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Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Carregadores, baterias, células galvânicas

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Hoje existe uma nova maneira de carregar dispositivos móveis - sem contato. Sua essência reside no fato de o dispositivo carregado não ter contato elétrico direto com o carregador. Este método é usado para carregar telefones celulares, smartphones, etc. O autor oferece sua própria versão de carregador sem contato para carregar baterias de lanternas LED.

Quando você usa frequentemente qualquer dispositivo com baterias substituíveis, por exemplo, uma lanterna, há necessidade de substituição frequente de baterias galvânicas ou carregamento periódico se baterias forem usadas. Para carregar as baterias é necessário retirá-las do corpo da lanterna, o que nem sempre é conveniente. Ao mesmo tempo, a tecnologia do chamado carregamento sem contacto está a tornar-se cada vez mais difundida. O princípio de funcionamento da maioria destes carregadores (carregadores) baseia-se no acoplamento indutivo entre a fonte de energia e o consumidor de energia. A memória para lanterna de bolso, que oferecemos aos nossos leitores, funciona segundo o mesmo princípio.

A base do carregador proposto é um reator eletrônico de uma lâmpada fluorescente compacta (CFL). Como se sabe, o reator eletrônico de uma LFC é um gerador de pulsos operando a uma frequência de várias dezenas de quilohertz. Devido a esta frequência, todos os elementos do dispositivo são de tamanho pequeno, incluindo transformadores e bobinas de lastro. É o indutor de lastro o elemento que limita a corrente que passa pela lâmpada fluorescente. E, nesse sentido, desempenha a mesma função que um capacitor de lastro nos carregadores mais simples - limita (define) a corrente de carga.

O diagrama de blocos da memória é mostrado na Fig. 1. Da CFL é utilizado o próprio reator eletrônico, que contém um retificador com capacitor de suavização, um gerador de pulsos e um indutor de lastro, ao qual não é conectada em série uma lâmpada fluorescente, mas um transformador de isolamento. Este transformador serve como elemento de conexão entre o carregador e a bateria da lanterna. Por estar conectado em série com o indutor do reator, a corrente que passa por ele será limitada e atua parcialmente como um transformador de corrente, portanto, um curto-circuito em seu enrolamento secundário não levará a consequências catastróficas. O enrolamento primário do transformador está localizado na caixa do carregador, o enrolamento secundário está na lanterna. Uma corrente flui através do enrolamento primário do transformador, que depende principalmente da indutância do reator e da tensão da rede e, portanto, permanece relativamente estável.

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Arroz. 1. Diagrama estrutural do carregador (clique para ampliar)

Na lanterna surge uma tensão alternada no enrolamento secundário do transformador, que é retificada e fornecida à bateria da lanterna através de um limitador de tensão. Como a corrente no enrolamento primário do transformador é limitada, ela também será limitada no secundário. Ao alterar os parâmetros do transformador de corrente, você pode definir a tensão e a corrente necessárias para carregar a bateria. Quando a tensão da bateria atingir o valor máximo, o limitador será ativado. A tensão na bateria irá parar de crescer e a corrente “extra” fluirá através do limitador.

O diagrama do circuito do reator eletrônico CFL e sua modificação são mostrados na Fig. 2. Todos os elementos e conexões recém-introduzidos são destacados em cores. Foi utilizada uma lâmpada fluorescente compacta com potência de 18...20 W. Após a abertura da caixa, os fios condutores (4 peças) da lâmpada fluorescente, que geralmente ficam enrolados em pinos metálicos, são retirados da placa. Em seguida, desconecte os fios que conectam a placa à base da lâmpada. A placa é colocada em uma caixa de plástico de tamanho adequado com tampa. A caixa deve ser espaçosa o suficiente para acomodar elementos adicionais além da placa. Na versão do autor foi utilizada uma caixa cilíndrica com diâmetro de 65 e altura de 28 mm a partir de clipes de papel (fig. 3). Em série com o indutor de reator padrão L2, em vez de uma lâmpada fluorescente, estão incluídos outro indutor de reator L3 de uma lâmpada fluorescente compacta semelhante e o enrolamento primário T2.1 do transformador de isolamento. Para indicar o funcionamento do gerador de pulsos, uma lâmpada indicadora neon HL10 é conectada à sua saída através dos resistores limitadores de corrente R11 e R1. Toda a instalação é feita pelo método articulado, sendo feito um furo de diâmetro adequado no alojamento da lâmpada indicadora.

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Arroz. 2. Diagrama do reator eletrônico de uma lâmpada fluorescente compacta e sua modificação (clique para ampliar)

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Arroz. 3. Caixa plástica para placa eletrônica

Para modificação, foi escolhida uma lanterna LED com diâmetro de corpo de 24 e comprimento de 82 mm. Ele usa nove LEDs e uma bateria de três pilhas AAA. O botão liga / desliga está localizado na tampa rosqueada do compartimento da bateria. Os cátodos de LED são conectados ao corpo da lanterna.

O diagrama de modificação da lâmpada é mostrado na Fig. 4, todos os novos elementos e conexões são mostrados em vermelho.

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Arroz. 4. Esquema de finalização da lanterna (clique para ampliar)

A tensão alternada do enrolamento T2.2 do transformador de isolamento retifica a ponte de diodos VD1, as ondulações da tensão retificada são suavizadas pelo capacitor C1. Através dos diodos VD2 e VD3, a corrente de carga entra na bateria. O diodo VD2 evita que a bateria descarregue no modo standby, e o diodo VD3, conectado em paralelo aos LEDs, passa a corrente de carga. O chip DA1 (estabilizador de tensão paralelo) contém um limitador de tensão, os LEDs HL1, HL2 indicam os modos de carregamento da bateria.

No início do carregamento, quando a tensão da bateria é inferior à tensão nominal, a tensão na entrada de controle (pino 1) do microcircuito DA1 é inferior ao limite. Portanto, a corrente que passa pelo microcircuito é pequena, e quase toda a tensão retificada é fornecida ao circuito pelo resistor limitador de corrente R5 e pelo LED HL2 (verde), que sinaliza que a bateria está carregando.

Quando a tensão da bateria atingir o valor limite, a corrente através do microcircuito aumentará e a queda de tensão nele diminuirá para aproximadamente 2 V. A corrente de carga fluirá através do resistor R3 e do microcircuito DA1, portanto, o carregamento da bateria irá parar gradualmente . Neste caso, o LED HL2 apagará e HL1 (cor vermelha) começará a brilhar, sinalizando o fim do carregamento.

O design do dispositivo é ilustrado na Fig. 5. Na tampa 3 do compartimento da bateria existe um botão 5 (SA1 na Fig. 4). Um terminal 4 da chave 5 é conectado mecanicamente ao corpo metálico da tampa 3, o segundo - ao contato de mola 6. A chave é fixada mecanicamente na tampa por meio de uma junta plástica isolante 7. Por outro lado, uma borracha a junta 8 é colocada no interruptor para proteção contra influências climáticas externas.

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Arroz. 5. Projeto do dispositivo

A modificação se resume ao seguinte. Na tampa 3 é colada uma caixa de plástico 1. No centro da caixa é feito um furo, no qual é fixada com cola a moldura 10. Nele é enrolado o enrolamento secundário 2 (T2.2) do transformador de isolamento. A função do empurrador do interruptor é desempenhada por um núcleo magnético cilíndrico 11. Para evitar que caia da moldura 10, é colada nele uma arruela plástica 9. Uma moldura plástica 12 é colada no orifício no centro da parte superior tampa 14 da caixa do reator eletrônico, na qual é enrolado o enrolamento 13 (T2.1) do transformador.

O diâmetro interno da moldura para enrolamento das bobinas do transformador é escolhido de forma que o circuito magnético 11 se encaixe nela com uma leve folga.Na versão do autor, um circuito magnético com diâmetro de 6 e comprimento de 15 mm do indutor de a fonte de alimentação do computador é usada. A altura do quadro 14 é de 8...9 mm, a altura do quadro 10 é de 6...7 mm, sua espessura é de 0,5...0,7 mm. O enrolamento T2.1 contém 350 voltas de fio PEV-2 0,18, enrolamento T2.2 - 180 voltas de fio PEV-2 0,1. O diâmetro da arruela é 9 - 10...12 mm, espessura - 0,5...1,5 mm, esta última é selecionada de forma que o circuito magnético 11 não “pendure”. O diâmetro do invólucro (recipiente plástico para medicamentos) é de 21 mm e sua altura é de 11 mm. A lanterna modificada é mostrada na Fig. 6.

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Arroz. 6. Lanterna modificada

Ao usar a lanterna, o circuito magnético atua como um botão de pressão. Mas se a lanterna for desligada, o reator eletrônico for conectado à rede e o circuito magnético for inserido no quadro 14 (ver Fig. 5), surgirá um acoplamento indutivo entre os enrolamentos T2.1 e T2.2, aparecerá tensão no enrolamento T2.2 e o carregamento da bateria começará (Fig. 7).

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Arroz. 7. Carregando a bateria da lanterna

O dispositivo utiliza resistores de saída fixos de pequeno porte P1-4 ou importados, LEDs - qualquer um com diâmetro de corpo de 3 mm nas cores vermelha e verde. O capacitor C1 é K10-17v, é instalado nos terminais da ponte de diodos VD1.

A configuração começa com a seleção do número de voltas do enrolamento T2.2. Para fazer isso, enrole o número especificado de voltas deste enrolamento e conecte a ele uma ponte de diodos com um capacitor de filtro. Insira o núcleo magnético na estrutura do enrolamento T2.1 e coloque o enrolamento T2.2 nele. Um resistor variável com resistência de 4 Ohms é conectado à saída da ponte de diodos (ver Fig. 470). Ao alterar sua resistência, a corrente que passa por ele e a tensão que passa por ele são controladas. É necessário que na corrente de carga necessária a tensão seja 4,8...5 V (a tensão de uma bateria carregada é 4,3...4,4 V mais a queda de tensão nos diodos VD2 e VD3). Em tensões mais altas, a corrente de carga aumentará.

Como foi planejado o uso de três baterias com capacidade de 300...600 mAh na lanterna, optou-se por uma corrente de carga de cerca de 40 mA. Com base nos resultados da medição, é tomada uma decisão sobre a necessidade de adicionar ou remover voltas do enrolamento T2.2. Após selecionar o número de voltas, o enrolamento deve ser protegido cobrindo-o com uma camada de verniz ou cola. Deve-se notar que seu número pode diferir marcadamente do indicado acima, pois depende do tamanho e das propriedades do núcleo magnético. Para aumentar a corrente de carga, é necessário aumentar o número de voltas do enrolamento primário do transformador de corrente, ou aumentar a corrente que passa por ele, reduzindo a indutância das bobinas L2 e L3 no reator eletrônico.

Em seguida, todos os outros elementos do dispositivo são montados na placa de ensaio, baterias recém-carregadas são instaladas no compartimento da bateria, os pinos 1 e 2 do microcircuito DA1 são temporariamente curto-circuitados. Insira o núcleo magnético na estrutura do enrolamento T2.1, coloque o enrolamento T2.2 nele e meça a tensão (vvpr) na saída do retificador (ver Fig. 4). Então, no lugar da bateria, é conectado um resistor variável com resistência de 470 Ohms e, alterando sua resistência, a mesma tensão é ajustada na saída do retificador. O resistor R1 (ver Fig. 4) é selecionado de forma que quando esta tensão aumenta (é alterada com um resistor variável) em várias dezenas de milivolts, o LED HL2 apaga e HL1 acende. Se necessário, selecione o resistor R3. Sua resistência deve ser tal que quando o resistor variável for desligado, a tensão na saída do retificador não ultrapasse e o LED HL1 acenda. Deve-se observar que a corrente máxima permitida do chip TL431CLP é de 100 mA, portanto a corrente de carga não deve exceder 60...70 mA.

A modificação da lanterna começa com a instalação de um diodo VD3. Para isso, é necessário retirar o compartimento da bateria, retirar com cuidado o vidro protetor e espremer a placa com LEDs de dentro. Um diodo VD3 é instalado na placa entre os terminais do LED. Após verificar a correta instalação, a montagem é realizada na ordem inversa e a funcionalidade da lâmpada é verificada. Todos os outros elementos serão colocados num invólucro na tampa do compartimento da bateria.

Dois furos são perfurados na junta de borracha 8 (ver Fig. 5), nos quais os fios com isolamento confiável, por exemplo MGTF, são inseridos e soldados aos terminais da chave. Neste caso, pode ser necessário retirar o interruptor da tampa 3 (ver Fig. 5). Em seguida, os elementos são colocados e fixados com adesivo hot-melt no invólucro 1 e conectados com fios. Para instalar os LEDs, são feitos dois furos com diâmetro de 3 mm na caixa.

O carregador proposto pode ser usado para carregar baterias ou baterias recarregáveis ​​incorporadas em uma ampla variedade de dispositivos. Dependendo do projeto de tal dispositivo, o núcleo magnético pode ser instalado na estrutura do enrolamento T2.1, e uma bobina T2.2 pode ser colocada nele, e o projeto do transformador pode ser alterado de forma mais radical .

Autor: I. Nechaev

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