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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cargador para pilas y baterías de níquel-cadmio. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas La literatura especializada fundamenta la viabilidad de cargar baterías desde una fuente de voltaje fijo con limitación de corriente. Este modo es conveniente porque recargarlos durante la noche, por ejemplo, garantiza que estén completamente cargados por la mañana, independientemente de su estado inicial, sin peligro de sobrecarga. El diagrama del cargador se muestra en la Fig.1.
El diodo Zener VD6, el amplificador operacional DA1.1, el transistor VT1 y los elementos directamente conectados a ellos forman una fuente de voltaje altamente estable. Su característica es que el estabilizador paramétrico R2VD6 se alimenta del voltaje de salida de la fuente, lo que le proporciona altos parámetros. El divisor R17R28 forma 12 niveles de voltaje correspondientes al máximo cuando se cargan baterías individuales y baterías compuestas por 2-12 baterías de níquel-cadmio. La tensión de carga requerida se selecciona mediante el interruptor SA2. El amplificador operacional (op-amp) DA1.2 junto con el transistor VT2 forma un repetidor exacto de este voltaje con una gran capacidad de carga. Su impedancia de salida es muy pequeña; el cambio de voltaje a medida que la corriente de salida aumenta de 0 a 350 mA no puede detectarse con un voltímetro digital de cuatro dígitos, es decir, es inferior a 1 mV y, en consecuencia, la resistencia de salida es inferior a 0,003 ohmios. Para limitar la corriente al comienzo de la carga, se utiliza una comparación de la caída de voltaje a través de la resistencia R32 (y las resistencias R6-R16 conectadas en paralelo a ella) y el voltaje de referencia tomado del divisor R35-R39. La corriente del colector del transistor VT2 es igual a la corriente de carga con suficiente precisión. El voltaje de referencia tomado de las resistencias R35 y R36 es 1,2 V. La comparación de voltajes se realiza mediante un comparador, su función la realiza el amplificador operacional DA2.2. Cuando la corriente de carga crea una caída de voltaje de más de 32 V a través de la resistencia R1,2, el amplificador operacional DA2.2 abre el transistor VT3, que, con su corriente de colector, aumenta el voltaje en la entrada inversora del amplificador operacional DA1.2, que conduce a una disminución en el voltaje de salida del amplificador operacional y toda la fuente cambia al modo de estabilización de corriente. La corriente límite en el rango de 2,5 a 350 mA se ajusta con el interruptor SA3. La resistencia de salida del dispositivo en modo de estabilización de corriente es igual a la resistencia de la resistencia R30. El microamperímetro RA1 con una resistencia adicional R31 forma un voltímetro para un voltaje de 1,2 V, por lo tanto, cuando la fuente funciona en modo de estabilización de corriente, su flecha apunta a la última división de la escala. Para el voltímetro se utiliza un microamperímetro con una corriente de 100 μA, por lo que esta lectura corresponde a una corriente de carga igual al 100% de la configurada por el interruptor SA3. Si conecta una batería descargada a los enchufes X1 y X2 del cargador colocando el interruptor SA2 en la posición correspondiente a su número, la corriente de carga estará determinada inicialmente por la posición del interruptor SA3. Después de unas horas, el voltaje de la batería alcanzará el valor establecido por el interruptor SA2 y el dispositivo entrará en modo de estabilización de voltaje. La corriente de carga comenzará a disminuir, lo que se puede controlar mediante la lectura del dispositivo PA1. Cuando la corriente disminuye a un valor de aproximadamente el 5% del establecido por el interruptor SA3, el comparador en el amplificador operacional DA2.1 cambiará y el LED HL2 se iluminará, indicando el final de la carga. Si continúas cargando una batería (o una sola batería) aunque sea durante un día, no le pasará nada, ya que la corriente al final de la carga es muy pequeña. LED HL1: indicador de conexión del dispositivo a la red. Al seleccionar el condensador C7, se elimina la generación de alta frecuencia del amplificador operacional DA1.2. ¿Cuál es el papel de los diodos VD2 VD5? Al cargar una sola batería, el voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional DA1.2 es de 1,4 V, y en el modo de cortocircuito de la salida del cargador, su voltaje de salida, lo que garantiza que el dispositivo cambie al modo de estabilización de corriente, debe ser de aproximadamente 0,6 V en relación con el cable común. Para que el amplificador operacional DA1.2 funcione normalmente en tales modos, el voltaje de su fuente de alimentación negativa debe ser de al menos 2 V en valor absoluto, lo que está garantizado por la caída de voltaje en los diodos VD3VD5. De manera similar, para el funcionamiento normal del amplificador operacional DA2.1 a un voltaje en las entradas cercano al voltaje de la fuente de alimentación positiva, la diferencia entre ellas debe ser de al menos 0,6 V; esto está garantizado por la caída de voltaje en el diodo VD2. . En la Fig. 1,5 se muestra un dibujo de una placa de circuito impreso hecha de una lámina de fibra de vidrio de una cara de 2 mm de espesor, en la que se encuentran la mayoría de las partes del dispositivo.
El transistor VT2 está equipado con un disipador de calor de agujas de 60x45 mm, la altura de las agujas es de 20 mm. Los interruptores SA2 y SA3 junto con resistencias soldadas en ellos, el microamperímetro PA1, los LED HL1 y HL2, las tomas de salida X1 y X2 están instaladas en el panel frontal del dispositivo, hechas de fibra de vidrio de 1,5 mm de espesor, y el transformador T1, el interruptor SA1, el fusible FU1. , el diodo, el puente VD1 y los condensadores C1 se encuentran en el panel trasero de duraluminio del mismo espesor. Los paneles se sujetan entre sí con bridas de duraluminio de 135 mm de largo y a las mismas bridas se atornilla una placa de circuito impreso. La estructura terminada se instala en una carcasa de aluminio en forma de un tramo de tubo rectangular. El transformador de red T1 es un tipo unificado TN-30. Pero se puede utilizar cualquier otro transformador similar, cuyo devanado secundario proporcione una tensión de 19...20 V con una corriente de al menos 400 mA. El puente rectificador VD1, diseñado para la misma corriente de salida, se puede ensamblar a partir de cuatro diodos con una corriente operativa de 300 mA, por ejemplo, tipo D226. También pueden ser diodos VD2-VD5. El condensador C1 se compone de tres condensadores de óxido conectados en paralelo del tipo K50-29 con una capacidad de 1000 μF para una tensión nominal de 25 V. El condensador C2 es K53-1, el resto son KM5 y KM-6. El diodo Zener con compensación de temperatura KS191F (VD6) se puede sustituir por D818 con índices de letras VE o por KS191 con cualquier índice de letras. Es recomendable utilizar resistencias estables R3, R5 y R17-R28, por ejemplo C2-29. Las resistencias de las resistencias R17 - R28 están dentro de 160 ohmios... 10 kOhmios, pero deben ser iguales con una precisión no inferior al 0,3%. Los valores de las resistencias R6R16 no tienen por qué ser exactos. Es recomendable seleccionarlos de acuerdo con los indicados en el diagrama entre resistencias de valores similares, lo que simplificará la configuración del dispositivo. Cada una de las resistencias R15, R16 consta de varias resistencias de mayor valor y menor disipación de potencia, que están conectadas en paralelo. Resistencias trimmer R4 y R38 tipo SP3-19a. Los LED HL1 y HL2 son cualquiera, pero preferiblemente de diferentes colores. Diodos Zener VD7 y VD8 para tensión de estabilización 5,6-7,5 V. Interruptores SA2 y SA3 PG2-5-12P1N o similares de pequeño tamaño. Microamperímetro RA1 tipo M4247 para una corriente de 100 μA. Usando un dispositivo para otra corriente de desviación total de la aguja, deberá seleccionar no solo la resistencia limitadora R31, sino también R32 para proporcionar una corriente de carga de 2,5 mA en la posición más a la izquierda (según el diagrama) del interruptor SA3. Los transistores VT1, VT2 son estructuras de silicio n-p-n de potencia media y VT3, cualquier estructura de silicio pn-p de baja potencia para un voltaje permitido de al menos 30 V. Los amplificadores operacionales K140UD20 (DA1, DA2) son intercambiables con el doble de número de amplificadores operacionales K140UD7. El uso de amplificadores operacionales de otros tipos está determinado por la posibilidad de que funcionen en los modos mencionados anteriormente, pero esto no ha sido probado. Brevemente sobre la configuración del cargador. Primero, use la resistencia de ajuste R4 para ajustar el voltaje en el emisor del transistor VT1 a 16,8 V. Cargando el dispositivo con una resistencia de 51...68 ohmios (para una potencia de disipación de 7,5 W) y desoldando temporalmente la resistencia R43, haga asegúrese de que cuando mueva el interruptor SA2 a cada posición posterior (arriba en el circuito), el voltaje de salida aumente en 1,4 V. Verifique la ausencia de generación de alta frecuencia en la salida y, si es necesario, seleccione el capacitor C7. A continuación, restablezca la conexión a la resistencia R43 y coloque el interruptor SA2 en la posición “12”. Al cambiar la posición del interruptor SA3, asegúrese de que la corriente de salida, medida por un miliamperímetro conectado en serie con la resistencia de carga, esté limitada al valor correspondiente a la posición de este interruptor (excepto 350 mA). Reemplace la resistencia de carga con una cadena de dos o tres diodos (del mismo tipo que VD2-VD5) y, colocando el interruptor SA3 en la posición "100 mA", configure la resistencia de recorte R38 a la misma corriente de salida. La aguja del microamperímetro debe apuntar a la última división de la escala, si no es así seleccionar la resistencia R31. Ahora coloque el interruptor SA2 en la posición "1" y el interruptor SA3 en la posición "10 mA". Conecte una resistencia variable de 3,3 kOhm y un miliamperímetro a la salida del dispositivo, luego aumente la resistencia de esta resistencia desde cero. Cuando la corriente de salida es de aproximadamente 0,5 mA, el LED HL2 debería encenderse. Al configurar el dispositivo, recuerde que su impedancia de salida es asimétrica: es pequeña para la corriente que fluye y alta para la corriente que fluye. Por lo tanto, un dispositivo sin carga es sensible al ruido de la red y medir el voltaje de salida con un voltímetro de alta impedancia puede dar un resultado inesperadamente alto. Cargar la batería es fácil. Solo necesita colocar los interruptores en las posiciones correspondientes a la cantidad de baterías que contiene y la corriente de carga máxima, conectar la batería a la salida, observando la polaridad y encender el dispositivo. Una señal del final de la carga es el brillo del LED HL2. La corriente de carga máxima debe ser de 3 a 4 veces menor que la capacidad de la batería que se está cargando. ¿Qué adiciones o cambios se pueden hacer a esta opción de cargador? En primer lugar, es necesario complementarlo con un relé electromagnético K1, como se muestra en la Fig. 3, que apagaría el acumulador o la batería una vez completada la carga. Cuando se enciende el LED HL2, el relé se activa e interrumpe el circuito de carga con sus contactos normalmente cerrados.
La resistencia R44 es necesaria para un funcionamiento claro del relé y para garantizar una pequeña histéresis del comparador en el amplificador operacional DA2.1. El relé K1 debe tener un voltaje de 20...27 V, transistor VT4 de cualquier estructura pnp de potencia media o alta, por ejemplo, KT502, KT814, KT816. Pero al introducir tal complemento en el dispositivo, se debe tener en cuenta que después de que comienza la carga, cualquier conmutación de sus circuitos conduce al funcionamiento del relé, por lo que los ajustes necesarios deben realizarse con anticipación. El dispositivo se puede utilizar para descargar baterías de siete baterías sin temor a una descarga excesiva. Para hacer esto, el interruptor SA2 debe colocarse en la posición "5", el interruptor SA3 - al más cercano en términos de corriente de descarga, pero mayor que él, conecte una resistencia entre las tomas de salida XI y X2, proporcionando la corriente de descarga necesaria, y conecte la batería que se está descargando. Dado que el voltaje de la batería es mayor que el suministrado a la entrada no inversora del amplificador operacional DA1.2, el transistor VT2 se cierra y la batería se descarga a través de una resistencia. Cuando el voltaje de la batería cae a 7 V, el amplificador operacional DA1.2 y el transistor VT1 cambian al modo de estabilización de voltaje, la descarga se detendrá. El LED HL2 sirve como indicador de la finalización de la descarga de la batería: se enciende durante el proceso de descarga y se apaga cuando finaliza. Si el dispositivo está destinado a ser utilizado a menudo para descargar baterías, además, con un número diferente de baterías, es aconsejable introducir en él una resistencia adicional, cuya resistencia es el 40% de la resistencia total de las resistencias R17-R28, y, por supuesto, un interruptor. La resistencia está conectada entre la salida de la fuente de voltaje de referencia (en el diagrama de la Fig. 1, el punto de conexión entre el emisor del transistor VT1, las resistencias R2, R3, el capacitor C3) y el contacto fijo “12” del interruptor SA2 conectado. a la resistencia R17, y en paralelo con esta resistencia hay un interruptor adicional. La batería se carga cuando los contactos del interruptor están cerrados y cuando se abren, cuando el voltaje de salida disminuye 1,4 veces (hasta 1 V por batería), la batería se puede descargar. La batería se descarga a través de una resistencia mediante una corriente variable en el tiempo, que puede estabilizarse mediante el microcircuito K142EN12A encendiéndolo de acuerdo con el circuito que se muestra en la Fig. 4.
La resistencia de la resistencia R46 (Ohm) está determinada por la fórmula: R46=1250/Ipa, donde Ipa es la corriente de descarga (mA). Los valores de resistencia de los que depende la corriente de descarga corresponden a las resistencias de las resistencias R6-R16 a las mismas corrientes que la corriente de carga.
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