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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Carregador para baterias Ni-Cd e Ni-MH no chip TEA1101. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas O artigo descreve um carregador "inteligente" de fabricação estrangeira para carregamento acelerado de baterias de níquel-cádmio e níquel-hidreto metálico, feito no chip TEA1101 (Phillips), e seu refinamento para expandir suas capacidades. Por muitos anos, baterias e baterias de Ni-Cd (níquel-cádmio) podem ser encontradas em lojas e mercados, que, em condições adequadas de operação, podem suportar até 1000 ciclos de carga-descarga. As desvantagens dessas baterias incluem o chamado "efeito memória". Consiste no fato de que a bateria usada deve ser levada a um estado de descarga completa (cerca de 1 V por bateria) e só então um novo ciclo de carregamento deve ser iniciado. Juntamente com as baterias de níquel-cádmio difundidas, outras relativamente novas - Ni-MH (hidreto de níquel-metal) - apareceram e também se tornaram amplamente utilizadas. Com as mesmas dimensões das Ni-Cd, essas baterias têm quase o dobro da capacidade. Naturalmente, eles também são caros e apresentam desvantagens. As baterias Ni-MH têm alta resistência interna e baixa corrente de descarga de pico, portanto, não são projetadas para alimentar dispositivos que consomem energia, como furadeiras elétricas, chaves de fenda elétricas, compressores, aspiradores de pó, etc. Devido a métodos de carregamento inadequados, a "vida útil" das baterias é reduzida em até 30%. Baterias danificadas, por sua vez, causam danos irreparáveis ao meio ambiente durante o descarte. Portanto, o carregamento adequado e competente das baterias trará não apenas economias financeiras fundamentais, mas também um efeito ambiental positivo. Os carregadores de bateria mais baratos e simples consistem em um transformador, um diodo retificador, um resistor limitador de corrente e um LED. O transformador reduz a tensão de rede de 220 V para 4...12 V, que então retifica o retificador de meia onda. O resistor limita a corrente de carga e o LED indica que a bateria está conectada ao carregador. Dispositivos fabricados principalmente em países asiáticos com circuitos semelhantes ou idênticos podem ser encontrados nas lojas. Não há sobrecarga para fabricar esses dispositivos, mas lembre-se de que eles não protegem as baterias contra sobrecarga. Depois de apenas alguns ciclos, podem ocorrer alterações irreversíveis nas baterias, encurtando sua vida útil. Durante o carregamento, você deve monitorar constantemente a corrente, mantendo-a em um determinado nível. Para reduzir o tempo, a corrente de carga é aumentada, podendo atingir um valor numericamente igual a 100% da capacidade da bateria. Se, nessas condições, não for monitorado o momento da carga completa, os gases podem se acumular no interior da bateria e aumentar a pressão até sua falha e danos mecânicos. O estado de carga pode ser monitorado medindo constantemente a temperatura da caixa da bateria. Este método é baseado no chamado coeficiente negativo de temperatura (cerca de -1 mV/°C) das baterias Ni-Cd e Ni-MH. O carregamento é interrompido no valor de temperatura apropriado, que é calculado para cada caso específico. No entanto, este método não é amplamente utilizado, dadas as dificuldades que surgem ao tentar medir a temperatura com precisão e a necessidade de cálculos precisos. Existe outra maneira de controlar a carga total da bateria, baseada na detecção de uma queda na tensão, na literatura é frequentemente chamada de método ΔV [1-6]. Consiste em rastrear a variação de tensão nos terminais da bateria ao longo do tempo e interromper o carregamento no momento em que a característica máxima é atingida. É esse método - medindo o sinal de ΔУ - que fundamenta o princípio de operação do dispositivo, que será discutido mais adiante. O método de detecção máxima é hoje a maneira mais precisa de determinar o fim do carregamento de baterias Ni-Cd e Ni-MH. A tensão nos terminais da bateria em uma corrente de carga constante é uma função monotonicamente crescente. Quando a bateria está totalmente carregada, ela para de armazenar energia e o gás começa a se acumular próximo ao eletrodo positivo. Isso leva a um rápido aumento da temperatura e uma diminuição da tensão nos terminais da bateria. Um microcircuito especializado (no carregador TEA1101 descrito) em determinados intervalos mede a tensão atual na bateria que está sendo carregada e a compara com a medição anterior. Se o resultado da comparação assumir um valor negativo, ou seja, a tensão atual é menor que a anterior e um fenômeno semelhante é repetido com várias dezenas de medições, o carregador muda para o modo de carregamento conservador com uma corrente dentro de 1/20 ... 1/ 80 da capacidade nominal da bateria. O carregamento conservador não causa mais gases na bateria e não a prejudica. O valor de ΔV, que o carregador é capaz de medir, depende do microcircuito utilizado, ou melhor, da capacidade do conversor analógico-digital embutido nele, que converte a tensão em um código digital. No chip TEA1101, o número de bits é 12, o que fornece uma discrepância de 0,025% do valor absoluto da tensão. Isso é suficiente para ambos os tipos de baterias, enquanto, por exemplo, o chip TEA1100 possui apenas um ADC de 10 bits, cuja precisão é suficiente apenas para funcionar com baterias Ni-Cd. O diagrama do carregador "inteligente" é mostrado na fig. 1. As designações de posição de todos os elementos correspondem ao esquema do fabricante.
A base do dispositivo é um microcircuito especializado TEA1101 (DA1). A tensão de alimentação do microcircuito estabiliza o estabilizador VT3VD4R6R7 em um nível de 8 V, porém, ele permanece operacional até uma tensão de 11,5 V. Uma tensão proporcional à corrente de carga da bateria é fornecida à entrada IB (pino 5) do microcircuito, do sensor de corrente - resistor R4, que é comparado com os valores especificados de corrente de carga acelerada e conservadora, determinados respectivamente pelos resistores R13 e R12. Se a corrente de carga desviar do valor definido, uma tensão de controle aparece na saída de controle analógico do AO (pino 2). Se um regulador linear for usado no carregador, essa tensão é fornecida ao transistor de controle, que realiza a correção . No entanto, o chip TEA1101 possui um modulador de largura de pulso integrado e, consequentemente, uma saída PWM (pino 1). A regulação por pulso da corrente de carga tem todas as vantagens dos reguladores SHI sobre os lineares - maior eficiência, baixa dissipação de energia no elemento regulador, etc. O carregador descrito é construído exatamente com base no princípio da regulação SHI, e o sinal analógico é alimentado à unidade de controle VT4R16 - R18 em duas cores LED HL2, pela cor e brilho dos quais você pode julgar aproximadamente a corrente de carga. O brilho mais forte do LED vermelho significa que a bateria está carregando rapidamente (o transistor VT4 está aberto ao máximo). Uma transição suave de vermelho para laranja para verde indica uma diminuição na tensão de regulação e cobertura do elemento de regulação. Um brilho verde brilhante vem do momento de transição para o modo de carregamento conservador. Infelizmente, tal indicação não permite determinar com precisão o momento em que uma carga completa é atingida. No entanto, o chip TEA1101 possui uma saída de LED especial (pino 15) para acionar o LED. Este LED (HL1) se comporta de forma diferente em diferentes fases de carga, fornecendo assim informações completas sobre os processos que ocorrem no carregador. Se o LED não acender ou brilhar muito fraco, pode pulsar com baixo nível de brilho, a bateria não conectado ao carregador. Brilha constante e intensamente - há um carregamento acelerado da bateria. Piscando intensamente - a bateria está totalmente carregada. Se na primeira inicialização o alarme for o mesmo que no final do carregamento, a bateria provavelmente está com defeito e não pode ser restaurada. Naturalmente, em todas essas situações, você também deve prestar atenção ao LED bicolor, seu brilho indica se o carregamento está realmente acontecendo ou não. Inicialmente, o dispositivo industrial foi projetado para carregar acumuladores ou baterias compostas por dois ou três acumuladores com capacidade de 600...700 mAh. No entanto, este dispositivo pode ser submetido a um simples refinamento, pelo que as suas capacidades são significativamente expandidas. O fato é que todos os parâmetros do carregador podem ser definidos selecionando os elementos apropriados e a tensão de alimentação. A corrente do modo de carregamento rápido é calculada pela fórmula lfast = R8 Uref/(R4 R13) = 3,9 103 1,25/ //(0,27 27 103) = 0,669A, onde Uref = 1,25 V é a tensão de referência na saída Rref (pino 10). Corrente de carga conservadora lnorm \u0,1d 8R4 Uref / (R12 R0,1 P) \u9d 10x x Z.XNUMX XNUMX3 1,25/(0,27 6,2 103 4) = 0,073A, onde P é um multiplicador, cujo valor é determinado conectando o pino 8 (PR) do chip TEA1101. Quando este pino está conectado ao pino 6 (Us) do microcircuito, P \u1d 16, se ao pino 4 (GND), - P \u2d XNUMX, e quando o pino não está conectado, P \uXNUMXd XNUMX. Assim, pelas relações acima, pode-se ver que, se resistores de diferentes resistências forem conectados no lugar de R8, é possível carregar baterias e baterias de várias capacidades C. Na tabela. 1 mostra os valores calculados da resistência R8 e a corrente dos modos de carregamento rápido e conservador.
Além disso, para carregar baterias com um grande número de baterias, deve-se alterar o coeficiente de transferência do divisor resistivo R14R15 na entrada UAC do microcircuito (pino 7). Na tabela. 2 mostra seis opções de bateria contendo de uma a seis baterias. Considerando que a corrente máxima de carregamento rápido para baterias com capacidade de 1000 ... 1200 mAh deve ser de aproximadamente 1 A, e a queda de tensão no elemento regulador e dois diodos será de cerca de 2,5 V, a tensão necessária da fonte de alimentação ao carregar baterias compostas por quatro ou mais baterias, escolha igual a 18 V.
O esquema da versão modificada do dispositivo é mostrado na fig. 2.
A avaliação da tensão de alimentação mínima necessária para fornecer uma ou outra corrente de carga foi realizada de forma muito aproximada, mas experimentos subsequentes mostraram a exatidão dos cálculos. Literatura
Autor: V.Golutvin, Lviv, Ucrânia
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