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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cargador inteligente
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas Las baterías de Ni-Cd se utilizan ampliamente para alimentar equipos portátiles modernos. Para cargarlos, se producen muchos dispositivos, se ensamblan dispositivos similares y radioaficionados. Sin embargo, la mayoría de los diseños industriales y de aficionados están diseñados para una simple recarga de baterías. A menudo, no pueden cargarlas por completo debido a la desventaja inherente de las celdas de Ni-Cd, el llamado "efecto memoria". Consiste en el hecho de que si carga una batería descargada de forma incompleta, dará energía solo al nivel desde el que comenzó la carga. Para que este efecto no aparezca, la batería debe estar completamente descargada (a aproximadamente 1 V) y luego cargada a un voltaje de aproximadamente 1,4 V. El dispositivo de microcontrolador que se describe a continuación resuelve automáticamente este problema. La batería que no ha renunciado por completo a su capacidad primero se descarga por completo, luego se carga a un nivel predeterminado, verifica su capacidad para funcionar normalmente y luego se desconecta del dispositivo. El dispositivo propuesto está diseñado para la carga independiente simultánea de cuatro baterías de Ni-Cd con una capacidad de 600, 800 y 1200 mAh, pero también puede utilizarse para cargar otro tipo de baterías. La capacidad de cambiar el algoritmo de funcionamiento del dispositivo mediante programación proporciona la flexibilidad necesaria y la facilidad para trabajar con él. El diagrama esquemático del cargador se muestra en la Fig.1. Funcionalmente, consta de una unidad de control y cuatro celdas de carga y descarga idénticas.
La unidad de control contiene MK DD1, interruptor DD2, comparador DA1, generador de voltaje ejemplar (VT13, VT14), unidad de señalización de sonido de falla de batería (VT15) y búfer DD3. MK controla el funcionamiento del dispositivo como un todo, asegurando el funcionamiento independiente de los cuatro nodos de carga. La conmutación de los voltajes provenientes de las baterías a la entrada no inversora del comparador DA1 se realiza mediante el interruptor DD2. Los voltajes de referencia se forman según el código determinado por las señales E0 y E1 especificadas por el microcontrolador. El búfer DD3 proporciona el desacoplamiento del puerto P1 del microcontrolador de las celdas de carga y descarga. Cada una de estas celdas consta de un estabilizador de corriente DA2 (en lo sucesivo, se indican las designaciones de posición de los elementos de la celda A1), resistencias de ajuste de corriente R3 - R5, interruptores de transistor (VT1 - VT3), estados de nodo de conmutación (control de carga-descarga) ) y los LED HL1 (rojo). brillan) y HL2 (verde), que indican el estado del nodo (rojo - cargando, verde - descargando). Los interruptores SA1 y SA2 le permiten configurar la corriente de carga requerida (en este caso, 60, 80 o 120 mA). Consideremos el funcionamiento del dispositivo con más detalle. Cuando se enciende, el programa analiza el estado de la batería G1, comparando a su vez el voltaje en ella (señal K1) con los voltajes de referencia generados por el modelador en los transistores VT13, VT14. Si el voltaje en la batería es inferior a 0,7 V, "concluye" que la celda está vacía y procede a analizar el estado de la siguiente. Si el voltaje en la batería es superior a 1 V (caso habitual), MK DD1 emite (a través del búfer DD3) las señales R1=1, Z1=1. En este caso, el LED HL2 se enciende y los transistores VT1, VT3 se abren. El primero de ellos bloquea el canal de carga (DA2, R3-R5, VT2) y el segundo conecta la resistencia R9 en paralelo con la batería. Comienza el proceso de descarga. En los modos de carga y descarga, la tensión de las baterías se mide una vez cada 4 s. El ciclo de medición (señal Z1=1, R1=0) es de aproximadamente 1 s, es decir, el tiempo de mantenimiento de una batería, incluido el retraso, es de 1 s. En este momento se mide el voltaje de la batería, y en función de su valor, el microcontrolador decide si continúa descargando (cargando) la batería o si la apaga (si se ha completado la carga). Esto se ve claramente por el brillo de los LED. El encendido periódico del LED verde (HL2) indica que la batería de esta celda está en modo de descarga, y el rojo (HL1) está en modo de carga. Pero volvamos al modo de descarga. La señal K1 (voltaje de la batería que se está descargando) a través del interruptor DD2 se alimenta a la entrada no inversora del comparador DA1, donde se compara con el voltaje de referencia (alrededor de 1 V) suministrado a la entrada inversora del conformador en transistores VT13 y VT14 (el primero de ellos está abierto y el segundo está cerrado) . En el momento en que se alcanza el valor de voltaje especificado, el comparador emite una señal sobre la finalización del proceso de descarga y el MK cambia el dispositivo al modo de carga (las señales R1 y Z1 toman los valores de log. 0). En este caso, el LED HL1 se enciende, los transistores VT1, VT3 se cierran y VT2 se abre. En el proceso de prototipado del dispositivo y de probarlo en funcionamiento con baterías de diferentes capacidades y de diferentes empresas, se encontró que la carga máxima de batería corresponde a un voltaje ejemplar de aproximadamente 1,45 V (teniendo en cuenta pérdidas en los circuitos de medición). Si es necesario, se puede cambiar en una dirección u otra con una resistencia de sintonización R44. Cuando el voltaje de la batería G1 alcanza aproximadamente 1,45 V, la carga se detiene. Luego, durante algún tiempo (aproximadamente 8 ... 10 s), la celda cambia al modo de descarga (se enciende el LED HL2) con el control del voltaje de la batería. Si no ha cambiado significativamente durante este tiempo, la carga finaliza (ambos LED no se encienden). Si el voltaje cae bruscamente (hasta 1 ... 1,1 V), lo que indica un mal funcionamiento de la batería, se emite una señal audible y el LED HL2 comienza a parpadear. El dispositivo tiene un modo de carga forzada. Se utiliza en caso de que la batería se descargue a una tensión inferior a 1 V o necesite recargarse urgentemente (puenteando el proceso de descarga a 1 V). El encendido para carga forzada se realiza mediante el botón SB1 (se mantiene presionado hasta que se enciende el LED HL1). La elección de las corrientes de carga iguales a 0,1 de la capacidad de la batería se realiza mediante los interruptores SA1 y SA2 mediante la resistencia de derivación R4 con las resistencias R3 y R5. En las posiciones de los interruptores que se muestran en el diagrama, la corriente de carga está determinada por la resistencia de la resistencia R4 y es igual a 60 mA. Cerrar los contactos del interruptor SA1 conduce a un aumento en la corriente de carga hasta 80 mA, y ambos (SA1 y SA2), hasta 110 ... 120 mA. La corriente de salida máxima de los reguladores de voltaje 78L05 es de 100 mA, sin embargo, en el modo de regulador de corriente, pasa 120 mA con relativamente poco calentamiento (en casos extremos, puede colocarle un pequeño disipador de calor). Las partes del cargador están montadas en una placa de circuito impreso hecha de lámina de fibra de vidrio de doble cara (Fig. 2).
La placa está diseñada para el uso de resistencias MLT constantes, trimmers SDR-19a, capacitores K50-35 (C1, C4), KD-1 (C2, C3) y KM (otros), una sección de dos pines del PLS- Enchufe 40 (XP1), botones B38 o B32 (SB1), interruptores deslizantes en miniatura VDMZ-2V (SA1-SA8). En el circuito de ajuste de frecuencia del oscilador MK incorporado, se utiliza un resonador de cuarzo con una frecuencia de 3,58 MHz, pero también es aceptable cualquier otro con una frecuencia de 3 a 8 MHz (en este caso, habrá que tener algunas constantes). cambiarse en el programa). Como emisor de sonido BF1, puede utilizar teléfonos del tipo TM-2V o un emisor piezoeléctrico ZP-31. Para conectar MK DD1 use un panel de 20 pines. Los códigos "firmware" ROM MK se muestran en la tabla.
La mayoría de las resistencias se instalan perpendiculares a la placa. Los puentes de alambre se insertan en los orificios marcados en el dibujo inferior (en la Fig. 2) con cuatro puntos, conectando los conductores impresos en diferentes lados del tablero. La configuración del dispositivo se reduce a establecer los voltajes de referencia y los valores requeridos de las corrientes de carga y descarga. Los voltajes de referencia (consulte la tabla en la parte inferior izquierda de la Fig. 1) se configuran ajustando las resistencias R42, R43, R44 y seleccionando la resistencia R41. Haga esto sin MK, retirándolo temporalmente del panel. Se insertan dos conductores en sus ranuras 2 y 3 (o se sueldan a las almohadillas correspondientes de la placa) y se conectan a través de resistencias con una resistencia de 10 kOhm a una fuente de voltaje de +5 V. Luego se suministra energía a la placa y, conectando los contactos del panel nombrados en varias combinaciones con un cable común (códigos 00, 01, 10, 11), utilizando resistencias sintonizadas, configure los voltajes indicados en el circuito en el punto K (pin 4 del chip DA1; E0 es el bit más significativo , E1 es el menos significativo). Las corrientes de carga requeridas se establecen seleccionando las resistencias R3 - R5. Para ello, se instala una batería descargada a 1 V en cualquier celda, se inserta una tira de lámina de fibra de vidrio de doble cara (o getinax) con piezas de alambre de montaje soldadas a la lámina entre su terminal positivo y el contacto correspondiente, y un En los extremos libres de este último se conecta un miliamperímetro con un límite de medición de 150 ... 300. ma. La resistencia R4 se reemplaza temporalmente con una resistencia sintonizada con una resistencia de 270 ... 330 ohmios (preferiblemente una de cable de múltiples vueltas) y, al activar el modo de carga forzada con el botón SB1, dicha resistencia de la parte del Se selecciona una resistencia introducida en el circuito en la que la corriente de carga es de 6 mA (para una batería con una capacidad de 600 mA h). Luego, en su lugar, se suelda una resistencia constante de resistencia cercana, se reemplaza con una resistencia de sintonización R3 y, al cerrar los contactos del interruptor SA1, la corriente aumenta a 80 mA (para baterías con una capacidad de 800 mAh). Finalmente, con los contactos de ambos interruptores SA1 y SA2 cerrados, se selecciona la resistencia de la resistencia R5, correspondiente a la corriente de carga de 120 mA (para baterías con capacidad de 1200 mAh). De manera similar, se seleccionan las resistencias de los circuitos de carga y las tres celdas restantes. La corriente de descarga (alrededor de 60 mA con un voltaje de batería de 1,2 V) se establece seleccionando la resistencia R9. Para acelerar la descarga de baterías con una capacidad de 800 y 1200 mAh (en el primer caso, con una corriente de 80, y en el segundo, 120 mA), se pueden introducir dos resistencias más en el circuito colector del transistor VT3 , conectado en paralelo con R9 usando interruptores similares a SA1, SA2 (por supuesto, lo mismo en este caso, también se deben hacer cambios en los circuitos de bits de las celdas restantes). En conclusión, cabe señalar que el dispositivo descrito es capaz de cargar baterías de mayor capacidad. Para hacer esto, es necesario reemplazar DA2-DA5 con estabilizadores para una corriente más alta (300 ... 400 mA) y transistores clave con otros más potentes. Autores: M. Demenev, I. Koroleva
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