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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Carregadores para baterias 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 viabilidade de carregamento de baterias a partir de uma fonte fixa de tensão com limitação de corrente. Este modo é cómodo porque a recarga durante a noite, por exemplo, garante que estão totalmente carregados pela manhã, independentemente do seu estado inicial, sem perigo de sobrecarga. Esta seção descreve várias opções para tais dispositivos para carregar baterias e baterias de níquel-cádmio. O esquema do primeiro dos carregadores propostos é mostrado na fig. 113.
O diodo Zener VD6, o amplificador operacional DA1.1, o transistor VT1 e os elementos diretamente conectados a eles formam uma fonte de tensão altamente estável. Sua peculiaridade é que o estabilizador paramétrico R2VD6 é alimentado pela tensão de saída da fonte, o que lhe confere parâmetros elevados. O divisor R17 - R28 forma 12 níveis de tensão correspondentes ao máximo ao carregar baterias individuais e baterias compostas por 2 a 12 baterias de níquel-cádmio. A tensão de carga necessária é selecionada usando a chave SA2. O amplificador operacional (op-amp) DA1.2 junto com o transistor VT2 formam um repetidor exato desta tensão com grande capacidade de carga. Sua resistência de saída é muito pequena - a mudança na tensão quando 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 correspondentemente 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 em paralelo a ele) e a tensão de referência retirada do divisor R35 - R39. A corrente de coletor do transistor VT2 é igual à corrente de carga com precisão suficiente. A tensão de referência retirada dos resistores R3S e R36 é de 1,2 V. A comparação das tensões é realizada por um comparador, sua função é realizada 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, que leva a uma diminuição na tensão de saída do amplificador operacional e toda a fonte muda para o modo de estabilização de corrente. O valor limite da corrente é definido na faixa de 2,5 a 350 mA usando a chave SA3. A resistência de saída do dispositivo no modo de estabilização de corrente é igual à resistência do resistor R30. O microamperímetro RA1 com resistor adicional R31 forma um voltímetro para tensão de 1,2 V, portanto, quando a fonte está operando em modo de estabilização de corrente, sua seta aponta para a última divisão da escala. Para o voltímetro é utilizado um microamperímetro com corrente de 100 μA, portanto esta leitura corresponde a uma corrente de carga igual a 100% do valor ajustado pela chave SA3. Se ligar uma bateria descarregada às tomadas X1 e X2 do carregador, colocando o interruptor SA2 na posição correspondente ao número de baterias nele contidas, a corrente de carga será inicialmente determinada pela posição do interruptor 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 leitura do dispositivo PA1. Quando a corrente diminuir para um valor de aproximadamente 5% daquele definido pela chave SA3, o comparador no amplificador operacional DA2.1 irá mudar e o LED HL2 acenderá, sinalizando o fim do carregamento. Se você continuar carregando uma bateria (ou uma única bateria) mesmo que por um 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 o capacitor C7, a geração de alta frequência do amplificador operacional DA1.2 é eliminada. Qual é a função dos diodos VD2 - VDS? Ao carregar uma única bateria, a tensão na entrada não inversora do amplificador operacional DA1.2 é de 1,4 V, e no modo de curto-circuito na saída do carregador, sua tensão de saída, o que garante que o dispositivo mude para o modo de estabilização de corrente, deve ser cerca de 0,6 V em relação ao fio comum. Para que o amplificador operacional DA1.2 funcione normalmente nesses 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 VD3 - VD5. Da mesma forma, para operação normal do amplificador operacional DA2.1 em uma tensão nas entradas próxima à tensão da fonte de alimentação positiva, a diferença entre elas deve ser de pelo menos 0,6 V - isso é garantido pela queda de tensão no diodo VD2 . Um desenho de uma placa de circuito impresso feita de laminado de fibra de vidro de um lado com espessura de 1,5 mm, na qual a maioria das peças do dispositivo está localizada, é mostrado na Fig. 114.
O transistor VT2 está equipado com um dissipador de calor de agulha com dimensões de 60x45 mm, a altura das agulhas é de 20 mm. As chaves SA2 e SA3 juntamente com resistores soldados nelas, microamperímetro PA1, LEDs HL1 e HL2, soquetes de saída X1 e X2 estão instalados no painel frontal do dispositivo, feito de fibra de vidro com 1,5 mm de espessura, e transformador T1, chave SA1, fusível FU1 , diodo a ponte VD1 e os capacitores estão no painel traseiro de duralumínio da mesma espessura. Os painéis são fixados entre si com tirantes de duralumínio de 135 mm de comprimento e uma placa de circuito impresso é aparafusada nos mesmos tirantes. A estrutura acabada é instalada em uma caixa de alumínio em forma de seção de tubo retangular. Transformador de rede T1 - TN-30 unificado. Mas qualquer outro transformador semelhante é aplicável, cujo enrolamento secundário fornece 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 de operação de 300 mA, por exemplo, em série. D226. Também podem ser diodos VD2 -VD5. O capacitor C1 é composto por três capacitores de óxido K50-29 conectados em paralelo com capacidade de 1000 μF para uma tensão nominal de 25 V. O capacitor C2 é K53-1, o restante é KM-5, etc. KM-6. O diodo zener com compensação de temperatura KS191F (VD6) pode ser substituído. D818 com índices de letras. B - E ou KS191 com qualquer índice de letras. É aconselhável usar resistores estáveis R3, R5 e R17 - R28, por exemplo, C2-29. As resistências dos resistores R17 - R28 podem estar na faixa de 160 Ohms...10 kOhms, mas devem ter o mesmo valor com uma precisão não inferior a 0,3%. As resistências dos resistores R6 - R16 não precisam ser exatas. É aconselhável selecioná-los de acordo com os valores indicados no diagrama a partir de resistores de valores semelhantes, o que simplificará a configuração do dispositivo. Cada um dos resistores R15, R16 consiste em vários resistores de maior valor e menor dissipação de potência, que são conectados em paralelo. Resistores trimmer R4 e R38 - SPZ-19a. LEDs HL1 e HL2 - qualquer um, mas preferencialmente em cores diferentes. Diodos Zener VD7 e VD8 para tensão de estabilização 5,6...7,5 V. Chaves SA2 e SA3 - PG2-5-12P1N ou similares outras de pequeno porte. Microamperímetro RA1 tipo M4247 para corrente de 100 μA. Usando um dispositivo para uma corrente diferente de deflexão total da agulha, você terá que selecionar não apenas o resistor limitador R31, mas também R32 - para garantir uma corrente de carga de 2,5 mA na posição mais à esquerda (de acordo com o diagrama) da chave SA3. Os transistores VT1, VT2 podem ser qualquer estrutura npn de silício de média potência e VT3 pode ser qualquer estrutura pn-p de silício de baixa potência com uma tensão permitida de pelo menos 30 V. Os amplificadores operacionais K140UD20 (DAI, DA2) são intercambiáveis com o dobro do número de amplificadores operacionais K140UD7. A utilização de amplificadores operacionais de outros tipos é determinada pela possibilidade de sua operação nos modos mencionados acima, mas isso não foi testado pelo autor. Resumidamente sobre como configurar o carregador. Primeiro, use o resistor de corte R4 para definir a tensão no emissor do transistor VT1 para 16,8 V. Carregando o dispositivo com um resistor de 51...68 Ohms (para uma potência de dissipação de 7,5 W) e dessoldando temporariamente o resistor R43, faça certifique-se de que ao mover a chave SA2 para cada posição subsequente (acima no circuito), a tensão de saída aumenta em 1,4 V. Verifique a ausência de geração de alta frequência na saída e, se necessário, selecione o capacitor C7. Em seguida, restaure a conexão ao resistor R43 e coloque a chave SA2 na posição “12”. 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 a três diodos (do mesmo tipo de VD2 - VD5) e, colocando a chave SA3 na posição “100 mA”, ajuste o resistor trimmer R38 para a mesma corrente de saída. A agulha do microamperímetro deve apontar para a última divisão da escala; caso contrário, 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 kOhm e um miliamperímetro à saída do dispositivo e aumente a resistência desse resistor de zero. Quando a corrente de saída for de aproximadamente 0,5 mA, o LED HL2 deverá acender. Ao configurar o dispositivo, lembre-se de que sua impedância de saída é bastante assimétrica - é pequena para a corrente de saída e alta para a de entrada. Portanto, um dispositivo sem carga é sensível ao ruído da rede, e medir a tensão de saída com um voltímetro de alta impedância pode fornecer um resultado inesperadamente inflado. Carregar a bateria é fácil. Basta colocar os interruptores nas posições correspondentes ao número de baterias nele contidas e à corrente máxima de carga, conectar a bateria à saída, observando a polaridade, e ligar o aparelho. Um sinal do fim do carregamento é o acendimento do LED HL2. A corrente máxima de carga deve ser 3.4 vezes menor que a capacidade da bateria que está sendo carregada. Que acréscimos ou alterações podem ser feitos nesta opção de carregador? Em primeiro lugar, é necessário complementá-lo com um relé eletromagnético K1, conforme mostrado na Fig. 115, o que desligaria a bateria ou a bateria após o 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 a operação clara do relé e para garantir uma pequena histerese do comparador no amplificador operacional DA2.1. O relé K1 deve ter tensão de 20...27 V, transistor VT4 - qualquer estrutura pn-p de média ou alta potência, por exemplo, as séries KT502, KT814, KT816.
Porém, tendo introduzido tal acréscimo no dispositivo, deve-se levar em consideração que após o início do carregamento, qualquer comutação de seus circuitos leva ao funcionamento 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 descarga excessiva. Para isso, a chave SA2 deve ser colocada na posição “5”, a chave SA3 deve ser colocada naquela mais próxima da corrente de descarga, mas maior que ela, conecte um resistor entre os conectores de saída X1 e X2, fornecendo 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 será fechado e a bateria será descarregada através de um resistor. Quando a tensão da bateria cai para 7 V, o amplificador operacional DA1.2 e o transistor VT1 mudam 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 quando está completo. Se o dispositivo se destina frequentemente a descarregar baterias, aliás, com um número diferente de baterias, é aconselhável introduzir nele um resistor adicional, cuja resistência é 40% da resistência total dos resistores R17 - R28, e, claro, um interruptor. O resistor é conectado entre a saída da fonte de tensão de referência (no diagrama, Fig. 113, ponto de conexão do emissor do transistor VT1, resistores R2, R3, capacitor C3) e o contato fixo “12” da chave SA2, conectado ao resistor R17 e uma chave adicional em paralelo com este resistor. A bateria é carregada quando os contatos da chave estão 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 de um resistor com corrente variável no tempo, que pode ser estabilizado pelo microcircuito K142EHI2A ligando-o conforme o circuito mostrado na Fig. 116. A resistência do resistor R46 (Ohm) é determinada pela fórmula: R46 = 1250/V, onde W é a corrente de descarga (mA). Os valores dos resistores dos quais depende a corrente de descarga correspondem às resistências dos resistores R6 - R16 nas mesmas correntes da corrente de carga. O diagrama da segunda versão do carregador é mostrado na Fig. 117. É muito mais simples, mas não tem indicação de fim de carregamento. O dispositivo usa dois microcircuitos KR142EN12A. O primeiro deles (DA1) opera em modo de limitação de corrente e o segundo serve como estabilizador de tensão de carga. Os diodos VD2-VD4 são elementos de proteção. Os resistores trimmer R25 e R28 ajustam com precisão as tensões de saída em diferentes posições da chave SA3. Os capacitores C2-C4 evitam a possível geração de chips DAI, DA2. O transformador de potência T1, ponte de diodos VD1, capacitor C1, chaves SA2 e SA3 podem ser iguais aos da primeira versão do dispositivo. Diodos VD2-VD4 - qualquer silício de baixa potência. Os resistores R13-R24, R26 devem ser precisos e estáveis, e sua resistência deve estar entre 120...180 Ohms. Antes de instalar microcircuitos na placa, é aconselhável verificar sua tensão de estabilização. Isto pode ser feito conectando um circuito feito de acordo com o diagrama da Fig. 116, a uma fonte de tensão de 5...15 V, medindo a tensão no resistor R46 (160 Ohm). Utilize o microcircuito cuja tensão de estabilização esteja mais próxima de 1,2 V na unidade limitadora de corrente de carga (DA1). E se for muito diferente de 1,2 V, a resistência dos resistores R2-R12 deverá ser selecionada ao configurar o dispositivo. Configure este carregador da seguinte maneira. Primeiro, coloque as chaves SA2 e SA3 nas posições “350” e “12”, respectivamente, o controle deslizante do resistor de corte R25 para a posição intermediária e, em seguida, use o resistor R27 para definir a tensão de saída para 16,8 V. Em seguida, mova a chave SA3 para a posição “1” e use o resistor R25 defina a tensão de saída do dispositivo para 1,4 V. Essas operações estão interligadas, portanto repita-as várias vezes. Em seguida, conecte três diodos de silício conectados em série com uma corrente de pelo menos 300 mA e um miliamperímetro à saída. Coloque as chaves SA2 e SA3 nas posições “2,5” e “2” e selecione o resistor R1 para obter uma corrente de saída de 2,5 mA. Se a tensão de estabilização do microcircuito DA1 for 1,2 V e as resistências dos resistores R2-R12 corresponderem às indicadas no diagrama, então para as demais posições da chave as correntes de carga deverão corresponder às indicadas no diagrama. Caso contrário, você terá que selecionar adicionalmente os resistores R2-R12. A resistência de saída do dispositivo no modo de estabilização de corrente é significativamente menor que a do projeto da primeira opção e é igual à resistência total dos resistores introduzidos R13-R24 e R25-R28. Se o carregador de acordo com o diagrama da Fig. 117 destina-se apenas a baterias do mesmo tipo, podendo ser excluídos o interruptor SA2 e os resistores R2-R12, e o indicador de fim de carga, montado conforme diagrama da Fig. 118, entre. Embora a corrente total de carga e a corrente através dos resistores R13-R24 sejam grandes o suficiente, ela flui principalmente através da junção do emissor do transistor VT1. O transistor abre e o LED HL1 acende, indicando o processo de carregamento. Quando a corrente diminuir para um valor determinado pela resistência do resistor R29 e pela tensão de abertura do transistor VT1, este transistor fechará e o LED apagará. Foi montado um carregador para baterias a partir de baterias (com exceção do interruptor SA2 e com adição de um indicador de fim de carga conforme diagrama da Fig. 118). TsNK-0,45 (até seis peças). Para limitar a corrente de saída a 150 mA, foi necessário um resistor (R1 na Fig. 117) com resistência de 8,2 Ohms. No indicador de fim de carga, com resistência do resistor R29 de 30 Ohms, a diminuição do brilho do LED começou na corrente de carga de 10 mA, e apagou completamente na corrente de 7 mA.
O dispositivo usa um transformador. TPP-220, cujos seis enrolamentos secundários estão conectados em série. É conveniente instalar os jumpers da seguinte forma: 16-17, 18-11, 12-13, 14-19, 20-21, a tensão para a ponte de diodos é removida dos terminais 15 e 22. A tensão da rede é fornecida para terminais 2 e 9 do transformador, entre os terminais 3 e 7 também deve ser instalado um jumper. Todos os elementos do dispositivo, exceto o transformador de rede com interruptor de alimentação, fusível, interruptor SA3 e tomadas de saída, são montados em uma placa de circuito impresso medindo 90 x 50 mm (Fig. 119). A placa foi projetada para instalar uma ponte de diodo KTs407A (VD1), um capacitor de óxido K50-29 (C1) com capacidade de 2200 μF para uma tensão nominal de 16 V. Outros detalhes são os mesmos do design da primeira versão do dispositivo. Os microcircuitos DA1 e DA2 são instalados em dissipadores de calor de agulha medindo 45x25 mm, a altura das agulhas é de 20 mm.
A placa de circuito, com o auxílio de buchas roscadas rebitadas em seus cantos, juntamente com outras peças, é instalada em uma caixa plástica medindo 133x100x56 mm. O LED nos cabos estendidos é exibido na tampa da caixa. Configure o dispositivo nesta ordem. Os resistores de corte R25 e R27 definem a tensão de saída para 8,4 e 1,4 V nas posições “6” e “1” da chave SA3, respectivamente, uma corrente de saída de 150 mA selecionando o resistor R1 e o limite de extinção do LED selecionando o resistor R29 V In o evento de geração do microcircuito DA1, entre seu pino 2 de entrada e o fio negativo do circuito de potência, um capacitor C* (várias dezenas ou centenas de nanofarads), indicado na Fig. 119 linhas tracejadas. A placa de circuito impresso deste tipo de carregador também pode se tornar a base para um dispositivo conforme o diagrama da Fig. 117 - fornece contatos para conexão da chave SA2 com resistores R2-R12. Cada um dos microcircuitos deve ser instalado em seu próprio radiador com as mesmas dimensões do dispositivo conforme diagrama da Fig. 113.
Quem gosta de ouvir música usando um player cuja fonte de alimentação é uma bateria de duas baterias TsNK-0,45, é oferecido um carregador mais simples (Fig. 120, o circuito difere da Fig. 105 nas classificações e na ausência de um capacitor conectado em paralelo com o enrolamento secundário do transformador) O enrolamento secundário do transformador de rede T1 deve ser projetado para uma tensão de 8...9 V e uma corrente de pelo menos 160 mA. O microcircuito deve ser equipado com um pequeno dissipador de calor de placa. A tensão de saída, igual a 2,8 V, é definida ajustando o resistor R2 e, em seguida, carregando o dispositivo em três diodos conectados em série com corrente de 300 mA ou duas baterias descarregadas, selecionando o resistor R1 - uma corrente de saída de 150 ...180 mA.
E se não houver microcircuito KR142EN12A? Neste caso, recomenda-se montar um carregador para finalidade semelhante conforme diagrama da Fig. 121. A base desta versão do carregador pode ser uma fonte de alimentação PM-1, destinada à alimentação de motores elétricos de brinquedos, qualquer outro transformador que reduza a tensão da rede para 6...6,3 V, ou um adaptador de rede. Todas as partes do dispositivo, exceto o transformador de rede, são montadas em uma placa de circuito impresso, cujo desenho é mostrado na Fig. 122, projetado para instalar nele capacitores de óxido K 50-6 (C1-C3), resistor de corte SPZ-196 (R5), LEDs. AL341A ou. AL307B. Os LEDs são exibidos através das ranhuras de ventilação da caixa. O transistor VT1 está equipado com um pequeno dissipador de calor de latão (ou alumínio) com 0,5 mm de espessura. A placa de circuito é fixada na caixa por duas buchas roscadas rebitadas nela. Ao configurar este dispositivo, como o anterior, primeiro ajuste a tensão de saída para 2,8 V (com resistor R5), após o que é carregado com três diodos conectados em série para uma corrente de operação de 300 mA e selecionando o resistor R7 uma saída é alcançada uma corrente de 150...180 mA. O LED HL2 apaga. As caixas dos carregadores descritos devem possuir orifícios de ventilação para garantir o resfriamento dos dissipadores de calor dos microcircuitos ou transistores. Autor: Biryukov S.
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