0

Буферный блок питания или зарядное устройство для гелевых аккумуляторов

Кислотные батареи, в частности не требующие обслуживания версии с электролитом в форме геля, благодаря их относительно низкой цене и условиям эксплуатации все еще находят множество применений в схемах буферного питания. Описанная схема блока питания / зарядного устройства предназначена для зарядки аккумулятора 1,2 … 7 А·ч с напряжением 12 В и током до 0,5 А.

Буферный блок питания или зарядное устройство для гелевых аккумуляторов

Буферный блок питания или зарядное устройство для гелевых аккумуляторов

Представленная схема буферного источника питания или зарядного устройства используется для зарядки батареи на 1,2 … 7 А·ч с типичным  напряжением 12 В и током до 0,5 А. В основе схемы устройства находится интегральная микросхема BQ24450 от Texas Instruments, содержащая полный контроллер процесса зарядки. Блок-схема BQ24450 показана на рисунке 1, а принципиальная схема зарядного устройства на ее основе — на рисунке 2.

Буферный блок питания или зарядное устройство для гелевых аккумуляторов

Рис. 1

Зарядное устройство работает от обычного сетевого трансформатора, подающего напряжение 16 … 18 В переменного тока. Переменное напряжение подключается к разъему (провода 1 и 2), откуда, после выпрямления в мосту Гретца, состоящего из диодов D1 … D4 и фильтрации через конденсатор CE1, он питает схему зарядки.

Буферный блок питания или зарядное устройство для гелевых аккумуляторов

Рис. 2

Также, зарядное устройство может работать от источника с постоянным напряжением в диапазоне 18 … 24 В, подключая блок питания к клеммам 1 («+») и 3 («-»). Несмотря на широкий диапазон напряжения питания, необходимо ограничить значение входного напряжения из-за потери мощности. Зарядное устройство является линейным регулятором, и любая ненужная избыточная мощность теряется в виде тепла, особенно в начале процесса зарядки, когда напряжение аккумулятора является самым низким. Для правильной работы схемы разница напряжения между входом и выходом U1 составляет 3 В, когда батарея полностью заряжена.

Микросхема U1 настроена для работы в двухступенчатом режиме зарядки с током предварительной зарядки. Операция BQ24450-спрэд начинается, когда напряжение превышает 4,5 В, если аккумуляторное напряжения ниже, чем VTH опорного напряжения (измеряется путем удаления CE, как правило, Vref = 2,3 V):

VTH = VREF × (RA + RB + RC//RD) ÷ (RB + RC//RD)

В прототипе автора VTH был установлен на 10,5 В. Зарядный ток обеспечивается U1, транзистор Q1 отключается, а значение тока устанавливается с помощью резистора R12 примерно до 80 мА (для Vin = 18 В):

IPRE = (VIN – 2 – VBAT) ÷ R12.

Это предотвращает нагрев сильно посаженой батареи, когда зарядка будет проходить при максимальном токе. После превышения порога низкого напряжения батареи внутренняя цепь, ответственная за зарядку, отключается, и Q1, управляемый из схемы компаратора, измеряющей уменьшение на резисторах R1 и R2, соединенных параллельно, отвечает за регулирование тока зарядки. Зарядный ток определяется в соответствии с выражением: IMAX CHG = VILIM ÷ (R1 // R2). Для сопротивлений, указанных на диаграмме, зарядный ток составляет 0,5 А (Vi-lim = 250 мВ). Если зарядное устройство используется в буферной системе, его значение должно быть выбрано для зарядки аккумулятора, загруженного системой в течение определенного времени. Зарядка с максимальным током длится до тех пор, пока аккумулятор не достигнет апряжения 14,7 В (Boost), которое поддерживается зарядным устройством. Значение напряжения Vboost рассчитывается по формуле: VBOOST = VREF × (RA + RB + RC // RD) ÷ RC // RD.

Аккумуляторная батарея снижает энергопотребление если падение напряжения на резисторах R1 / R2 достигает 25 мВ (10% от зарядного тока). Схема переходит в состояние удержания (с плавающей точкой). Батарея заряжена на 100%, когда напряжение на ее клеммах составляет 13,8 В. Значение напряжения Vfloat рассчитывается по формуле: VFLOAT = VREF × (RA + RB + RC) ÷ RC. Если потребляемый ток не превышает зарядный ток, зарядное устройство полностью заряжено. Если потребляемый ток выше, напряжение на разряженной батарее уменьшается, и цикл зарядки повторяется. Два режима поплавка / ускорения позволяют быстро перезарядить аккумулятор и поддерживать его в надлежащем состоянии в течение всего срока службы. Светодиоды ST1 и ST2 отображают рабочее состояние системы, оптопара разделяет сигнальную цепь и изменяет пороги зарядки, не теряя возможности сигнализировать о внутренних состояниях системы с помощью диода ST1.

Зарядное устройство сигнализирует о трех состояниях зарядки:

  1. Запас, ST1 включен, напряжение батареи ниже порога 95 % Boost.
  2. Boost, оба светодиода включены.
  3. Поплавок, оба диода гаснут.

Схема обеспечивает цикличность процесса зарядки в зависимости от состояния батареи. Система компенсации зарядного напряжения, встроенная в U1, обеспечивает коррекцию зарядного напряжения в зависимости от температуры, соответствующей характеристикам гелевой батареи.

Буферный блок питания или зарядное устройство для гелевых аккумуляторов

Рис. 3

Авторская модель собрана на небольшой двусторонней печатной плате, расположение компонентов которой показано на рисунке 3. Транзистор Q1 установлен на радиаторе. Место соприкосновения с радиатором следует смазать термопастой, установка устройства не требует описания. Из-за компенсации зарядного напряжения должны быть обеспечены аналогичные температурные условия для батареи, системы U1 и радиатора Q1, чтобы это не влияло на измерение температуры. Если требуется больший зарядный ток (до 1,5 А), поместите транзистор Q1 на внешний радиатор с соответственно большей поверхностью. Плата также позволяет адаптировать другие режимы, путем соответствующего монтажа элементов Ra-Rd. Каждый из резисторов настройки напряжения состоит из двух элементов, соединенных последовательно. Это было сделано для облегчения выбора значений среди типичных резисторов с допуском 1%, например, при настройке рабочих условий для 6-вольтовой батареи или при настройке напряжения для циклического режима.






Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.