Сложные многофункциональные микроконтроллерные зарядные устройства


Анализ существующих схемотехнических решений зарядных устройств для бытовых аккумуляторов



страница8/21
Дата28.11.2017
Размер1.84 Mb.
ТипРеферат
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   21

Анализ существующих схемотехнических решений зарядных устройств для бытовых аккумуляторов

Схемы зарядных устройств для NiCd, NiMH аккумуляторов

Наиболее простые схемы


Наиболее простая схема зарядного устройства содержит трансформатор, диод и токоограничительный резистор. Такого рода схемы имеют хороший плюс – простоту и низкую стоимость, в остальном же могут быть рекомендованы к применению только в крайних ситуациях, результат работы такой схемы непредсказуем. В настоящее время не применяются.

Рис. 29. Схема заряда переменным током.


Схемы медленного заряда


Простые современные зарядные устройства имеют несложные схемы, позволяющие заряжать аккумуляторные батареи постоянным током или напряжением.

В простых схемах медленного заряда постоянным напряжениям используется схемотехника блоков питания, где заряжаемая батарея подключена в качестве нагрузки через токоограничительный резистор. Такие схемы просты, дешевы, дают предсказуемое время заряда, но имеют много недостатков. Главный недостаток – такие схемы рассчитаны на заряд аккумуляторных батарей только одной-двух электрохимических систем, обычно одного напряжения и узкого диапазона емкостей (токоограничительный резистор крайне редко может быть выбран переключателем, что позволяет заряжать еще 1—2 типа аккумуляторов большей емкости). Чаще всего такую схему можно обнаружить в недорогих зарядных устройствах для аккумуляторов формата AA и AAA, которые повторяют корпус щелочных батарей. Быстрый заряд при постоянном напряжении не реализуется.



Рис. 30. Схема устройства заряда постоянным напряжением.

Для медленного заряда постоянным током применяются схемы на транзисторах или стабилизаторах тока.

Такого рода схемы также рассчитаны на заряд одного типа аккумуляторов и наиболее часто применяются в зарядных устройствах для батарей формата AAA, дешевой бытовой техники, электроинструмента. Заряд должен прекращаться через определенное время или при нагреве аккумулятора выше 60—70 градусов, что очень неудобно, так как требует постоянного отслеживания со стороны человека.



Рис. 31. Схема зарядного устройства на основе стабилизатора тока.


Схемы с контролем заряда


Более сложные схемы заряда постоянным напряжением или током позволяют отключать аккумуляторную батарею при достижении ею определенного напряжения, или имеют таймеры, отключающие заряд по тайм-ауту.

Рис. 32. Схема зарядного устройства с автоматическим отключением.

Такой простой контроль над зарядом весьма ненадежен и не позволяет использовать методики быстрого заряда.

Схемы быстрого заряда


Для применения методики быстрого заряда было необходимо существенно усложнить схему, что привело к появлению интегральных микросхем, выполняющих большинство функций зарядного устройства. В первую очередь, большое количество логики, упакованное в небольшую микросхему, позволило компактно организовать отслеживание dV и dT критериев, что позволяет точно отслеживать момент прекращения заряда, использовать автоматически запускаемые предохранительные таймеры для заряда. Функция быстрого заряда позволяет заряжать аккумуляторы быстрее в 2-10 раз, что существенно увеличивает полезность и удобство зарядных устройств.

Применение микросхем упрощает, уменьшает и удешевляет устройство. В настоящее время подавляющее большинство зарядных устройств имеют микросхемы в своем составе.

Широко популярна, например, микросхема MAX713 компании Maxim, которая позволяет:


  • заряжать никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы в количестве от 1 до 16 штук одновременно;

  • в режиме быстрого заряда регулировать ток заряда от С/3 до 4С;

  • в режиме тлеющего заряда заряжать аккумуляторы током С/16;

  • отслеживать степень заряда аккумулятора и автоматически переходить от быстрого заряда к тлеющему;

  • отключать заряд по температурному датчику или по таймеру;

  • отключать заряд по dV признаку окончания заряда.

Рис. 33. Зарядное устройство для Ni-Cd, Ni-Mh аккумуляторов на микросхеме MAX713.

Среди недостатков таких устройств: необходимость более качественных и сильноточных компонентов, возможность заряда батарей одной-двух электрохимических систем.

В небольших количествах применяются микросхемы, рассчитанные на заряд сразу трех разных электрохимических систем: Li-ion, Ni-Cd, Ni-Mh, но они имеют свои ограничения по количеству элементов, обычно это 1 Li-ion, и строго 3 Ni-Cd/Ni-Mh элемента в батарее, как, например, в микросхеме MAX1501.




Рис. 34. Зарядное устройство для Li-ion, Ni-Cd, Ni-Mh аккумуляторов на микросхеме MAX1501.


Схемы заряда Li-ion аккумуляторов


Так как Li-ion аккумуляторы достаточно опасны, простые схемы без контроля уровня заряда не применяются. Определить степень заряда таких аккумуляторов по температуре или по времени невозможно, и такие аккумуляторы быстро портятся от перезаряда, к тому же этот тип аккумуляторов появился относительно недавно, поэтому микросхемы, реализующие алгоритм заряда таких аккумуляторов распространены и повсеместно используются. Два главных свойства таких микросхем — это контроль над напряжением на батарее, и регулировка тока заряда. Во многих микросхемах встречается гистерезисная функция заряда, обеспечивающая предотвращение износа аккумулятора вследствие заряда малыми токами, заряд полностью заряженной батареи начинается только при ее саморазряде до 90—95%. Часто в бытовых устройствах со встроенным Li-ion элементом применяется микросхема MAX1555, позволяющая заряжать один Li-ion элемент током до 400 мА, имеющая индикацию заряда, автоматическое отключение, регулировку тока заряда.


Рис. 35. Зарядное устройство для Li-ion элемента на микросхеме MAX1555.

В этой схеме заряд прекращается по достижении аккумулятором определенного напряжения.


Семы заряда VRLA аккумуляторов


Так как история свинцово-кислотных аккумуляторов гораздо дольше истории литий-ионных, развитие зарядных устройств насчитывает несколько классов устройств, и, в целом, повторяет развитие зарядных устройств для Ni-Cd/Hi-Mh батарей.

Рис. 36. Зарядное устройство для VRLA-батарей напряжением 12 В.

В простых схемах заряд ведется малыми токами до нужного напряжения на батарее. В схеме зарядного устройства на рис. 36. зарядный ток через батарею в зависимости от напряжения на ней, регулируется транзисторами, плавно снижаясь по мере приближения напряжения на батарее к 13,8 В.

Рис. 37. Зарядное устройство на микросхеме L200C компании ST.

Появившиеся позднее зарядные устройства на микросхемах реализуют метод заряда по постоянному напряжению и току, что позволяет ускорить заряд. На схеме рис. ток и напряжение регулируются микросхемой L200C в зависимости от напряжения на батарее, зарядный ток ограничивается резисторами R2—R6.

Следует отметить, что контроль температуры и отключение по таймеру крайне редко реализуется в зарядных устройствах для данного типа аккумуляторов.


Сложные многофункциональные микроконтроллерные зарядные устройства.


Самыми сложными и многофункциональными зарядными устройствами являются зарядные устройства, управляемые микроконтроллерами. Устройства такого типа реализуют наибольшее количество функций и методов заряда.

Рис. 38. Схема простого микроконтроллерного зарядного устройства с функцией разрядки.

На схеме рис. микроконтроллер отслеживает нахождение аккумулятора в зарядном устройстве, напряжение, режим работы, время заряда, а также осуществляет управление подачей напряжения на аккумулятор.

Более сложные микроконтроллерные зарядные устройства имеют органы управления и символьные дисплеи для отображения информации. В составе таких устройств часто применяют импульсные преобразователи напряжения, которые имеют высокий КПД и позволяют точно регулировать напряжение и ток на аккумуляторе.



Рис. 39. Схема универсального микроконтроллерного зарядного устройства с импульсным преобразователем напряжения на микросхеме TL494CN.

Поддерживаемые такими устройствами химические системы — это обычно или Ni-Cd/Ni-Mh или Li-ion или первые две вместе с VRLA-батареями.

У таких устройств множество достоинств: задание нужного максимального зарядного тока, большое количество алгоритмов, удобство использования, высокая точность, КПД и плавная регулировка параметров. Все эти достоинства обеспечивают надежность и долговечность аккумуляторных батарей. Нередко в таких устройствах реализуются функции разряда, тренировки, балансировки, температурного контроля и измерения емкости.

Такие зарядные устройства применяются также для тренировки, диагностики и восстановления аккумуляторов в бытовых условиях, их часто можно настроить под конкретную аккумуляторную батарею для отслеживания динамики ее характеристик.

Минусы подобных устройств: большой размер, сложность, высокая стоимость, сложность использования, в большинстве случаев необходим внешний блок питания.



  1. Каталог: raznoe
    raznoe -> Цга чувашской Республики. Ф. Р-76. Оп Д. 42. Л
    raznoe -> Образовательная программа по английскому языку для общеобразовательной школы пояснительная записка «Инновационная уровневая образовательная программа по английскому языку для общеобразовательной школы»
    raznoe -> Базы данных
    raznoe -> Возврат водительского удостоверения лицу, лишенному права на управление, осуществляется только после сдачи теоретического экзамена на знание правил дорожного движения
    raznoe -> Руководство администратора по разворачиванию системы


    Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   21


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница