El missatge parla d’un circuit senzill de carregador de NiCd amb una protecció automàtica de sobrecàrrega i una càrrega de corrent constant.
Quan es tracta de carregar correctament una cèl·lula de níquel-cadmi, es recomana estrictament que el procés de càrrega es detingui o es talli tan bon punt arribi al nivell de càrrega complet. No seguir això pot afectar negativament la vida laboral de la cèl·lula, reduint-ne l’eficiència de còpia de seguretat de manera significativa.
El senzill circuit de carregador Ni-Cad que es presenta a continuació fa front amb eficàcia al criteri de sobrecàrrega incloent instal·lacions com una càrrega de corrent constant, així com tallant el subministrament quan el terminal de la cel·la arriba al valor de càrrega total.
Característiques principals i avantatges
- Tall automàtic a nivell de càrrega total
- Corrent constant durant tota la càrrega.
- Indicació LED per tallar la càrrega completa.
- Permet a l’usuari afegir més etapes per carregar fins a 10 cèl·lules NiCd simultàniament.
Esquema de connexions
Com funciona
La configuració senzilla que es detalla aquí està dissenyada per carregar una sola cel·la 'AA' de 500 mAh amb una taxa de càrrega recomanada de prop de 50 mA, tot i que es podria personalitzar convenientment per carregar diverses cel·les juntes repetint l'àrea que es mostra en línies de punts.
La tensió d’alimentació del circuit s’adquireix a través d’un transformador, un rectificador de pont i un regulador de 5 V IC.
La cèl·lula es carrega amb un transistor T1 que es configura com una font de corrent constant.
T1, en canvi, està controlat per un comparador de voltatge mitjançant un disparador TT1 Schmitt N1. Durant el temps que la cel·la es carrega, la tensió terminal de la cel·la es manté al voltant d’1,25 V.
Sembla que aquest nivell és inferior al llindar d'activació positiu de N1, que manté alta la sortida de N1, i la sortida de N2 es fa baixa, cosa que permet a T1 obtenir la tensió de biaix base a través del divisor de potencial R4 / R5.
Mentre la cèl·lula Ni-Cd es carregui, el LED D1 roman il·luminat. Tan bon punt la cèl·lula s’acosta a l’estat de càrrega completa, la seva tensió terminal s’enfila aproximadament fins a 1,45 V. A causa d’això, el llindar de desencadenament positiu de N1 augmenta fent que la sortida de N2 augmenti.
Aquesta situació desactiva instantàniament T1. Ara la cel·la deixa de carregar-se i el LED D1 s’apaga.
Com que el límit d'activació positiu de N1 és d'aproximadament 1,7 V i està controlat per una tolerància específica, s'incorporen R3 i P1 per alterar-lo a 1,45 V. El límit d'activació negatiu del disparador de Schmitt és al voltant de 0,9 V, que resulta ser inferior que la tensió terminal de fins i tot una cel·la completament descarregada.
Això implica que connectar una cèl·lula descarregada al circuit mai desencadenarà la càrrega per iniciar-se automàticament. Per aquest motiu, s'inclou un botó d'inici S1 que, quan es prem, pren l'entrada de NI baixa.
Per carregar més nombre de cel·les, la porció del circuit revelada a la caixa de punts es pot repetir per separat, una per cada bateria.
Això garanteix que, independentment dels nivells de descàrrega de les cel·les, cadascuna d’elles es carregui individualment al nivell correcte.
Disseny de PCB i superposició de components
En el disseny del PCB, a continuació es dupliquen dues etapes per permetre la càrrega simultània de dues cèl·lules Nicad des d’una única placa configurada.
Carregador Ni-Cad mitjançant una resistència
Aquest carregador senzill en particular es podria construir amb peces que es podrien veure en gairebé qualsevol contenidor brossa de qualsevol constructor. Per a una vida òptima (nombre de cicles de càrrega), les bateries Ni-Cad s'han de carregar amb un corrent relativament constant.
Això sovint s’aconsegueix bastant fàcilment carregant a través d’una resistència des d’una tensió d’alimentació moltes vegades superior a la tensió de la bateria. El canvi de la tensió de la bateria, ja que es carrega, probablement tindrà una influència mínima sobre el corrent de càrrega. El circuit proposat es compon només d’un transformador, un rectificador de díodes i una resistència en sèrie, tal com s’indica a la figura 1.
La imatge gràfica associada facilita la determinació del valor de resistència de sèrie necessari.
Es traça una línia horitzontal a través de la tensió del transformador a l'eix vertical fins que creua la línia de tensió de la bateria especificada. A continuació, una línia estirada verticalment cap avall des d’aquest punt per satisfer l’eix horitzontal ens proporciona posteriorment el valor de resistència necessari en ohms.
Per exemple, la línia de punts demostra que si la tensió del transformador és de 18 V i la bateria de Ni-Cd a carregar és de 6 V, el valor de resistència serà d’uns 36 ohms per al control de corrent previst.
Aquesta resistència indicada es calcula per proporcionar 120 mA, mentre que per a algunes altres velocitats de corrent de càrrega, el valor de la resistència haurà de reduir-se adequadament, per exemple. 18 ohms per a 240 mA, 72 ohms per a 60 mA, etc. D1.
Circuit de carregador NiCad mitjançant control de corrent automàtic
Les bateries de níquel-cadmi solen requerir una càrrega de corrent constant. El circuit de carregador NiCad que es mostra a continuació es desenvolupa per subministrar 50mA a quatre cel·les d’1,25V (tipus AA) o de 250mA a quatre cel·les d’1,25V (tipus C) connectades en sèrie, tot i que simplement es podria modificar per altres valors de càrrega.
Al circuit de carregadors NiCad discutit, R1 i R2 fixen la tensió de sortida de càrrega aproximadament a 8V.
El corrent de sortida es desplaça mitjançant R6 o R7 i, a mesura que augmenta, el transistor Tr1 s’encén gradualment.
Això provoca punt I augmentar, activant el transistor Tr2 i permetent que el punt Z sigui menys positiu.
En conseqüència, el procés disminueix el voltatge de sortida i té tendència a fer baixar el corrent. En última instància, s’aconsegueix un nivell d’equilibri que està determinat pel valor de R6 i R7.
El díode D5 inhibeix la bateria que s’està carregant, proporcionant subministrament a la sortida IC1 en cas que s’elimini el 12V, que d’una altra manera podria causar greus danys a l’IC.
FS2 s’incorpora per protegir-se dels danys de les bateries que estan carregades.
L’elecció de R6 i R7 es fa mitjançant proves i errors, cosa que significa que necessitareu un amperímetre que tingui un rang adequat o, si els valors R6 i R7 són realment coneguts, la caiguda de tensió a través d’ells es podria calcular mitjançant la llei d’Ohm.
Carregador de Ni-Cd amb un amplificador operatiu únic
Aquest circuit de carregador Ni-Cd està dissenyat per carregar bateries estàndard de mida NiCad. Es recomana sobretot un carregador especial per a cèl·lules NiCad pel fet que tenen una resistència interna extremadament baixa, cosa que provoca un augment del corrent de càrrega fins i tot si el voltatge utilitzat és lleugerament superior.
Per tant, el carregador hauria d’incloure un circuit per restringir el corrent de càrrega a un límit correcte. En aquest circuit, T1, D1, D2 i C1 funcionen com un circuit tradicional de baixada, aïllament, rectificador d'ona completa i filtre de CC. Les parts addicionals ofereixen la normativa vigent.
IC1 s'utilitza com un comparador amb una etapa de memòria intermèdia Q1 separada que proporciona una funcionalitat de corrent de sortida aparentment alta en aquest disseny. L’entrada no inversora d’IC1 es subministra amb 0,65 V: tensió de referència presentada a través de R1 i D3. L'entrada d'inversió està connectada a terra a través de R2 dins de nivells de corrent en repòs, cosa que permet obtenir una sortida totalment positiva. Tenint una cèl·lula NiCad connectada a la sortida, un alt corrent pot fer un esforç per via R2, provocant una quantitat equivalent de voltatge a través de R2.
Només podria augmentar a 0,6 V, però, un voltatge creixent en aquest punt inverteix els potencials d’entrada de les entrades IC1, fent que es redueixi el voltatge de sortida i redueixi el voltatge al voltant de R2 enrere 0,65 V. El corrent de sortida més alt (i també el corrent de càrrega rebut) és com a resultat el corrent generat amb 0,65 V a través de 10 ohms, o 65 mA simplement.
La majoria de cèl·lules AA NiCad tenen un corrent de càrrega preferit òptim de no més de 45 o 50 mA i, per a aquesta categoria, s’ha d’augmentar R2 a 13 ohms perquè pugui tenir el corrent de càrrega adequat.
Algunes varietats de carregador ràpid poden funcionar amb 150 mA, i això requereix reduir R2 a 4,3 ohms (3,3 ohms més 1 ohm en sèrie en cas que no es pugui obtenir una peça ideal).
A més, cal millorar el T1 fins a una variant amb una potència actual de 250 mA. I el Q1 s’ha d’instal·lar mitjançant un petit dissipador de calor amb aletes. El dispositiu pot carregar fins a quatre cel·les fàcilment (6 cel·les quan T1 s’actualitza a un tipus de 12 V), i totes aquestes s’haurien de connectar en sèrie a la sortida i no en paral·lel.
Circuit de carregador universal NiCad
La figura 1 mostra el diagrama complet del circuit del carregador universal NiCad. Es desenvolupa una font de corrent utilitzant els transistors T1, T2 i T3, que ofereixen un corrent de càrrega constant.
La font actual només s’activa quan les cèl·lules NiCad s’uneixen correctament. ICI està posicionat per comprovar la xarxa verificant la polaritat del voltatge a través dels terminals de sortida. Si les cèl·lules s’adapten correctament, el pin 2 d’IC1 no pot ser tan positiu com el pin 3.
Com a resultat, la sortida IC1 obté un resultat positiu i proporciona un corrent base a T2, que activa la font actual. El límit de font actual es podria fixar mitjançant S1. Es podria preestablir un corrent de 50 mA, 180 mA i 400 mA un cop es determinin els valors de R6, R7 i RB. Posar S1 al punt 1 mostra que les cèl·lules NiCad es poden carregar, la posició 2 està pensada per a les cèl·lules C i la posició 3 està reservada a les cèl·lules D.
Parts diverses
TR1 = transformador 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = commutador de 3 posicions
S2 = interruptor de 2 posicions
La font actual funciona mitjançant un principi molt bàsic. El circuit està connectat com una xarxa de retroalimentació actual. Imagineu que S1 estigui a la posició 1 i que la sortida IC1 sigui positiva. T2 i 13 ara comencen a obtenir un corrent base i inicien la conducció. El corrent a través d'aquests transistors constitueix una tensió al voltant de R6, que activa T1 en funcionament.
Un corrent creixent al voltant de R6 significa que T1 pot conduir amb una força més gran minimitzant així el corrent base de la unitat dels transistors T2 i T3.
En aquest moment, el segon transistor pot conduir menys i la pujada inicial del corrent està restringida. Així, s’implementa un corrent raonablement constant mitjançant R3 i les cèl·lules NiCad connectades.
Un parell de LED connectats a la font actual indiquen l’estat de funcionament del carregador NiCad en qualsevol moment. IC1 obté un voltatge positiu una vegada que les cèl·lules NiCad estan connectades de la manera correcta il·luminant el LED D8.
Si les cel·les no estan connectades amb la polaritat correcta, el potencial positiu al pin 2 de IC1 serà superior al pin 3, fent que la sortida del comparador d'ampli operatiu es converteixi en 0 V.
En aquesta situació, la font actual romandrà apagada i el LED D8 no s’encendrà. Es pot produir una condició idèntica en cas que no es connectin cel·les per carregar-se. Això pot passar perquè el pin 2 tindrà un voltatge augmentat en comparació amb el pin 3, a causa de la caiguda de tensió a través de D10.
El carregador només s’activarà quan s’uneixi una cel·la d’un mínim d’1 V. El LED D9 mostra que la font actual funciona com una font actual.
Això pot semblar bastant peculiar, tot i que un corrent d’entrada generat per IC1 no és adequat, el nivell de voltatge també ha de ser prou gran com per reforçar el corrent.
Això implica que el subministrament ha de ser sempre superior al voltatge de les cèl·lules NiCad. Només en aquesta situació, la diferència de potencial serà suficient perquè la retroalimentació actual T1 s'iniciï, il·luminant el LED D9.
Disseny de PCB
Utilitzant IC 7805
El diagrama de circuits següent mostra un circuit de carregador ideal per a una cèl·lula ni-cad.
Això fa servir un IC regulador 7805 per proporcionar una constant de 5V a través d’una resistència, cosa que fa que el corrent depengui del valor de la resistència, en lloc del potencial de la cèl·lula.
El valor de la resistència s’ha d’ajustar pel que fa al tipus que s’utilitza per carregar qualsevol valor entre 10 Ohm i 470 Ohm en funció de la qualificació mAh de la cel·la. A causa de la naturalesa flotant de l'IC 7805 respecte al potencial terrestre, aquest disseny es podria aplicar per carregar cèl·lules Nicad individuals o sèries d'algunes cèl·lules.
Càrrega de cèl·lules Ni-Cd d'un subministrament de 12V
El principi més fonamental per a un carregador de bateries és que la seva tensió de càrrega ha de ser superior a la tensió nominal de la bateria. Per exemple, una bateria de 12 V s’ha de carregar des d’una font de 14 V.
En aquest circuit de carregador Ni-Cd de 12V, s’utilitza un duplicador de voltatge basat en el popular 555 IC. Com que la sortida 3 del xip està connectada alternativament entre la tensió d'alimentació de +12 V i la terra, l'IC oscil·la.
C3es cobra mitjançant D2i D3a gairebé 12 V quan el pin 3 és una lògica baixa. El moment en què el pin 3 és lògic, la tensió de la unió de C.3i D3augmenta a 24 V a causa del terminal negatiu de C.3que està connectat a +12 V, i el condensador té una càrrega del mateix valor. Després, el díode D.3es converteix en esbiaixat inversament, però D4condueix prou per a C4per cobrar més de 20 V. Això és una tensió més que suficient per al nostre circuit.
El 78L05 a l’IC2Les posicions actuen com un proveïdor de corrent que manté la seva tensió de sortida, Un, d'aparèixer a R3a 5 V. El corrent de sortida, In, es pot calcular simplement a partir de l'equació:
Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA
Les propietats del 78L05 inclouen el corrent d’extracció en si mateix, ja que el terminal central (generalment connectat a terra) dóna al nostre al voltant de 3 mA.
El corrent de càrrega total és d’uns 10 mA i és un bon valor per carregar constantment les bateries de NiCd. Per mostrar que el corrent de càrrega flueix, s’inclou un LED al circuit.
Gràfic actual de càrrega
La figura 2 mostra les propietats del corrent de càrrega enfront del voltatge de la bateria. És ben evident que el circuit no és del tot perfecte, ja que la bateria de 12 V es carregarà amb un corrent que mesuri només uns 5 mA. Alguns motius per a això:
- La tensió de sortida del circuit sembla caure amb l’augment del corrent.
- La caiguda de tensió a través del 78L05 ronda els 5 V. Però cal incloure 2,5 V addicionals per garantir que l’IC funcioni amb precisió.
- A través del LED, és probable que hi hagi una caiguda de tensió d’1,5 V.
Tenint en compte tot l’anterior, una bateria NiCd de 12 V amb una capacitat nominal de 500 mAh es podria carregar ininterrompudament amb un corrent de 5 mA. En total, només suposa l’1% de la seva capacitat.
Anterior: Control remot mitjançant comunicació de la xarxa elèctrica Següent: Circuit controlador de velocitat del motor de parell constant
