Il post discute un semplice circuito di ricarica NiCd con una protezione automatica da sovraccarico e una carica a corrente costante.
Quando si tratta di caricare correttamente una cella al nichel-cadmio, si raccomanda vivamente di interrompere o interrompere il processo di ricarica non appena raggiunge il livello di carica completa. Il mancato rispetto di questa precauzione può influire negativamente sulla vita utile della cella, riducendo notevolmente la sua efficienza di backup.
Il semplice circuito del caricatore Ni-Cad presentato di seguito affronta efficacemente il criterio di sovraccarico includendo servizi come una carica a corrente costante e interrompendo l'alimentazione quando il terminale della cella raggiunge il valore di carica completo.
Principali caratteristiche e vantaggi
- Spegnimento automatico a pieno livello di carica
- Corrente costante durante tutta la carica.
- Indicazione LED per interruzione della carica completa.
- Consente all'utente di aggiungere più fasi per caricare fino a 10 celle NiCd contemporaneamente.
Schema elettrico
Come funziona
La semplice configurazione qui descritta è progettata per caricare una singola cella 'AA' da 500 mAh con la velocità di carica consigliata di circa 50 mA, tuttavia potrebbe essere convenientemente personalizzata in modo economico per caricare più celle insieme ripetendo l'area mostrata in linee tratteggiate.
La tensione di alimentazione per il circuito viene acquisita da un trasformatore, un raddrizzatore a ponte e un regolatore IC 5 V.
La cella è caricata con un transistor T1 configurato come una sorgente di corrente costante.
T1 d'altra parte è controllato da un comparatore di tensione utilizzando un trigger TTL Schmitt N1. Durante il tempo in cui la cella si carica, la tensione ai terminali della cella viene mantenuta a circa 1,25 V.
Questo livello sembra essere inferiore alla soglia di trigger positiva di N1, che mantiene alta l'uscita di N1, e l'uscita di N2 diventa bassa, consentendo a T1 di ottenere la tensione di polarizzazione di base attraverso il potenziale divisore R4 / R5.
Finché la cella Ni-Cd si carica il LED D1 resta acceso. Non appena la cella si avvicina allo stato di carica completa, la sua tensione ai terminali sale a circa 1,45 V. A causa di ciò, la soglia di attivazione positiva di N1 aumenta provocando un aumento dell'uscita di N2.
Questa situazione disattiva immediatamente T1. La cella ora smette di caricarsi e anche il LED D1 è spento.
Poiché il limite di attivazione positivo di N1 è di circa 1,7 V ed è controllato da una tolleranza specifica, R3 e P1 sono incorporati per modificarlo a 1,45 V. Il limite di attivazione negativo del trigger di Schmitt è di circa 0,9 V, che risulta essere inferiore rispetto alla tensione ai terminali anche di una cella completamente scarica.
Ciò implica che il collegamento di una cella scarica nel circuito non attiverà mai l'avvio automatico della carica. Per questo motivo è incluso un pulsante di start S1 che, quando premuto, prende l'input di NI basso.
Per caricare più celle è possibile ripetere separatamente la porzione di circuito rivelata nel riquadro tratteggiato, una per ogni batteria.
Ciò garantisce che, indipendentemente dai livelli di scarica delle celle, ciascuna di esse venga caricata individualmente al livello corretto.
Progettazione PCB e sovrapposizione di componenti
Nella progettazione PCB di seguito, due fasi sono duplicate per consentire la ricarica simultanea di due celle Nicad da una singola scheda.
Caricatore Ni-Cad utilizzando una resistenza
Questo particolare semplice caricatore potrebbe essere costruito con parti che potrebbero essere viste in quasi tutti i contenitori di spazzatura di qualsiasi costruttore. Per una durata ottimale (numero di cicli di carica) le batterie Ni-Cad devono essere caricate con una corrente relativamente costante.
Ciò viene spesso ottenuto piuttosto facilmente caricando tramite un resistore da una tensione di alimentazione molte volte superiore alla tensione della batteria. La variazione della tensione della batteria durante la ricarica avrà probabilmente un'influenza minima sulla corrente di carica. Il circuito proposto è costituito solo da trasformatore, raddrizzatore a diodi e resistore in serie come indicato in figura 1.
L'immagine grafica associata facilita la determinazione del valore del resistore in serie necessario.
Una linea orizzontale viene tracciata attraverso la tensione del trasformatore sull'asse verticale finché non incrocia la linea di tensione della batteria specificata. Quindi, una linea tirata verticalmente verso il basso da questo punto per incontrare l'asse orizzontale ci fornisce successivamente il valore di resistenza necessario in ohm.
Ad esempio, la linea tratteggiata dimostra che se la tensione del trasformatore è 18 V e la batteria Ni-Cd da caricare è 6 V, il valore di resistenza sarà di circa 36 ohm per il controllo di corrente previsto.
Questa resistenza indicata è calcolata per fornire 120 mA, mentre per alcune altre velocità di corrente di carica il valore del resistore dovrà essere ridotto adeguatamente, ad es. 18 ohm per 240 mA, 72 ohm per 60 mA ecc. D1.
Circuito del caricatore NiCad che utilizza il controllo automatico della corrente
Le batterie al nichel-cadmio richiedono generalmente una carica a corrente costante. Il circuito del caricabatterie NiCad mostrato di seguito è sviluppato per fornire 50 mA a quattro celle da 1,25 V (tipo AA) o 250 mA a quattro celle da 1,25 V (tipo C) collegate in serie, anche se potrebbe essere semplicemente modificato per vari altri valori di carica.
Nel discusso circuito del caricatore NiCad R1 e R2 fissano la tensione di uscita a vuoto a circa 8V.
La corrente di uscita viaggia per mezzo di R6 o R7, e man mano che aumenta il transistore Tr1 viene gradualmente acceso.
Questo causa punto Y aumentare, accendendo il transistore Tr2 e abilitando il punto Z a diventare meno positivo.
Il processo di conseguenza diminuisce la tensione di uscita e tende ad abbassare la corrente. Alla fine viene raggiunto un livello di equilibrio che è determinato dal valore di R6 e R7.
Il diodo D5 inibisce la batteria che si sta caricando, fornendo alimentazione all'uscita IC1 in caso di rimozione del 12V, che potrebbe altrimenti causare gravi danni all'IC.
L'FS2 è incorporato per proteggere dai danni alle batterie sotto carica.
La scelta di R6 e R7 avviene attraverso alcune prove ed errori, il che significa che avrai bisogno di un amperometro con un intervallo adeguato, oppure, se i valori R6 e R7 sono veramente noti, la caduta di tensione su di essi potrebbe essere calcolata attraverso la legge di Ohm.
Caricatore Ni-Cd utilizzando un singolo amplificatore operazionale
Questo circuito di ricarica Ni-Cd è progettato per caricare batterie NiCad AA standard. Un caricatore speciale è consigliato principalmente per le celle NiCad perché possiedono una resistenza interna estremamente bassa, con conseguente aumento della corrente di carica anche se la tensione utilizzata è solo leggermente superiore.
Il caricabatterie dovrebbe quindi includere un circuito per limitare la corrente di carica a un limite corretto. In questo circuito, T1, D1, D2 e C1 funzionano come un tradizionale circuito di riduzione, isolamento, raddrizzatore a onda intera e filtro CC. Le parti aggiuntive offrono la regolamentazione attuale.
IC1 è impiegato come un comparatore con uno stadio buffer Q1 separato che fornisce una funzionalità di corrente di uscita opportunamente elevata in questo progetto. L'ingresso non invertente di IC1 è fornito con una tensione di 0,65 V: tensione di riferimento presentata attraverso R1 e D3. L'ingresso invertente è collegato a terra tramite R2 entro livelli di corrente di quiescenza, consentendo all'uscita di diventare completamente positiva. Avendo una cella NiCad collegata all'uscita, una corrente elevata può fare uno sforzo attraverso R2, provocando lo sviluppo di una quantità equivalente di tensione attraverso R2.
Potrebbe semplicemente aumentare a 0,6 V, tuttavia, una tensione crescente a questo punto inverte i potenziali di ingresso degli ingressi IC1, causando una riduzione della tensione di uscita e abbassando la tensione intorno a R2 di 0,65 V. La corrente di uscita più alta (e anche la corrente di carica ricevuta) è di conseguenza la corrente generata con 0,65 V su 10 ohm, o semplicemente 65 mA.
La maggior parte delle celle NiCad AA possiede una corrente di carica preferita ottimale non superiore a 45 o 50 mA e per questa categoria R2 deve essere aumentata a 13 ohm in modo da poter avere la corrente di carica appropriata.
Alcune varietà di caricatori rapidi possono funzionare con 150 mA e questo richiede l'abbassamento di R2 a 4,3 ohm (3,3 ohm più 1 ohm in serie nel caso in cui non sia possibile procurarsi una parte ideale).
Inoltre, T1 deve essere migliorato in una variante con una corrente nominale di 250 mA. E Q1 deve essere installato utilizzando un piccolo dissipatore di calore alettato imbullonato. Il dispositivo può facilmente caricare fino a quattro celle (6 celle quando T1 viene aggiornato a un tipo a 12 V) e tutte queste dovrebbero essere collegate in serie sull'uscita e non in parallelo.
Circuito caricatore NiCad universale
La Figura 1 mostra lo schema del circuito completo del caricatore NiCad universale. Viene sviluppata una sorgente di corrente utilizzando i transistor T1, T2 e T3, che offrono una corrente di carica costante.
La sorgente corrente diventa attiva solo quando le celle NiCad sono attaccate nel modo corretto. ICI è posizionato per controllare la rete verificando la polarità della tensione sui terminali di uscita. Se le celle sono montate correttamente, il pin 2 di IC1 non è in grado di ruotare positivamente come sul pin 3.
Di conseguenza, l'uscita di IC1 diventa positiva e assegna una corrente di base a T2, che attiva la sorgente di corrente. Il limite della sorgente di corrente può essere corretto utilizzando S1. Una volta determinati i valori di R6, R7 e RB, è possibile preimpostare una corrente di 50 mA, 180 mA e 400 mA. Mettere S1 al punto 1 mostra che le celle NiCad possono essere caricate, la posizione 2 è destinata alle celle C e la posizione 3 è riservata alle celle D.
Parti varie
TR1 = trasformatore 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = interruttore a 3 posizioni
S2 = interruttore a 2 posizioni
La sorgente attuale funziona utilizzando un principio molto semplice. Il circuito è cablato come una rete di feedback di corrente. Immagina che S1 sia in posizione 1 e che l'uscita IC1 sia positiva. T2 e 13 ora iniziano a ricevere una corrente di base e iniziano la conduzione. La corrente attraverso questi transistor costituisce una tensione intorno a R6, che attiva il funzionamento di T1.
Una corrente crescente intorno a R6 significa che T1 può condurre con maggiore forza riducendo così al minimo la corrente di pilotaggio di base per i transistor T2 e T3.
Il secondo transistor può a questo punto condurre meno e l'aumento iniziale di corrente è limitato. Viene così implementata una corrente ragionevolmente costante mediante R3 e le celle NiCad collegate.
Un paio di LED collegati alla sorgente di corrente indicano lo stato operativo del caricabatterie NiCad in qualsiasi istante. IC1 fornisce una tensione positiva una volta che le celle NiCad sono collegate nel modo giusto illuminando il LED D8.
Se le celle non sono collegate con la polarità corretta, il potenziale positivo sul pin 2 di IC1 sarà maggiore del pin 3, facendo sì che l'uscita del comparatore dell'amplificatore operazionale diventi 0 V.
In questa situazione la sorgente di corrente rimarrà spenta e il led D8 non si accenderà. Una condizione identica può verificarsi nel caso in cui non siano collegate celle per la ricarica. Ciò può accadere perché il pin 2 avrà una tensione maggiore rispetto al pin 3, a causa della caduta di tensione su D10.
Il caricabatterie si attiverà solo quando viene collegata una cella composta da un minimo di 1 V. Il LED D9 mostra che la sorgente di corrente funziona come una sorgente di corrente.
Questo potrebbe sembrare piuttosto strano, tuttavia una corrente di ingresso generata da IC1 non è adeguata, il livello di tensione deve anche essere abbastanza grande da rinforzare la corrente.
Ciò implica che l'alimentazione dovrebbe essere sempre maggiore della tensione attraverso le celle NiCad. Solo in questa situazione la differenza di potenziale sarà sufficiente per il kick-in del feedback di corrente T1, illuminando il LED D9.
Progettazione PCB
Utilizzando IC 7805
Lo schema del circuito seguente mostra un circuito caricabatterie ideale per una cella Ni-cad.
Questo impiega a 7805 regolatore IC per fornire 5V costanti attraverso un resistore, il che fa sì che la corrente dipenda dal valore del resistore, invece che dal potenziale della cella.
Il valore del resistore deve essere regolato in relazione al tipo che viene utilizzato per la ricarica, qualsiasi valore compreso tra 10 Ohm e 470 Ohm potrebbe essere utilizzato a seconda della potenza mAh della cella. A causa della natura fluttuante dell'IC 7805 rispetto al potenziale di terra, questo design potrebbe essere applicato per caricare singole celle Nicad o serie di poche celle.
Ricarica delle celle Ni-Cd da un'alimentazione a 12V
Il principio fondamentale per un caricabatteria è che la sua tensione di carica deve essere superiore alla tensione nominale della batteria. Ad esempio, una batteria da 12 V dovrebbe essere caricata da una sorgente da 14 V.
In questo circuito di ricarica Ni-Cd da 12V, viene utilizzato un duplicatore di tensione basato sul popolare 555 IC. Poiché l'uscita 3 del chip è collegata alternativamente tra la tensione di alimentazione +12 V e la terra, l'IC oscilla.
C3viene addebitato tramite DDuee D3a quasi 12 V quando il pin 3 è un livello logico basso. Nel momento in cui il pin 3 è logico alto, la tensione di giunzione di C3e D3aumenta a 24 V a causa del terminale negativo di C3che è collegato a +12 V, e il condensatore stesso mantiene una carica dello stesso valore. Quindi, il diodo D3diventa di parte inversa, ma D4conduce quel tanto che basta per C4per caricare oltre 20 V. Questa è una tensione più che sufficiente per il nostro circuito.
Il 78L05 nell'ICDueposizioni agisce come un fornitore di corrente che mantiene la sua tensione di uscita, Un, dall'apparire su R3a 5 V. La corrente di uscita, I.n, può essere semplicemente calcolato dall'equazione:
Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA
Le proprietà del 78L05 includono il prelievo di corrente in quanto il terminale centrale (solitamente collegato a terra) dà il nostro circa 3 mA.
La corrente di carico totale è di circa 10 mA e questo è un buon valore per caricare costantemente le batterie NiCd. Per mostrare che la corrente di carica scorre, un LED è incluso nel circuito.
Grafico corrente di carica
La Figura 2 mostra le proprietà della corrente di carica rispetto alla tensione della batteria. È abbastanza evidente che il circuito non è del tutto perfetto in quanto la batteria da 12 V verrà caricata con una corrente che misura solo circa 5 mA. Alcuni motivi per questo:
- La tensione di uscita del circuito sembra diminuire con l'aumento della corrente.
- La caduta di tensione sul 78L05 è di circa 5 V. Tuttavia, è necessario includere altri 2,5 V per garantire che l'IC funzioni con precisione.
- Attraverso il LED, molto probabilmente c'è una caduta di tensione di 1,5 V.
Considerando tutto quanto sopra, una batteria NiCd da 12 V con una capacità nominale di 500 mAh potrebbe essere caricata ininterrottamente utilizzando una corrente di 5 mA. In totale, è solo l'1% della sua capacità.
Precedente: Controllo remoto tramite comunicazione su linea di alimentazione Avanti: Circuito del regolatore di velocità del motore a coppia costante
