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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Carregador para acumuladores e baterias de níquel-cádmio. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas A literatura especializada comprova a conveniência de carregar baterias de uma fonte de tensão fixa com limitação de corrente. Este modo é conveniente na medida em que a recarga durante, por exemplo, a noite garante sua carga completa pela manhã, independentemente de seu estado inicial, sem o perigo de sobrecarga. O diagrama do carregador é mostrado na Fig.1.
O diodo Zener VD6, o amplificador operacional DA1.1, o transistor VT1 e os elementos conectados diretamente a eles formam uma fonte de tensão altamente estável. Sua característica é o fornecimento do estabilizador paramétrico R2VD6 com a tensão de saída da fonte, que o fornece altos parâmetros. O divisor R17R28 gera 12 etapas de tensão correspondentes ao limite ao carregar baterias individuais e baterias compostas por 2-12 baterias de níquel-cádmio. A tensão de carga necessária é selecionada pelo interruptor SA2. O amplificador operacional (op-amp) DA1.2 junto com o transistor VT2 forma um seguidor exato desta tensão com alta capacidade de carga. Sua impedância de saída é muito pequena, a mudança na tensão à medida que a corrente de saída aumenta de 0 a 350 mA não pode ser detectada por um voltímetro digital de quatro dígitos, ou seja, é inferior a 1 mV e a resistência de saída é, portanto, inferior a 0,003 ohm. Para limitar a corrente no início do carregamento, é usada uma comparação entre a queda de tensão no resistor R32 (e os resistores R6-R16 conectados a ele em paralelo) e a tensão de referência retirada do divisor R35-R39. A corrente do coletor do transistor VT2 é igual à corrente de carga com precisão suficiente. A tensão de referência retirada dos resistores R35 e R36 é de 1,2 V. A comparação de tensões é realizada pelo comparador, sua função é executada pelo amplificador operacional DA2.2. Quando a corrente de carga cria uma queda de tensão de mais de 32 V no resistor R1,2, o amplificador operacional DA2.2 abre o transistor VT3, que, com sua corrente de coletor, aumenta a tensão na entrada inversora do amplificador operacional DA1.2 .XNUMX, o que leva a uma diminuição na tensão de saída do amplificador operacional e à transição de toda a fonte para o modo de estabilização de corrente. O limite de corrente na faixa de 2,5 a 350 mA é definido pela chave SA3. A resistência de saída do dispositivo no modo de estabilização de corrente é igual à resistência do resistor R30. O microamperímetro PA1 com um resistor adicional R31 forma um voltímetro para uma tensão de 1,2 V, portanto, quando a fonte está operando no modo de estabilização de corrente, sua seta aponta para a última divisão da escala. Para o voltímetro foi utilizado um microamperímetro para corrente de 100 μA, portanto esta leitura corresponde a uma corrente de carga igual a 100% do ajuste da chave SA3. Se uma bateria descarregada for conectada aos soquetes X1 e X2 do carregador, colocando a chave SA2 na posição correspondente ao seu número, a princípio a corrente de carga será determinada pela posição da chave SA3. Após algumas horas, a tensão da bateria atingirá o valor definido pela chave SA2 e o dispositivo entrará no modo de estabilização de tensão. A corrente de carga começará a diminuir, o que pode ser monitorado pela indicação do dispositivo PA1. Quando a corrente diminuir para um valor de aproximadamente 5% do interruptor definido SA3, o comparador no op-amp DA2.1 será alterado e o LED HL2 acenderá, sinalizando o fim do carregamento. Se a bateria (ou uma única bateria) continuar carregando mesmo durante o dia, nada acontecerá com ela, pois a corrente no final do carregamento é muito pequena. LED HL1 - indicador de conexão do dispositivo à rede. Ao selecionar um capacitor C7, a geração de alta frequência do op-amp DA1.2 é eliminada. Qual é o papel dos diodos VD2 VD5? Ao carregar uma única bateria, a tensão na entrada não inversora do op-amp DA1.2 é de 1,4 V, e no modo de fechamento da saída do carregador, sua tensão de saída, o que garante a transferência do dispositivo para o modo de estabilização atual, deve ser de cerca de 0,6 V em relação ao fio comum. Para que o op-amp DA1.2 funcione normalmente em tais modos, a tensão de sua fonte de alimentação negativa deve ser de pelo menos 2 V em valor absoluto, o que é garantido pela queda de tensão nos diodos VD3VD5. Da mesma forma, para o funcionamento normal do amp op DA2.1 com uma tensão nas entradas próxima à tensão da fonte de alimentação positiva, a diferença entre elas deve ser de pelo menos 0,6 V - fornecida pela queda de tensão no diodo VD2. Um desenho de uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro de folha unilateral com 1,5 mm de espessura, na qual a maioria das partes do dispositivo está localizada, é mostrado na Fig. 2.
O transistor VT2 é equipado com um dissipador de calor em forma de agulha com dimensões de 60x45 mm, a altura das agulhas é de 20 mm. Os interruptores SA2 e SA3 juntamente com resistores soldados a eles, microamperímetro RA1, LEDs HL1 e HL2, soquetes de saída X1 e X2 são instalados no painel frontal do dispositivo, feito de fibra de vidro de 1,5 mm de espessura, e transformador T1, interruptor SA1, fusível FU1 , ponte de diodo VD1 e capacitores C1 - no painel traseiro de duralumínio da mesma espessura. Os painéis são fixados entre si com braçadeiras de duralumínio de 135 mm de comprimento, uma placa de circuito impresso é aparafusada nas mesmas braçadeiras. A estrutura acabada é instalada em uma caixa de alumínio na forma de uma seção de um tubo retangular. Transformador de rede T1 - tipo unificado TN-30. Mas você pode usar qualquer outro transformador semelhante, cujo enrolamento secundário forneça uma tensão de 19 ... 20 V a uma corrente de pelo menos 400 mA. A ponte retificadora VD1, projetada para a mesma corrente de saída, pode ser montada a partir de quatro diodos com corrente operacional de 300 mA, por exemplo, tipo D226. Estes podem ser diodos VD2-VD5. O capacitor C1 é composto por três capacitores de óxido conectados em paralelo do tipo K50-29 com capacidade de 1000 microfarads para uma tensão nominal de 25 V. O capacitor C2 é K53-1, os demais são KM5 e KM-6. O diodo zener termicamente compensado KS191F (VD6) pode ser substituído por D818 com índices de letras V-E ou por KS191 com qualquer índice de letras. Os resistores R3, R5 e R17-R28 são desejáveis para uso estável, por exemplo, C2-29. As resistências dos resistores R17 - R28 estão dentro de 160 Ohm ... 10 kOhm, mas devem ser as mesmas com uma precisão não inferior a 0,3%. Os resistores R6R16 não precisam ser precisos. É aconselhável selecioná-los de acordo com os indicados no diagrama de resistores de classificações semelhantes, o que simplificará a configuração do dispositivo. Cada um dos resistores R15, R16 consiste em vários resistores de classificação mais alta e menor dissipação de energia, que são conectados em paralelo. Resistores trimmer R4 e R38 tipo SP3-19a. Qualquer LED HL1 e HL2, mas é desejável ter uma cor de brilho diferente. Diodos Zener VD7 e VD8 para uma tensão de estabilização de 5,6-7,5 V. Chaves SA2 e SA3 PG2-5-12P1N ou similares pequenas. Microamperímetro RA1 tipo M4247 para uma corrente de 100 μA. Usando o dispositivo para uma corrente diferente da deflexão total da seta, você terá que selecionar não apenas o resistor limitador R31, mas também R32 para fornecer uma corrente de carga de 2,5 mA na posição extrema esquerda (de acordo com o diagrama) de a chave SA3. Os transistores VT1, VT2 são quaisquer estruturas de silício n-p-n de potência média e VT3 - quaisquer estruturas de silício de baixa potência pn-p para uma tensão permitida de pelo menos 30 V. Amplificadores operacionais K140UD20 (DA1, DA2) são substituíveis por um número duplo de Amplificadores operacionais K140UD7. O uso de outros tipos de amplificadores operacionais é determinado pela possibilidade de operação nos modos mencionados acima, mas isso não foi testado. Brevemente sobre como configurar o carregador. Primeiro, com um resistor trimmer R4, defina uma tensão de 1 V no emissor do transistor VT16,8. Depois de carregar o dispositivo com um resistor de 51 ... SA68 em cada posição seguinte (para cima no circuito), a tensão de saída aumenta em 7,5 V. Verifique a ausência de geração de alta frequência na saída e, se necessário, selecione o capacitor C43. Em seguida, restaure a conexão do resistor R2 e coloque a chave SA1,4 na posição "7". Ao alterar a posição da chave SA3, certifique-se de que a corrente de saída, medida por um miliamperímetro conectado em série com o resistor de carga, esteja limitada ao valor correspondente à posição desta chave (exceto 350 mA). Substitua o resistor de carga por uma cadeia de dois ou três diodos (do mesmo tipo de VD2-VD5) e, colocando a chave SA3 na posição "100 mA", defina a mesma corrente de saída com o resistor de compensação R38. A seta do microamperímetro deve apontar para a última divisão da escala, se não for o caso, selecione o resistor R31. Agora coloque a chave SA2 na posição "1" e a chave SA3 na posição "10 mA". Conecte um resistor variável de 3,3 kΩ e um miliamperímetro à saída do dispositivo e aumente a resistência desse resistor de zero. Com uma corrente de saída de aproximadamente 0,5 mA, o LED HL2 deve acender. Ao configurar o dispositivo, lembre-se de que sua impedância de saída é assimétrica: é pequena para a corrente de saída e alta para a de entrada. Portanto, um dispositivo descarregado é sensível à interferência da rede elétrica e medir a tensão de saída com um voltímetro de alta resistência pode fornecer um resultado inesperadamente alto. Carregar a bateria é fácil. Você só precisa colocar as chaves nas posições correspondentes ao número de baterias nele e à corrente máxima de carga, conectar a bateria à saída com a polaridade correta e ligar a energia do dispositivo. Um sinal do fim do carregamento é o brilho do LED HL2. A corrente máxima de carga deve ser 3...4 vezes menor que a capacidade da bateria recarregável. Quais adições ou alterações podem ser feitas a esta opção de carregador? Em primeiro lugar, é necessário complementá-lo com um relé eletromagnético K1, conforme mostrado na Fig. 3, que desligaria a bateria ou a bateria após a conclusão do carregamento. Quando o LED HL2 é aceso, o relé é acionado e interrompe o circuito de carga com seus contatos normalmente fechados.
O resistor R44 é necessário para uma operação clara do relé e para garantir uma pequena histerese do comparador no amplificador operacional DA2.1. O relé K1 deve ser para uma tensão de 20 ... 27 V, transistor VT4 de qualquer estrutura p-n-p de média ou alta potência, por exemplo, KT502, KT814, KT816. Mas tendo introduzido tal adição no dispositivo, deve-se ter em mente que após o início do carregamento, qualquer comutação de seus circuitos leva à operação do relé, portanto, as configurações necessárias devem ser feitas com antecedência. O dispositivo pode ser usado para descarregar baterias de sete baterias sem medo de descarregar demais. Para isso, a chave SA2 deve estar na posição "5", a chave SA3 - o mais próximo em termos de corrente de descarga, mas maior que isso, conecte um resistor entre os soquetes de saída XI e X2 que forneça a corrente de descarga necessária e conecte a bateria que está sendo descarregada. Como a tensão da bateria é maior do que a fornecida à entrada não inversora do amplificador operacional DA1.2, o transistor VT2 é fechado e a bateria é descarregada através do resistor. Quando a tensão da bateria cair para 7 V, o amplificador operacional DA1.2 e o transistor VT1 mudarão para o modo de estabilização de tensão, a descarga será interrompida. O LED HL2 serve como um indicador da conclusão da descarga da bateria - acende durante o processo de descarga e apaga no final. Se o dispositivo for usado com frequência para descarregar baterias, além de um número diferente de baterias, é aconselhável introduzir um resistor adicional nele, cuja resistência é de 40% da resistência total dos resistores R17-R28 e , é claro, um interruptor. O resistor é conectado entre a saída da fonte de tensão de referência (no diagrama da Fig. 1, o ponto de conexão do emissor do transistor VT1, resistores R2, R3, capacitor C3) e o contato fixo "12" do SA2 interruptor conectado ao resistor R17 e em paralelo com este resistor - um interruptor adicional. A bateria é carregada com os contatos do interruptor fechados e, quando abertos, quando a tensão de saída diminui 1,4 vezes (até 1 V por bateria), a bateria pode ser descarregada. A bateria é descarregada através do resistor com uma corrente variável no tempo, que pode ser estabilizada pelo microcircuito K142EN12A ligando-o de acordo com o circuito mostrado na Fig. 4.
A resistência do resistor R46 (Ohm) é determinada pela fórmula: R46 \u1250d 6 / Ipas, onde Iraz é a corrente de descarga (mA). Os valores dos resistores, dos quais depende a corrente de descarga, correspondem às resistências dos resistores R16-RXNUMX nas mesmas correntes que a corrente de carga.
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