某些情况下可能是非常理想的。

该装置的示意图如图1所示。 XNUMX.

（点击放大）

其主要部分——电流稳定器——由三个节点组成：一个主电压调节器和两个相同的电流调节器。主调节器（DA6.1、VT3）提供0,1C的充电电流并在整个周期内工作。第二个稳压器（DA6.2、VT4）——可称为强制——发出等于 0.ZC 的电流，并在电池电压大于 0,6 V 但未达到 1,4 V 时开启。此时，两个稳压器均工作并并联，向电池提供 0,4C 的总电流。

强制电流调节器的操作受到以下限制。如果电池严重放电（电压Uac<0,6V），大电流充电不安全，因此仅用主电流调节器参与，以0,1C电流进行充电。当电压Uakk达到1,4V时，强制稳压器关闭，因为该电压已接近极限，建议以0,1C标准电流进一步充电。当达到 Uacc = 1,48 V 时，它会关闭并且主调节器 - 充电停止。在这种情况下，HL3 LED（“充电中”）熄灭，HL1（“充电完成”）亮起。二极管VD1、VD2防止电池在充电停止后放电。

两个稳压器都是电压控制电流源。控制电压（相对于正极电源线）由主稳压器DA3形成，并由可变电阻R23调节（它们根据电池容量设置所需的充电电流）。

电流调节器 [1446] 中使用的 KR1UD2A 运算放大器的一个特点是能够在低电源电压（单极性为 2,5V）下工作，最重要的是，其输入和输出信号的范围几乎等于电源电压之和。在我们的例子中，DA6.1 的工作输入电压等于 Us - UR25，其中 Us 是正电源电压，UR25 是测量电阻器 R25 两端的压降。事实上，后者是控制电压的“副本”（众所周知，OOS 覆盖的 OA 两个输入端的电压在高达零偏置电压时一致）。因此，充电电流为 25 mA（对于容量为 250 mAh 的电池）时，UR25 = 0,2 V。这意味着输入电压只能比运算放大器 DA0,2 的正电源电压低 6.1 V。 1,5. 常见运算放大器允许在不超过 (Us - 2 ... XNUMX) V 的输入电压下运行。

输出电压也是如此。在充电过程中，DA6.1提供的输出电压等于

Us - UR25 - UBE VT3，其中 UBE VT3 是发射结 VT3 处的正向电压 (0,6 ... 0,8 V)。为了停止电流调节器，运算放大器提供等于 Us 的电压，从而关闭晶体管。

以上所有内容均适用于 DA6.2 上的强制调节器。两个稳压器分别由晶体管 VT1 和 VT2 关闭（更准确地说，VT1 会关闭该功能，因为当它打开时，它会分流电阻器 R21、R23，电压从电阻器 RXNUMX、RXNUMX 施加到两个运算放大器的输入端）。

在关断状态下，调节器的输出电流不等于25，因为电阻器R1两端的电压不等于XNUMX。有两个原因。首先，开路场效应晶体管VTXNUMX的沟道电阻不为零，因此电压

USI VT1 为几毫伏。第二个原因是运放DA6.1的零偏置电压。因此，电阻器 R25 两端的电压取决于零偏置电压的符号，并且等于 USI VT1 ± UCM DA6.1。在这种情况下，最好使用运放KR1446UD1A，其偏置电压不超过±3 mV，因此，在关闭状态下，调节器会产生1 ... 3 mA的小残余电流。

强制电流调节器的行为方式相同。因此，充电完成后，电流稳定器使电池保持一定的电压，从而防止电池因自放电和通过设备电路的漏电流而放电。这么小的电流不会损坏电池。此外，当移除电池并施加输入电压时，该功能还可以为设备提供稳定性。

主调节器设定的电流等于Ureg / R25，其中Ureg是电阻R21+R23两端的压降（不包括运放DA6.1的零偏压、其输入电流和运放DA1的漏电流）。闭合通道VT3），Ureg取决于稳定电压DA2,5（21V）和分压器R23-RXNUMX的分压比（如前所述，它是从电源的“正”开始计数的）。强制调节器设定的电流也以类似方式确定。

现在让我们转向该器件的第二部分，由模型电压驱动器、用作 DA4、DA5 微电路运算放大器的比较器和逻辑节点组成。

从图中可以看出，电池电压不是直接提供给比较器DA4.1-DA4.4的输入端，而是通过电阻R14、R16-R18，以避免损坏运放当插入电池且充电器关闭时。 “参考”输入上的电阻消除了运算放大器输入电流引起的误差（但不能消除输入电流的差异）。运算放大器 DA4.3 的“示例性”输入没有这样的电阻，因为该比较器不需要高精度。

比较器DA4.1确定强制电流调节器关闭的时刻（当电池电压达到1,4V时），DA4.2确定充电完成的时刻，并给出关闭主电流调节器的信号。产生正反馈的电阻R24形成一个小的（约40mV）迟滞，这使得可以避免充电停止后比较器的不稳定状态。

当电池电压超过 4.3 V 时，比较器 DA0,6 给出打开强制电流调节器的信号，DA4.4 “检查”电池的正确连接：如果极性错误，则关闭电流调节器压电铃HA1产生报警声音信号。为了确定极性，使用了运算放大器 KR1401UD2A 在低于负极性电源电压的输入电压下工作的能力。

所述装置的一个重要特征是可充电电池的温度状态的控制。它是使用温度传感器 DA2 和 OU DA5.1 进行的。 LM335Z 是一款具有线性温度响应的集成稳压器：温度每升高摄氏度，其输出电压就会增加 10 mV。在 +25°C (298 K) 的温度下，输出电压为 2,98 V。当电池升温至约 +33°C 时，DA5.1 比较器被激活，充电停止，HL2 LED（“过热”） ) 亮起并发出声音信号（与电池连接极性错误的情况相同）。

比较器的示例电压来自在 DA1 上制作的整形器。

DD1 芯片元件上的逻辑器件处理来自比较器的信号，控制 LED 指示灯、铃声和电流调节器。

该设备可以使用K1401UD2B芯片代替K1401UD2A，也可以使用国外同类芯片LM124。 KR1446UD1A可以用该系列的索引为B或C的微电路代替，但是，残余电流（关闭电流调节器后）可能太大或根本没有。这两种情况都是不可取的。在任何设计中，KR142EN19A 都可以用国外类似物 TL431 替代。

除图中所示外，器件中允许使用KP303系列其他字母索引的场效应晶体管，但其截止电压应不大于3V，最好不小于0,5V . KT814A 可以用索引为 B、C 的该系列晶体管替代。用于强制电流调节器 (VT4) 的实例在发射极电流为 70 mA 时必须具有至少 300 的静态基极电流传输比。在此条件下，可以使用KT816系列的晶体管。 KT3107A 可与该系列中的任何产品互换。

Diodes KD212 - 具有任何字母索引。 Kingbright 的 LED L-53LYD（黄光）和 L-53LID（红光）的特点是工作电流低（照明参数在 2 mA 电流下标准化），并且可以用最大允许正向电流为至少 7 mA。 HL3 - 任何绿色 LED。 JL World 的压电发射器 HA1 - HRM14AX，带有内置发电机 3H（电流消耗 - 不超过 7 mA）。

设置充电电流（R23），建议使用线制可变电阻，例如PPZ-40、PPZ-41，并设置参考电压（R3、R6、R11） - 线制多匝SP5- 2、SP5-3等。

充电器部件安装在塑料盒内的印刷电路板上。充电电池舱是打开的；使用国产M4317万用表的相同用途的触点作为触点。应特别注意温度传感器 DA2 的紧固（图 2，位置 4）。

安全充电器

LM335Z 芯片有一个塑料“晶体管”外壳 KT-26 (TO-92)。它通过一薄层不干燥的导热膏将其平坦的一侧连接至电池盒的正极触点2。如果电池1的正极端子和端子2之间的电阻较低，则热接触良好。必须记住，触点和与其相邻的金属部件的质量和表面积应尽可能小。这将减少从电池到传感器“沿途”的热损失，从而提高温度读数的准确性。为此目的，介电垫圈6被放置在螺钉2的头部下方，螺钉8将触头7紧固至基座4。传感器 5 通过一段 MGTF 3 线“连接”到触点（其末端焊接到触点），并在外壳周边填充一层薄薄的环氧树脂胶。壳体2的壁用作止动件，限制触头XNUMX的弯曲。

充电时，VT4 晶体管释放功率高达 1,5 W，因此它垂直安装在尺寸为 20x30x0,8 mm 的硬铝板上。

装置外壳的上壁设有发光二极管HL1～HL3和可变电阻R23，其控制旋钮上设有圆形刻度，用于设置充电电流。在笔者的版本中，刻度按容量值分级（从250到1000mAh），因此更容易避免设置电流时出现错误。 HA1压电钟具有小尺寸和刚性引线，因此它安装在板上无需任何额外的紧固。

设置设备从校准温度传感器 DA2 开始。首先在引脚 3 DA5.1 处设置示例电压 UT。为此，将 4,5 ... 5,5 V 的恒定电压施加到输入，在充电器的安装地点测量温度 T（以开氏度为单位），并测量与此相对应的参考电压 Uobr → T / 100计算温度。回想一下，以开氏度为单位的温度等于以摄氏度为单位的温度 + 273。然后在 DA2 的引脚 2 处测量实际电压 Umeas（或者，相同的是，在同名 DA5.1 的引脚处）测量，并且DA2 温度特性的变化使用公式 Δ = Uobr - Umeas 计算。之后，电阻器 R3 设置参考电压 UT = 3,06 - Δ（考虑到偏移的符号）。

然后，通过调谐电阻R6和R11，分别串联设置1,4和1,48V的参考电压（允许偏差不超过±0,02V）。

综上所述，可变电阻R23的大小已校准。为此，将电流表连接到电池盒的触点，向输入施加 4,5 ... 5,5 V 的电压，并通过转动电阻器 R23 的滑块获得 25 mA 的电流。在刻度上，与该电流值对应的标记被指定为250mAh。 350、500、750和1000mAh标记以同样的方式校准。

文学

Vinogradov Yu. A. 无线电业余设计师：CB 通信、剂量测定、红外技术、电子设备、通信。 - M.：DMK，1999。
Biryukov S. KR1446 系列微电路的使用。 - 广播，2001 年，第 8 期，第 47 页。 XNUMX.

作者：M.Bogdanov，萨罗夫，下诺夫哥罗德地区。

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