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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Carregador Inteligente
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas As baterias Ni-Cd são amplamente utilizadas para alimentar equipamentos vestíveis modernos. Para carregá-los, muitos dispositivos são produzidos, dispositivos semelhantes e rádios amadores são montados. No entanto, a maioria dos projetos industriais e amadores são projetados para simples recarga de baterias. Freqüentemente, eles não conseguem carregá-los totalmente devido à desvantagem inerente das células Ni-Cd - o chamado "efeito memória". Consiste no fato de que, se você carregar uma bateria incompletamente descarregada, ela fornecerá energia apenas ao nível a partir do qual o carregamento começou. Para que esse efeito não apareça, a bateria deve ser totalmente descarregada (para cerca de 1 V) e, em seguida, carregada com uma tensão de cerca de 1,4 V. O dispositivo microcontrolador descrito abaixo resolve automaticamente esse problema. A bateria que não perdeu completamente sua capacidade é primeiro totalmente descarregada, depois carregada até um nível predeterminado, verifica sua capacidade de funcionar normalmente e, em seguida, desconecta-a do dispositivo. O dispositivo proposto é projetado para carregamento independente simultâneo de quatro baterias Ni-Cd com capacidade de 600, 800 e 1200 mAh, mas também pode ser usado para carregar outros tipos de baterias. A capacidade de alterar programaticamente o algoritmo de operação do dispositivo fornece a flexibilidade necessária e a facilidade de trabalhar com ele. O diagrama esquemático do carregador é mostrado na Fig.1. Funcionalmente, consiste em uma unidade de controle e quatro células de carga e descarga idênticas.
A unidade de controle contém MK DD1, interruptor DD2, comparador DA1, gerador de tensão exemplar (VT13, VT14), unidade de sinalização sonora de falha de bateria (VT15) e buffer DD3. O MK controla a operação do dispositivo como um todo, garantindo a operação independente de todos os quatro nós de carregamento. A comutação das tensões provenientes das baterias para a entrada não inversora do comparador DA1 é realizada pela chave DD2. As tensões de referência são formadas dependendo do código determinado pelos sinais E0 e E1 especificados pelo microcontrolador. O buffer DD3 fornece desacoplamento da porta P1 do microcontrolador das células de descarga de carga. Cada uma dessas células consiste em um estabilizador de corrente DA2 (doravante, as designações posicionais dos elementos da célula A1 são indicadas), resistores de ajuste de corrente R3 - R5, interruptores de transistor (VT1 - VT3), estados de nó de comutação (controle de carga-descarga ) e os LEDs HL1 (vermelho). brilham) e HL2 (verde), indicando o estado do nó (vermelho - carregando, verde - descarregando). Os interruptores SA1 e SA2 permitem definir a corrente de carga necessária (neste caso, 60, 80 ou 120 mA). Vamos considerar a operação do dispositivo com mais detalhes. Quando a energia é ligada, o programa analisa o estado da bateria G1, comparando a tensão nela (sinal K1) com as tensões de referência geradas pelo shaper nos transistores VT13, VT14. Se a tensão na bateria for inferior a 0,7 V, ele "conclui" que a célula está vazia e passa a analisar o estado da próxima. Se a tensão na bateria for maior que 1 V (caso usual), o MK DD1 emite (através do buffer DD3) os sinais R1=1, Z1=1. Nesse caso, o LED HL2 acende e os transistores VT1, VT3 abrem. O primeiro deles bloqueia o canal de carregamento (DA2, R3-R5, VT2) e o segundo conecta o resistor R9 em paralelo com a bateria. O processo de descarga é iniciado. Nos modos de descarga e carregamento, a tensão nas baterias é medida uma vez a cada 4 s. O ciclo de medição (sinal Z1=1, R1=0) é de aproximadamente 1 s, ou seja, o tempo de manutenção de uma bateria, incluindo o atraso, é de 1 s. Neste momento, a tensão da bateria é medida e, dependendo do seu valor, o microcontrolador decide se continua descarregando (carregando) a bateria ou desligando-a (se o carregamento for concluído). Isso é claramente visto pelo brilho dos LEDs. O acendimento periódico do LED verde (HL2) indica que a bateria desta célula está em modo de descarga, e o vermelho (HL1) está em modo de carregamento. Mas voltando ao modo de descarga. O sinal K1 (tensão na bateria sendo descarregada) através do interruptor DD2 é alimentado à entrada não inversora do comparador DA1, onde é comparado com a tensão de referência (cerca de 1 V) fornecida à entrada inversora do shaper em transistores VT13 e VT14 (o primeiro deles está aberto e o segundo está fechado) . No momento em que o valor de tensão definido é atingido, o comparador dá um sinal sobre a conclusão do processo de descarga e o MC muda o dispositivo para o modo de carregamento (os sinais R1 e Z1 assumem os valores de log. 0). Nesse caso, o LED HL1 acende, os transistores VT1, VT3 fecham e o VT2 abre. No processo de prototipagem do dispositivo e teste em funcionamento com baterias de diferentes capacidades e diferentes empresas, verificou-se que a carga máxima da bateria corresponde a uma tensão exemplar de aproximadamente 1,45 V (tendo em conta as perdas nos circuitos de medição). Se necessário, pode ser alterado em uma direção ou outra com um resistor de ajuste R44. Quando a tensão na bateria G1 atinge aproximadamente 1,45 V, o carregamento é interrompido. Então, por algum tempo (aproximadamente 8 ... 10 s), a célula muda para o modo de descarga (o LED HL2 acende) com o controle da tensão da bateria. Se não mudou significativamente durante este tempo, o carregamento termina (ambos os LEDs não acendem). Se a tensão cair drasticamente (até 1 ... 1,1 V), o que indica um mau funcionamento da bateria, um sinal sonoro é emitido e o LED HL2 começa a piscar. O dispositivo possui um modo de carregamento forçado. É usado quando a bateria é descarregada para uma tensão inferior a 1 V ou precisa ser recarregada com urgência (contornando o processo de descarga para 1 V). A ativação do carregamento forçado é realizada pelo botão SB1 (mantido pressionado até que o LED HL1 acenda). A escolha de correntes de carga iguais a 0,1 da capacidade da bateria é realizada pelas chaves SA1 e SA2 pelo resistor de derivação R4 com os resistores R3 e R5. Nas posições das chaves mostradas no diagrama, a corrente de carga é determinada pela resistência do resistor R4 e é igual a 60 mA. O fechamento dos contatos da chave SA1 leva a um aumento na corrente de carga de até 80 mA, e ambos (SA1 e SA2) - até 110 ... 120 mA. A corrente máxima de saída dos reguladores de tensão 78L05 é de 100 mA, porém, no modo regulador de corrente, passa de 120 mA com relativamente pouco aquecimento (em casos extremos, pode-se colocar um pequeno dissipador de calor nele). As peças do carregador são montadas em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro dupla face (Fig. 2).
A placa é projetada para o uso de resistores MLT constantes, trimmers SDR-19a, capacitores K50-35 (C1, C4), KD-1 (C2, C3) e KM (outros), uma seção de dois pinos do PLS- 40 (XP1), botões B38 ou B32 (SB1), chaves deslizantes miniatura VDMZ-2V (SA1-SA8). No circuito de ajuste de frequência do oscilador MK embutido, é usado um ressonador de quartzo com frequência de 3,58 MHz, mas qualquer outro com frequência de 3 a 8 MHz também é aceitável (neste caso, algumas constantes terão que ser alterado no programa). Como emissor de som BF1, você pode usar telefones do tipo TM-2V ou um emissor piezo ZP-31. Para conectar o MK DD1, use um painel de 20 pinos. Os códigos "firmware" ROM MK são mostrados na tabela.
A maioria dos resistores são instalados perpendicularmente à placa. Os jumpers dos fios são inseridos nos orifícios marcados na parte inferior (na Fig. 2) do desenho com quatro pontos, conectando os condutores impressos em diferentes lados da placa. A configuração do dispositivo se resume a definir as tensões de referência e os valores necessários das correntes de carga e descarga. As tensões de referência (consulte a tabela na parte inferior esquerda da Fig. 1) são definidas ajustando os resistores R42, R43, R44 e selecionando o resistor R41. Faça isso sem o MK, removendo-o temporariamente do painel. Dois condutores são inseridos em seus slots 2 e 3 (ou soldados aos blocos correspondentes da placa) e conectados através de resistores com resistência de 10 kOhm a uma fonte de tensão de +5 V. Em seguida, a energia é fornecida à placa e, conectando os contatos do painel nomeados em várias combinações com um fio comum (códigos 00, 01, 10, 11), usando resistores sintonizados, definem as tensões indicadas no circuito no ponto K (pino 4 do chip DA1; E0 é o bit mais significativo , E1 é o menos significativo). As correntes de carga necessárias são definidas selecionando os resistores R3 - R5. Para fazer isso, uma bateria descarregada para 1 V é instalada em qualquer célula, uma tira de fibra de vidro dupla face (ou getinax) com pedaços de fio de montagem soldados à folha é inserida entre seu terminal positivo e o contato correspondente e um nas extremidades livres deste último é conectado um miliamperímetro com limite de medição de 150 ... 300. ma. O resistor R4 é substituído temporariamente por um resistor sintonizado com uma resistência de 270 ... 330 Ohm (de preferência um fio multivoltas) e, ativando o modo de carregamento forçado com o botão SB1, essa resistência da parte do O resistor introduzido no circuito é selecionado no qual a corrente de carga é de 6 mA (para uma bateria com capacidade de 600 mA h). Em seguida, um resistor constante de resistência próxima é soldado em seu lugar, substituído por um resistor de ajuste R3 e, fechando os contatos da chave SA1, a corrente é aumentada para 80 mA (para baterias com capacidade de 800 mAh). Por fim, com os contatos de ambas as chaves SA1 e SA2 fechados, é selecionada a resistência do resistor R5, correspondente à corrente de carga de 120 mA (para baterias com capacidade de 1200 mAh). Da mesma forma, os resistores dos circuitos de carga e as três células restantes são selecionados. A corrente de descarga (cerca de 60 mA com uma tensão de bateria de 1,2 V) é definida selecionando o resistor R9. Para acelerar a descarga de baterias com capacidade de 800 e 1200 mAh (no primeiro caso, com corrente de 80 e no segundo - 120 mA), mais dois resistores podem ser introduzidos no circuito coletor do transistor VT3 , conectado em paralelo com R9 usando interruptores semelhantes a SA1, SA2 (claro, o mesmo neste caso, também devem ser feitas alterações nos circuitos de bits das células restantes). Em conclusão, deve-se notar que o dispositivo descrito é capaz de carregar baterias com maior capacidade. Para fazer isso, é necessário substituir o DA2-DA5 por estabilizadores para uma corrente mais alta (300 ... 400 mA) e os principais transistores por outros mais potentes. Autores: M. Demenev, I. Koroleva
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