Зарядно-разрядное устройство с независимыми функциями заряда и разряда

В процессе эксплуатации как отдельных акку­муляторов (АК), так и аккумуляторных батарей (АКБ), которые служат источниками питания в со­временной бытовой технике, например, в тономе­трах, видео и фото камерах, и используются не в очень активном режиме (время от времени, при надобности), необходимо помнить, что АК, в отли­чие от гальванических элементов, для поддержа­ния нормальной работоспособности необходимо обслуживать, проводя тренировочный цикл заряд-разряд хотя бы один раз в месяц [1].Там же в [1] были приведены и литературные источники, в которых описывалось профессио­нальное оборудование, которое используется для комплексного обслуживания как отдельных АК, так и АК батарей. Очевидно, что такое доро­гостоящее оборудование экономически целесо­образно использовать при обслуживании доста­точно большого количества АК.

В случае же проведения аналогичного обслужи­вания для одного или нескольких АК, подход к алго­ритму создания зарядно-разрядного устройства (ЗРУ) вполне может быть существенно упрощен. О модернизации ЗУ, которое имело только функцию независимого заряда каждого АК, упоминалось в [3].

Таким образом, ЗУ преобразовано в ЗРУ, ко­торое имеет следующие параметры:

• значение тока заряда фиксировано и равно 100 мА;
• индикация наличия тока заряда для каждого АК — индивидуальная (световая), оценка — ви­зуальная;
• цикл заряда — по времени нахождения в ЗУ после полного разряда;
• переключение из режима заряда в режим разряда производится вручную;
• индикация тока, оценка состояния АК, который находится в режиме разряда — визуальная;
• заряд (разряд) для каждого АК как индивиду­альный, так и совместный, индикация световая;
• ток разряда каждого АК — 75 мА;
• минимальное напряжение на АК при оконча­нии разряда — 1 В, оценка — визуальная;
• минимальное напряжение на любом из АК, при котором разряд прекращается автома­тически — 0,31 В;
• дополнительная функция — проверка одного АК на проводимость (обрыв, или высокое вну­треннее сопротивление), индикация исполь­зуется индивидуальная (световая), а оценка визуальная.

ЗРУ относится к устройствам эконом-класса. Устройство предназначено для обслуживания двух аккумуляторов, которые используются как источник питания для фотоаппарата «OLYMPUS FE 120». Электрическая схема устройства приве­дена на рис.1.

В качестве источника питания ЗРУ использова­но ЗУ марки ASP-7E (блок А1), которое является ак­сессуаром сотового телефона Nokia 1100 и конст­руктивно содержит понижающий трансформатор, и двухполупериодный мостовой выпрямитель.

Такое решение является оптимальным как с точки зрения экономии средств, так и с точки зрения загрузки уже имеющегося устройства, ко­торое используется по своему прямому назначе­нию периодически.

Сопротивление первичной обмотки трансфор­матора Т1 ЗУ АСП-7Е равно 1,7 кОм, ток холосто­го хода первичной обмотки — 4 мА, напряжение холостого хода на выходе выпрямителя — 8,5 В.

Были измерены параметры ЗУ в режиме ко­роткого замыкания (КЗ) во вторичной обмотке, и при токе потребления вторичной обмотке 200 мА. Измерения проводились следующим образом: в цепь первичной обмотки силового трансформа­тора Т1 ЗУ ASP-7Е через последовательную ро­зетку [3] был включен мультиметр Ц4342, а вы­ходной соединитель кратковременно замкнут. Ток КЗ выпрямителя равнялся 0,75 А. При этом, значение тока через первичную обмотку увеличи­лось до 40 мА.

Затем к выходу выпрямителя на диодах VD1-VD4 (блок А1) так же последовательно были при­соединены мультиметр Ц4342, и мощный пере­менный резистор, при помощи которого был уста­новлен ток потребления 200 мА. При такой нагруз­ке напряжение на выходе выпрямителя уменьши­лось до 5,13 В. При этом сопротивление введён­ной части потенциометра (т.е. нагрузки) равнялось 25,6 Ом, а ток потребления ЗУ АSР-7Е от пи­тающей сети 220 В /50 Гц был равен 10 мА.

С такой нагрузкой ЗУ ASP-7Е было включено в питающую сеть 220 В на 24 часа. После чего сен­сорно была определена температура корпуса ЗУ, которая не превышала 40 °С.

Исходя их всего этого, был сделан вывод о воз­можности долговременного использования ASP-7Е совместно с ЗРУ.

Работа устройства

Поскольку активной нагрузкой в режи­ме разряда является лампа накаливания EL1, штатные токоограничительные рези­сторы, которые были установлены на пла­те индикации ЗРУ, удалены, и заменены перемычками.

Ток нагрузки в основном определяется сопро­тивлением нити накала лампы HL1 и при заряде двух АК он равен 200 мА, при этом напряжение на лампе HL1 не превышает 2,46 В.

В режиме заряда АК схема работает следую­щим образом: положительное выпрямленное на­пряжение с ЗУ АСП-7Е поступает на аноды раз­делительных диодов VD1 и VD2 (блок А2), и через RЗ на светодиод VD3 индицирующий подключе­ния питания.

Затем, разветвляясь по цепям заряда каждого АК, оно поступает на датчики тока заряда — резис­торы R2 и R3 и светодиодные индикаторы тока за­ряда VD4 и VD5, с катодов которых попадает на кон­тактные гнёзда ХS2 и ХS3, а затем — на АК G1 и G2.

С соединенных параллельно контактных гнёзд ХS4 и ХS5 напряжение поступает на лампу НL1, и через переключатель режимов SA1, на минус ис­точника питания.

В режиме разряда лампа HL1 при помощи пе­реключателя SA1 подключается через раздели­тельные диоды VD6 и VD7 к положительным элект­родам АК, в результате чего происходит их разряд.

Контроль за состоянием разряда производит­ся визуально по погасанию накала лампы НL1, что происходит при напряжении на ней примерно 1 В.

Автоматическое отключение АК, который разряжается, происходит при напряжении 0,31 В, когда ток через p-n переход германиевых развя­зывающих диодов VD6 и VD7, в соответствии с их физическими свойствами, прекращается.

Конструкция

В авторском варианте для ЗРУ была использо­вана имевшаяся в наличии часть корпуса от ЗУ с функцией раздельного заряда и индикации (без нижней крышки с присоединительными сетевы­ми контактами и силового трансформатора).

Для получения конструкции ЗРУ, как закончен­ного конструктивного узла, по чертежу рис.2 бы­ла изготовлена его нижняя крышка.

В корпусе ЗРУ имеются отсеки, которые пред­назначены для установки двух цилиндрических АК как типоразмера ААА, или АА, а так же штатная печатная плата, на которой установлены развязывающие диоды, токоограничительные резис­торы, и элементы световой индикации.

Детали

Тип лампы HL1 — как элемента, выбран из сооб­ражений максимального упрощения как зарядного, так и разрядного устройств, поскольку, к примеру, «правильное» разрядное устройство со стабильны­ми параметрами тока в диапазоне 1,2 В — 1 В реализовать отнюдь не так просто, как этого хотелось!

К тому же, такая лампа широко распространена.

При отсутствии диодов типа Д7Г, их можно заме­нить современными диодами с барьером Шоттки, например, 1N5818, 1N5822, падение напряжения в прямом направлении у них примерно совпадает с падением напряжения на германиевых диодах.

Поскольку диаметр фланца диодов VD6 и VD7 имел больший линейный размер, чем высота от дна зарядных отсеков до нижней крышки корпуса ЗРУ, его размеры сверху и снизу были уменьше­ны (симметрично спилен напильником) до раз­мера цилиндрической части корпуса диода.

Переключатель SA1 — использован импорт­ный, малогабаритный со средним нейтральным положением, который конструктивно «вписался» в имеющееся свободное место внутри корпуса устройства. Возможно применение и двухпози­ционного малогабаритного переключателя с со­ответствующими габаритами, например, МТ-1.

Настройка

Т.к. силовые трансформаторы, первичная об­мотка которых намотана тонким проводом, име­ют сложно прогнозируемое уменьшение выход­ного напряжения под нагрузкой относительно на­пряжения холостого хода, то поэтому приведу рекомендации по настройке цепи световой инди­кации заряда одного АК подробно.

Настройка под данный источник, (в авторском варианте — ЗУ ASP-7E) цепей индикации прово­дится в режиме имитации короткого замыкания (КЗ) между контактными гнёздами XS2, XS4, и XS3, XS5 из соображений, что на практике такой случай вполне возможен. А это не должно приве­сти к превышению максимальных токов через светодиоды VD4, и VD5 и их выходу из строя.

Для проведения настройки присоединяют к схеме ЗПУ ЗУ ASP-7E, а последовательно со све­тодиодом VD4 включают мультиметр.

Вместо датчика тока — резистора R2 временно устанавливают проволочный потенциометр номиналом 10 Ом, подвижный контакт которого установлен на максимальное сопротивление. За­мыкают гнёзда XS2, XS4 перемычкой, и посте­пенно уменьшают сопротивление вспомогатель­ного потенциометра, добиваются получения тока через светодиод VD4, равного 20 мА. Удаляют пе­ремычку, которая замыкает гнёзда XS2, XS4, и ус­танавливают в отсек заведомо исправный АК.

Значение тока через светодиод VD4 при этом будет около 12 мА, а падение напряжения на вспомогательном потенциометре около 1,18 В.

Измеряют сопротивление введённой части вспомогательного потенциометра, и заменяют потенциометр постоянным резистором с таким же значением. Это и будет резистивный датчик тока R2.

В авторском варианте резистивные датчики тока R2и RЗ были составлены из двух соединён­ных параллельно резисторов МЛТ-0,125 12 Ом.

В процессе налаживания, после установки обоих резистивных датчиков оказалось, что при установке в любое из гнёзд одного исправного АК светодиод индикатора тока заряда (для дан­ного гнезда) светился, а вот при установке второ­го АК — гас!

Измерения падения напряжений на резис­тивных датчиках тока R2 и R3 при двух установ­ленных АК показали, что падение напряжения на них в таком случае равны 0,638 В. Поэтому светодиоды индикаторов тока, естественно, не светились!

Причина — всё та же — «просадка» питающего напряжения при увеличении нагрузки на выпрями­тель в два раза!

Следует отметить, что данный факт для кон­троля процесса заряда отнюдь не следует отно­сить к недостаткам схемотехнического решения, поскольку световая индикация, так или иначе, имеется!

Только в случае с зарядом одного АК она двой­ная — светятся и светодиодный индикатор тока АК, установленного в данный отсек, и лампа НL1, а в случае заряда двух АК — светятся только лам­па НL1.

Очевидно, что применение лампы НL1, как элемента, обеспечивает вполне достаточную для бытовых применений точность индикации как процесса заряда, так и процесса разряда, а так же и оценки момента его окончания, что достига­ется периодическим визуальным контролем за состоянием накала её нити.

Так же следует отметить, что при случайных КЗ в обоих отсеках лампа НL1 не выходит из строя, поскольку ток через неё в таком случае не превышает 220 мА, и в этом случае «просадка» напряжения источника питания АSР-7Е играет уже положительную роль!

Литература

1. Ёлкин С.А. Обзор источников питания для бы­товой техники // Радиоаматор. — 2010. — №10.- С.43.
2. Ёлкин С.А. Модернизация зарядно-питающего устройства // Электрик. — 2008. — №9. — С.78.
3. Ёлкин С.А. Кубик для ремонтника // Конструк­тор. — 2004. — №6. — С. 13.

Автор: Сергей Ёлкин, г. Житомир
Источник: Радиоаматор №5/2016