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].
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.
Figure. 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.
Work device
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.
Design
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.
Fig. 2
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.
Details
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.
Configuring
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!
Literature
- Ёлкин С.А. Обзор источников питания для бытовой техники // Радиоаматор. – 2010. – №10.- С.43.
- Ёлкин С.А. Модернизация зарядно-питающего устройства // Электрик. – 2008. – №9. – С.78.
- Ёлкин С.А. Кубик для ремонтника // Конструктор. – 2004. – №6. – С. 13.
Author: Sergei Elkin, Zhitomir
Source: Радиоаматор №5/2016