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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cargador para baterías Ni-Cd y Ni-MH en el chip TEA1101. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Cargadores, baterías, celdas galvánicas El artículo describe un cargador "inteligente" de fabricación extranjera para la carga acelerada de baterías de níquel-cadmio e hidruro de níquel-metal, fabricado en el chip TEA1101 (Phillips), y su refinamiento para ampliar sus capacidades. Desde hace muchos años, en las tiendas y mercados se pueden encontrar pilas y baterías de Ni-Cd (níquel-cadmio), que, en condiciones de funcionamiento adecuadas, pueden soportar hasta 1000 ciclos de carga-descarga. Las desventajas de estas baterías incluyen el llamado "efecto memoria". Consiste en que la batería usada debe llevarse a un estado de descarga completa (alrededor de 1 V por batería) y solo entonces debe iniciarse un nuevo ciclo de carga. Junto con las baterías de níquel-cadmio generalizadas, aparecieron otras relativamente nuevas, Ni-MH (hidruro de níquel-metal), que también se utilizaron ampliamente. Con las mismas dimensiones que las Ni-Cd, estas baterías tienen casi el doble de capacidad. Naturalmente, también son caros y no sin inconvenientes. Las baterías de Ni-MH tienen una resistencia interna alta y una corriente de descarga máxima baja, por lo que no están diseñadas para alimentar dispositivos que consuman energía, como taladros eléctricos, destornilladores eléctricos, compresores, aspiradoras, etc. Debido a métodos de carga inadecuados, la "vida útil" de las baterías se reduce hasta en un 30%. Las baterías dañadas, a su vez, causan daños irreparables al medio ambiente durante su eliminación. Por lo tanto, la carga adecuada y competente de la batería traerá no solo ahorros financieros fundamentales, sino que también tendrá un efecto ambiental positivo. Los cargadores de batería más baratos y sencillos constan de un transformador, un diodo rectificador, una resistencia limitadora de corriente y un LED. El transformador baja la tensión de red de 220 V a 4...12 V, que luego rectifica el rectificador de media onda. La resistencia limita la corriente de carga y el LED indica que la batería está conectada al cargador. Los dispositivos fabricados principalmente en países asiáticos con circuitos similares o idénticos a menudo se pueden encontrar en las tiendas. No hay gastos generales para fabricar tales dispositivos, pero recuerde que no protegen las baterías de la sobrecarga. Después de unos pocos ciclos, pueden aparecer cambios irreversibles en las baterías, acortando su vida útil. Durante la carga, debe controlar constantemente la corriente, manteniéndola en un cierto nivel. Para reducir el tiempo, se aumenta la corriente de carga, que puede alcanzar un valor numéricamente igual al 100% de la capacidad de la batería. Si, en tales condiciones, no se controla el momento de la carga completa, los gases pueden acumularse dentro de la batería y aumentar la presión hasta su daño mecánico y falla. El estado de carga se puede monitorear midiendo constantemente la temperatura de la caja de la batería. Este método se basa en el denominado coeficiente de temperatura negativo (alrededor de -1 mV/°C) de las baterías Ni-Cd y Ni-MH. La carga se detiene en el valor de temperatura adecuado, que se calcula para cada caso específico. Sin embargo, este método no se usa mucho, dadas las dificultades que surgen cuando se trata de medir con precisión la temperatura y la necesidad de cálculos precisos. Hay otra forma de controlar la carga completa de la batería, basada en la detección de una disminución en el voltaje, en la literatura a menudo se le llama método ΔV [1-6]. Consiste en rastrear el cambio de voltaje en los terminales de la batería a lo largo del tiempo y detener la carga en el momento en que se alcanza la característica máxima. Es este método, que mide el signo de ΔУ, el que subyace al principio de funcionamiento del dispositivo, que se analizará más adelante. El método de detección máxima es hoy en día la forma más precisa de determinar el final de la carga de las baterías Ni-Cd y Ni-MH. El voltaje en los terminales de la batería a una corriente de carga constante es una función que aumenta monótonamente. Cuando la batería está completamente cargada, deja de almacenar energía y el gas comienza a acumularse cerca del electrodo positivo. Esto provoca un rápido aumento de la temperatura y una disminución del voltaje en los terminales de la batería. Un microcircuito especializado (en el cargador TEA1101 descrito) a ciertos intervalos mide el voltaje actual en la batería que se está cargando y lo compara con la medición anterior. Si el resultado de la comparación toma un valor negativo, es decir, el voltaje actual es menor que el anterior, y se repite un fenómeno similar durante varias docenas de mediciones, el cargador cambia al modo de carga conservador con una corriente dentro de 1/20 ... 1/80 de la capacidad nominal de la batería. La carga conservadora no provoca más gases en la batería y no la daña. El valor de ΔV, que el cargador es capaz de medir, depende del microcircuito utilizado, o mejor dicho, de la capacidad del convertidor de analógico a digital incorporado, que convierte el voltaje en un código digital. En el chip TEA1101, el número de bits es de 12, lo que proporciona una discrecionalidad del 0,025 % del valor absoluto del voltaje. Esto es suficiente para ambos tipos de baterías, mientras que, por ejemplo, el chip TEA1100 tiene solo un ADC de 10 bits, cuya precisión solo es suficiente para trabajar con baterías Ni-Cd. El diagrama del cargador "inteligente" se muestra en la fig. 1. Las designaciones de posición de todos los elementos corresponden al esquema del fabricante.
La base del dispositivo es un microcircuito especializado TEA1101 (DA1). El voltaje de alimentación del microcircuito estabiliza el estabilizador VT3VD4R6R7 en un nivel de 8 V, sin embargo, permanece operativo hasta un voltaje de 11,5 V. Se suministra un voltaje proporcional a la corriente de carga de la batería a la entrada IB (pin 5) del microcircuito, desde el sensor de corriente - resistencia R4, que se compara con los valores preestablecidos de corriente de carga acelerada y conservadora, determinados respectivamente por las resistencias R13 y R12. Si la corriente de carga se desvía del valor establecido, aparece un voltaje de control en la salida de control analógica del AO (pin 2).Si se usa un regulador lineal en el cargador, este voltaje se suministra al transistor de control, que realiza la corrección. Sin embargo, el chip TEA1101 tiene un modulador de ancho de pulso incorporado y, en consecuencia, una salida PWM (pin 1). La regulación de pulsos de la corriente de carga tiene todas las ventajas de los reguladores SHI sobre los lineales: mayor eficiencia, baja disipación de energía en el elemento regulador, etc. El cargador descrito se basa exactamente en el principio de regulación SHI, y la señal analógica se alimenta a la unidad de control VT4R16 - R18 mediante un LED HL2 de dos colores, cuyo color y brillo pueden juzgar aproximadamente la corriente de carga. El brillo más brillante del LED rojo significa que la batería se está cargando rápidamente (el transistor VT4 está abierto al máximo). Una transición suave de rojo a naranja a verde indica una disminución en el voltaje de regulación y que cubre el elemento de regulación. Un brillo verde brillante proviene del momento de la transición al modo de carga conservador. Desafortunadamente, tal indicación no le permite determinar con precisión el momento en que se alcanza la carga completa. Sin embargo, el chip TEA1101 tiene una salida de LED especial (pin 15) para controlar el LED. Este LED (HL1) se comporta de manera diferente en las diferentes fases de carga, proporcionando así una información completa sobre los procesos que se están llevando a cabo en el cargador.Si el LED no se enciende o brilla muy débilmente, es posible que lata con un nivel de brillo bajo, la batería no está conectada al cargador. Brilla de manera constante y brillante: hay una carga acelerada de la batería. Parpadeando intensamente: la batería está completamente cargada. Si en el primer encendido la alarma es la misma que al final de la carga, lo más probable es que la batería esté fuera de servicio y no se pueda restaurar. Naturalmente, en todas estas situaciones, también debes prestar atención al LED de dos colores, su brillo indica si la carga realmente se está realizando o no. Inicialmente, el dispositivo industrial fue diseñado para cargar acumuladores o baterías que constaban de dos o tres acumuladores con una capacidad de 600...700 mAh. Sin embargo, este dispositivo puede someterse a un refinamiento simple, como resultado de lo cual sus capacidades se amplían significativamente. El hecho es que todos los parámetros del cargador se pueden configurar seleccionando los elementos apropiados y el voltaje de suministro. La corriente del modo de carga rápida se calcula mediante la fórmula lrápido = R8 Uref/(R4 R13) = 3,9 103 1,25/ /(0,27 27 103) = 0,669A, donde Uref = 1,25 V es el voltaje de referencia en la salida Rref (pin 10). Corriente de carga conservadora norma \u0,1d 8R4 Uref / (R12 R0,1 P) \u9d 10x x Z.XNUMX XNUMX3 1,25/(0,27 6,2 103 4) = 0,073 A, donde P es un multiplicador, cuyo valor se determina conectando el pin 8 (PR) del chip TEA1101. Cuando este pin está conectado al pin 6 (Us) del microcircuito, P \u1d 16, si al pin 4 (GND), - P \u2d XNUMX, y cuando el pin no está conectado, P \uXNUMXd XNUMX. Por lo tanto, de las relaciones anteriores se puede ver que si se conectan resistencias de diferentes resistencias en lugar de R8, es posible cargar baterías y baterías de varias capacidades C. En la tabla. 1 muestra los valores calculados de la resistencia R8 y la corriente de los modos de carga rápida y conservadora.
Además, para cargar baterías con una gran cantidad de baterías, debe cambiar el coeficiente de transferencia del divisor resistivo R14R15 en la entrada UAC del microcircuito (pin 7). En mesa. 2 muestra seis opciones de batería que contienen de una a seis baterías. Teniendo en cuenta que la corriente máxima de carga rápida para baterías con una capacidad de 1000 ... 1200 mAh debe ser de aproximadamente 1 A, y la caída de voltaje a través del elemento regulador y dos diodos será de aproximadamente 2,5 V, el voltaje requerido de la fuente de alimentación al cargar baterías que constan de cuatro o más baterías, seleccionamos 18 V.
El esquema de la versión modificada del dispositivo se muestra en la fig. 2.
La evaluación del voltaje de suministro mínimo requerido para proporcionar una u otra corriente de carga se realizó de manera muy aproximada, pero los experimentos posteriores mostraron la exactitud de los cálculos. Literatura
Autor: V.Golutvin, Lviv, Ucrania
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