8.1. Общие принципы построения зарядных устройств
Если рассматривать зарядные устройства, не учитывая типа аккумуляторов или аккумуляторных батарей, для заряда которых
они предназначены, для них можно сформировать общие требования:
источник питания зарядного устройства должен обеспечи
вать достаточные выходные напряжение и ток;
зарядное устройство должно обеспечивать ручную уста
новку или автоматическую регулировку напряжения и
тока заряда; для некоторых типов аккумуляторов их значе
ния должны быть стабилизированы в пределах допусков;
автоматические зарядные устройства должны иметь основ
ную и дублирующие схемы отключения батареи по окон
чании заряда;
должны быть предусмотрены устройства защиты от корот
кого замыкания, перегрева аккумуляторной батареи.
Построение схемы простейшего зарядного устройства зависит от принципов заряда, которых, в общем, два: ограничение тока заряда и ограничение напряжения заряда. Принцип заряда с ограничением его тока применяется при заряде никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов, а принцип с ограничением напряжения заряда — при заряде свинцово-кис
лотных и литий-ионных аккумуляторов.
На рис. 8.1 изображена схема простейшего устройства для заряда никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов. Оно состоит из источника питания, например, сетевого и реостата, при помощи которого выставляется начальный ток заряда. Выходное напряжение источника должно превышать на несколько вольт напряжение аккумуляторной батареи, а допустимый ток нагрузки должен быть не менее начального тока заря-
да. Таймер в этой схеме является вспомогательным устройством, предназначенным для прекращения заряда по истечении заданного времени (6...8 ч). Ток заряда никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов выбирают равным С/10
для герметичных аккумуляторов, а для аккумуляторов старых типов с жидким щелочным электролитом — С/4. При заряде акку
муляторы можно соединять в батареи последовательно или параллельно. Соответственно в первом случае потребуется источник питания с выходным напряжением, превышающем суммарное напряжение последовательно соединенных аккумуляторов — N * 1,2 (В), а во втором
случае он должен обеспечивать выходной ток, равный суммарной величине тока заряда каждой ветви. Если производится заряд аккумуляторных батарей разной емкости, аккумуляторы одинаковой емкости должны быть сгруппированы в последовательные цепочки, и для каждой из них необходим свой реостат.
Простейшие зарядные устройства свинцово-кислотных аккумуляторных батарей требуют постоянного напряжения заряда. Раньше в качестве зарядных устройств чаще всего использовали сетевые блоки питания, выходное напряжение которых регулировалось ступенчато или плавно. В настоящее время в качестве простых зарядных устройств используют импульсные блоки питания или трансформаторные блоки питания со стабилизацией выходного напряжения.
Очень быстрое развитие электроники, совершенствование ее элементной базы привели к появлению специализированных микросхем зарядных устройств, способные автоматически обеспечить заряд аккумуляторной батареи по заданному алгоритму и предназначенные для заряда аккумуляторов любого типа. Кроме того, некоторые типы микросхем помимо заряда обеспечивают измерение емкости аккумулятора или аккумуляторной батареи и
степени ее разряда. В этой главе мы рассмотрим принципы схемотехнического построения современных зарядных устройств на основе наиболее простых микросхем, поскольку описания программируемых микросхем зарядных устройств по
объему столь велики, что не представляется возможным привести их в данной книге.
Микросхемы зарядных устройств выпускают многие фирмы, мы же приведем описания некоторых микросхем двух компаний — Dallas/Maxim и Unitrode
1, входящей в группу компаний Texas Instruments. Продукция этих компаний хорошо знакома и
доступна на российском рынке.
8.2. Зарядные устройства никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов
Несложные зарядные устройства можно реализовать на основе микросхем фирмы MAXIM MAX712 или МАХ713. Микросхема МАХ712 используется для скоростного заряда никель-кадмиевых аккумуляторов, а МАХ713 — никель-кадмиевых
и никель-металлгидридных аккумуляторов. Напряжение источника питания зарядного устройства может составлять от нескольких вольт до нескольких десятков вольт. Главное, чтобы оно превышало максимальное напряжение подключенной аккумуляторной батареи из расчета не менее 1,5 В на элемент. Коли
чество одновременно заряжаемых элементов программируется и может составлять от 1 до 16. Максимальный ток заряда — до 4С. Заряд прекращается по методу -AV/At или по пороговому значению температуры батареи.
На рис. 8.2, а показана простейшая схема линейного зарядного устройства, а на рис. 8.2, б — расположение выводов микросхем МАХ712, МАХ713. Зарядные устройства на основе МАХ712, МАХ713 могут работать или в линейном, или в импульсном режиме. Работа в импульсном режиме позволяет снизить рассеиваемую мощность на элементах (прежде всего на регулирующем транзисторе) зарядного устройства.
Рис. 8 2 Схема линейного зарядного устройства и расположение выводов микросхем МАХ712, МАХ713
Ток заряда аккумуляторной батареи определяется временем заряда: чем оно меньше, тем больше ток. Микросхемы МАХ712, МАХ713 обеспечивают минимальный ток заряда, равный С/4, что соответствует времени заряда 264 мин (более четырех часов).
Ток скоростного заряда определяют из соотношения:
где С — емкость в мАч; t — время, ч; IFAST — ток, А.
При работе в линейном режиме следует учитывать максимальную мощность рассеивания:
Как для линейного, так и для импульсного режима работы максимальный потребляемый ток микросхемы через вывод V+ составляет 5...20 мА. Исходя из этого, рассчитывают сопротивление резистора R1:
Сопротивление токочувствительного резистора RSENSE определяют по формуле:
В данной формуле 0,25 В или 250 мВ — порог чувствительности напряжения прекращения заряда по методу -ΔV.