Универсальное зарядно-питающее устройство

В статье описывается многофункциональное устройство, позволяющее продлить срок службы Ni-MN аккумуляторов, использующихся во многих электронных устройствах с автономным питанием.

Для устранения последствий негативных временных про­цессов в Ni-MN аккумуляторах (АК), используемых для пита­ния различной аппаратуры, в том числе тонометра UB-201, необходимо проводить периодические тренировочные циклы заряд-разряд для сохранения однородности физических свойств структур, которые находятся внутри самого АК, для чего по­требуется зарядно-разрядное устройство.

Один из возможных вариантов изготовления простого заряд­но-разрядного устройства приведён в [1]. Предлагается более сложное универсальное зарядно-питающее устройство (УЗПУ) для автоматического тонометра OMRON M2 Basic модели UB-201, которое может работать в таких основных режимах:

• режим динамического заряда АКБ во время положи­тельной полуволны питающего напряжения стабильным фиксированным током заряда 100 мА с частотой 25 Гц;
• режим динамического разряда АКБ (тренировка) во вре­мя отрицательной полуволны питающего напряжения с частотой 25 Гц, ток разряда 10 мА;
• режим статического разряда АКБ стабильным током раз­ряда 100 мА;
• режим сетевого источника для питания тонометра, кото­рый подключается к нему через штатный соединитель;
• режим светильника с двумя подрежимами: работа источ­ника света от батарей (использование АКБ тонометра или гальванических батарей) и работа источника света от сети 220 В/50 Гц;
• мультирежим, имеет два коммутируемых подрежима, ког­да используется либо АКБ, либо сетевой источник одно­временно для работы тонометра и светильника;
• режим источника постоянного тока для питания внешних устройств мощностью 4…5 Вт.

Схема УЗПУ показана на рис.1. Состоит она из сетево­го трансформатора Т1, двух выпрямителей на диоде VD3 и диодном мосте VD4, двух стабилизаторов тока на транзисто­рах VT1 и VT5, компенсационного стабилизатора напряже­ния на транзисторах VT2-VT4. Однополупериодный выпря­митель на диоде VD3 использован для организации импульс­ного динамического режима для заряда АКБ, а точнее, ре­жима динамического цикла заряд/разряд с соотношением дли­тельностей 10/1. Схема зарядного устройства состоит из эле­ментов R1, R3, VD1, VD2 и VT1.

Рис. 1

Особенностью его схемы является использование в каче­стве источника опорного напряжения светодиода VD2, приме­нение которого благодаря положительному ТКСН позволяет не только улучшить общую ТКСН устройства, но и получить ин­дикацию его работы, поскольку светодиод будет светиться толь­ко при подключении заряжаемой АКБ (что индицирует нали­чие всех контактов между АК в кассете, в которой они уста­новлены для заряда). Диод VD1 служит для защиты светодио­да VD2 от возможного приложения обратного напряжения.

Схема работает следующим образом. Во время положитель­ной полуволны питающего напряжения значение тока через ста­билизатор тока равно 112 мА, 12 мА из которых ответвляются на цепочку R5VD10VD9, а 100 мА — на заряд АКБ. Во время отрицательной полуволны происходит разряд АКБ током 12 мА через цепочку R5VD10VD9. Светодиод VD9 помимо элемента нагрузки при динамическом разряде также выполняет и функ­цию световой индикации наличия динамического разряда. Ди­од VD6 предотвращает разряд АКБ через элементы стабилиза­тора тока заряда при отключении сетевого питания.

Схема разрядного устройства полностью аналогична схе­ме зарядного устройства и состоит из стабилизатора тока на VT5 и нагрузки из белых светодиодов VD11-VD13 и VD16, VD17, которые включёны параллельно. Общий ток через на­грузку равен 100 мА.

Особенностью схемы является погасание опорного све­тодиода VD8 стабилизатора тока разряда при понижении на­пряжения на АКБ ниже 4,0 В, что индицирует окончание про­цесса её разряда. Следует отметить, что некоторое свечение кристаллов белых светодиодов VD11-VD13 и VD16 при этом ещё имеется.

Измерение напряжения на АКБ при разряде возможно при подключении внешнего вольтметра к контактам соеди­нителя XS1.1 и XS1.3. Для питания тонометра от сети исполь­зуется компенсационный стабилизатор напряжения на VT2-VT4. Особенность схемотехники такого стабилизатора напряжения — наличие триггерного эффекта при коротком за­мыкании по выходу (при токе выше 0,7 А).

Для защиты электрической схемы тонометра от превы­шения напряжения питания предусмотрено устройство на эле­ментах R9, VD14, VD15, VS1, которое представляет собой аналог порогового элемента (динистора) с напряжением вклю­чения 6,7 В. При появлении на выходе сетевого источника питания напряжения, превышающего это значение, порого­вый элемент открывается и замыкает выход стабилизатора напряжения, что, в свою очередь, должно вызвать его пере­ход в закрытое состояние. Если переход Э-К регулирующего транзистора VT4 пробит, то такое состояние устройства вы­зывает разрушение плавкого предохранителя FU1.

АКБ в УЗПУ может находиться в трёх состояниях: заря­жаться, просто на хранении и в режиме разряда стабиль­ным током (подрежим «светильник»).

Конструкция и детали

Трансформатор Т1 собран на магнитопроводе из транс­форматорной стали Ш14х58.

Обмотка I трансформатора Т1 имеет 1716 витков прово­да ПЭТВ диаметром 0,15 мм, обмотка II — 78 витков прово­да ПЭТВ диаметром 0,7 мм. Ток «холостого хода» трансфор­матора в авторском варианте составляет 7 мА. Можно так же использовать готовый трансформатор с выходным напря­жением 10 В и током 0,7 А.

Постоянные резисторы типа МЛТ, мощность в соответст­вии с рис.1. Переменный резистор R7 типа СП5-2. Оксид­ные конденсаторы типа К50-35. Конденсатор С2 типа К73-17.

Переключатели режимов SA1 МТ-1 на два положения, а SA2 импортный на три положения со сред­ним нейтральным.

Передняя панель имеет размеры 87х55 мм и изготовлена из стеклотекстолита толщи­ной 1,2 мм. Крышка УЗПУ изготовлена из листовой стали толщиной 0,35 мм и имеет размеры 87х95х55 мм. Нижняя часть кор­пуса изготовлена из фанеры толщиной 5 мм. Между собой элементы корпуса соединены с помощью шурупов длиной 10 мм.

Транзистор VT4 установлен на алюми­ниевый радиатор с площадью 150 см² без изоляционной прокладки. Транзисторы VT1 и VT5 типа 2SA1837 в стабилизаторах то­ка применены из соображений удобства их конструктивного исполнения, поскольку они имеют пластмассовый корпус, что позво­ляет закрепить их на одном радиаторе с транзистором VT4 без изолирующих про­кладок. При отсутствии таких транзисто­ров можно применить отечественные тран­зисторы марок КТ814-КТ816, которые при­дётся крепить к корпусу радиатора через слюдяную прокладку.

Внешний вид УЗПУ без крышки пока­зан на рис.2, а в сборе — на фото в начале статьи.

Рис. 2

Настройка

Стабилизатор тока заряда

Сначала следует установить ток через источник опорно­го напряжения светодиод VD2. Для этого цепочку R3VD1VD2, параллельно диодам которой временно присоединён вспо­могательный конденсатор 100 мкФ 16 В, следует отключить от схемы стабилизатора тока заряда и подключить последо­вательно через миллиамперметр к катоду диода VD3. Под­бором резистора R3 установить ток в цепи 10 мА. Вспомо­гательный конденсатор отключить.

Вместо резистора R1 следует временно включить прово­лочный переменный резистор сопротивлением 20 Ом, пред­варительно установив его на максимум сопротивления, и под­ключить стабилизатор тока к катоду диода VD3. Включить между коллектором VT1 и катодом диода VD6 амперметр.

Включить источник питания. При этом должен светиться светодиод VD2, а амперметр показывать некоторое значение тока. Уменьшая сопротивление временного переменного рези­стора, установить значение тока в цепи 112 мА. При отключе­нии миллиамперметра светодиод VD2 должен погаснуть.

Теперь следует установить ток в разрядной цепи, для че­го необходимо отсоединить цепь R5VD9VD10 от схемы, вклю­чить последовательно с ней миллиамперметр и подать на неё от вспомогательного источника постоянного напряжение 5,6 В (1,4 Вх4) в соответствующей полярности. Подбором резистора R5 установить ток в цепи 12 мА. Восстановить все соединения в схеме.

Стабилизатор тока разряда

Настройка стабилизатора тока разряда проводится ана­логично приведённой выше методике настройки стабилизато­ра тока заряда, в соответствии со значениями, указанными на рис.1.

Примечание по настройке: светодиоды источников опор­ного напряжения упомянутых стабилизаторов тока при от­ключенной нагрузке не должны светиться.

Настройка источника стабилизированного напряжения за­ключается в установке с помощью переменного резистора R7 выходного напряжения 6 В и тока через опорный эле­мент (диод VD7) 17…20 мА с помощью резистора R6, а так­же проверке работы его схемы в режиме короткого замыка­ния (0,7…0,8 А).

Литература

1. Ёлкин С.А. Зарядно-разрядное устройство с независи­мыми функциями заряда и разряда // Электрик. — 2011. — №9. — С.52.

Автор: Сергей Ёлкин, г. Житомир