Глава 8 СХЕМОТЕХНИКА ЗАРЯДНЫХ УСТРОЙСТВ

Глава 8 СХЕМОТЕХНИКА ЗАРЯДНЫХ УСТРОЙСТВ

Рис. 8.1. Простейшее устройство для заряда никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов

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-кис­лотных 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 акку­муляторы 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

140

Схемотехника зарядных устройств

Схемотехника зарядных устройств

141

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 Unitrode¹, 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. Коли­чество 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; I_FAST — 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 R_SENSE опре­деляют по формуле:

¹ Фирма Unitrode имеет свою торговую марку Benchmarq. Под этой маркой от компании Texas Instruments продаются многие ее микросхемы.

142

143