ladow NiCd.PDF

Do czego to służy?

Wszelkie urządzenia przenośne, mimo coraz

bardziej energooszczędnych technologii,

wciąż zużywają energię, bo bez niej obyć się

nie mogą. Ceny baterii jednak nie zachęcają

przeciętnego „zjadacza chleba” do ich zakupu.

Alternatywą dla baterii są akumulatory, lecz

wiele osób rezygnuje z ich stosowania z oba−

wy o rzekome trudności podczas użytkowania

(konieczność ładowania czy wyższe koszty

zakupu). Obawy te wydają się być nieuzasad−

nione. Obecnie ceny popularnych akumulator−

ków niklowo−kadmowych (Ni−Cd) oraz niklo−

wo−metalowo−wodorkowych (Ni−MH) spadły

do niskiego poziomu. W tzw. promocji z łado−

warką ich producenta można kupić nawet 8

sztuk akumulatorków − odpowiedników bate−

rii R6 − w kwocie niższej niż 100zł. Mimo że

modele o wyższych pojemnościach (przy tych

samych wymiarach zewnętrznych) bywają

nieraz 3 razy droższe, to jednak ich zakup jest

nadal bardzo opłacalną inwestycją. Przyczyna

jest oczywista − akumulatory można ładować

i rozładowywać nawet kilkaset razy. Przy za−

chowaniu optymalnych warunków ładowania

(tj. rezygnując z szybkiego ładowania na rzecz

tzw. bezpiecznego) ich żywotność może się−

gać, a nawet przekroczyć 1000 cykli „ładowa−

nie−rozładowanie”.

Niżej opisana ładowarka zapewnia stały

prąd ładowania akumulatorów NiCd/NiMH,

niezależnie od stopnia ich rozładowania i cza−

su ładowania. Jeśli prąd ten będzie miał opty−

malne dla danego akumulatora natężenie, jego

żywotność zostanie znacząco wydłużona.

stały prąd ładujący, ustalany rezystorami R1

i R2, praktycznie niezależny od wzrastającego

w trakcie ładowania napięcia na biegunach

akumulatora (−ów). Zastosowany transforma−

tor, poza separacją galwaniczną od sieci,

zapewnia szeroki zakres prądów ładowania

(w praktyce do około 0,9A) oraz wysokość na−

pięcia pozwalającego ładować zestaw akumu−

latorów złożony maksymalnie z 10 ogniw

1,2V NiCd/NiMH. Użyty transformator ma

dzielone uzwojenie. W połączeniu z układem

prostującym napięcie wyjściowe, zbudowa−

nym z dwóch diod prostowniczych D1, D2,

zapewnia to nieco wyższą sprawność prosto−

wania niż w przypadku zasilania za pośrednic−

twem zwykłego prostownika Graetza złożone−

go z czterech diod. Kto chce uzyskać jeszcze

mniejsze spadki napięć, może zastosować

szybkie diody prostownicze Schottky’ego.

Obwód z LED D6 oraz diodami prostowniczy−

mi D3−D5 pełni funkcję kontrolną. Sygnalizu−

je przepływ prądu ładującego przez podłączo−

ne do ładowarki akumulatory. Ma to duże zna−

czenie praktyczne − wygaszona LED może su−

gerować brak styku z biegunem(−ami) akumu−

latora (−ów). W tanich ładowarkach świecąca

dioda informuje zwykle jedynie o podłączeniu

ładowarki do zasilania sieciowego. W opisy−

wanej ładowarce celowo zrezygnowano z ob−

wodów automatycznego ładowania, np. ukła−

du kontroli napięcia akumulatora (lub baterii

akumulatorów − jak np. w przypadku akumu−

latora będącego odpowiednikiem baterii 9V

typu 6F22), lub/i wyłącznika czasowego czy

termicznego. Są one zbędne w niniejszym

układzie, gdyż opisywana tutaj ładowarka zo−

stała przewidziana do ładowania tzw. prądem

dziesięciogodzinnym, tj. wynoszącym 1/10

pojemności akumulatorów. Jest to optymalny

(zalecany przez większość producentów do ła−

dowania standardowego) prąd ładowania, któ−

ry zapewnia największą żywotność normalnie

użytkowanych akumulatorów. Czas ładowania

takim prądem powinien wynosić około 15 godzin,

ze względu na około 70−procentową spraw−

ność akumulatorów NiCd/NiMH. W praktyce

przyjmuje się, że aby naładować taki akumu−

lator, należy władować w niego energię równą

1,5 jego pojemności. Praktyka dowodzi, że ła−

dowanie takim prądem, nawet znacznie dłuż−

sze niż zalecane, nie grozi przeładowaniem

akumulatora. Niektórzy producenci dopusz−

czają zwiększanie tego prądu do maksymalnie

0,2C. Powyżej tej wartości, przy zbyt długim

ładowaniu napięcie na zaciskach pojedyncze−

go akumulatora zbliża się do 1,50...1,55V, co

grozi jego uszkodzeniem (potrzebny jest wów−

czas obwód kontrolujący napięcie). Dalsze

zwiększenie prądu ładowania − powyżej

0,5...1C wymaga zastosowania dodatkowo ob−

wodu wyłącznika termicznego, gdyż akumula−

tor się wtedy przegrzewa. Z kolei prąd łado−

wania 0,05C jest zalecany w przypadkach ła−

dowania akumulatora w niskich temperaturach

Rys. 1 Schemat ideowy

Jak to działa?

Schemat ideowy ładowarki przedstawia rysu−

nek 1 . Jak widać, jest bardzo prosty. Główny−

mi elementami stabilizującymi prąd ładowania

są dwa tranzystory (T1 i T2), pracujące w cha−

rakterze źródła prądowego. Zapewniają one

(czas ładowania wydłuża się wtedy co najmniej

dwukrotnie) lub w razie konieczności utrzymy−

wania go w stanie naładowanym (gdy pracuje

jako awaryjne źródło zasilania, włączane w ra−

zie zaniku napięcia sieciowego). Pierwsze trzy

ładowania prądem 0,05C są zalecane w przy−

padku nowych, nigdy wcześniej nieładowa−

nych akumulatorów, celem ich zaformowania.

0,12A−5,6Ω, 0,08A−8,2Ω, 0,07A−10Ω, 0,04A−

15Ω, 0,03A−20Ω. Oczywiście dopuszczalne

jest łączenie szeregowe czy równoległe kilku

rezystorów celem uzyskania pożądanego prą−

du ładowania. W następnej kolejności w płyt−

kę lutujemy tranzystory. O ile T1 nie wymaga

żadnego radiatora, o tyle T2 wymaga chłodze−

nia − dla prądów wyjściowych większych od

0,1A. Chłodzenie jego struktury dla prądów

do 0,3A zrealizowano w sposób nietypowy.

Uważny Czytelnik zapewne zorientował się

już wcześniej, spoglądając na rysunek 2, że

rolę radiatora pełni ... transformator. Tranzys−

tor został bowiem wlutowany w płytkę „na

płasko”. Od strony wkładki radiatorowej styka

się bezpośrednio z metalową podstawą zasto−

sowanego transformatora. Wkładka radiatorowa

tranzystora została uprzednio pokryta cienką

warstwą pasty silikonowej, celem łatwiejsze−

go odprowadzania ciepła. Transformator jest

przykręcony do płytki (tym samym dociska

tranzystor do siebie) i jednocześnie dna obu−

dowy czterema śrubami o średnicy 3mm,

zakończonymi nakrętkami. Dla prądów łado−

wania wyższych od 0,3A tranzystor powinien

być wyprowadzony na trzech izolowanych

przewodach i przykręcony do zewnętrznego

radiatora. Najprościej jest w tym przypadku

zastosować obudowę metalową (np. z uszko−

dzonego zasilacza komputerowego) i, jeśli to

konieczne, odizolować od niej elektrycznie

kondensator, stosu−

jąc przekładkę silikonową. W przypadku roz−

wiązania standardowego ładowarki − prąd do

0,3A − wystarczy obudowa plastikowa. W roli

obudowy modelu prototypowego autora wy−

stąpiło przezroczyste opakowanie z tworzywa

sztucznego po... śledziach w oleju. Przewód

sieciowy został przylutowany bezpośrednio do

zacisków transformatora, od strony uzwojenia

pierwotnego. Na tak przylutowane końcówki

zostały nałożone koszulki izolacyjne. Zamiast

nich można nasunąć odcinki izolacji zdjęte

z końcówek miedzianego kabla instalacyjne−

go. Wyjścia „+” i „−” ładowarki najlepiej przy−

lutować do gniazd zaciskowych, w które bę−

dziemy wkładać ładowane akumulatory, lub

też zakończyć krokodylkami. W tym celu

z punktów lutowniczych oznaczonych jako

„WY(+)” i „WY(−)” powinno się wyprowa−

dzić dwa dość solidnie izolowane odcinki

elastycznych przewodów miedzianych.

Zmontowany układ powinien działać od

razu po podłączeniu akumulatorów i włącze−

niu zasilania. Należy jedynie pamiętać o do−

braniu wartości rezystorów, ustalających prąd

ładowania. W zasadzie można przyjąć wartość

R2 jako niezmienną i dobrać jedynie R1.

W trakcie prób korzystać z dowolnego

(mili)amperomierza włączonego pomiędzy

wyjścia „+” i „−” ładowarki.

Montaż i uruchomienie

Poza diodą LED, wszystkie podzespoły łado−

warki znalazły swe miejsce na płytce druko−

wanej, której widok przedstawia rysunek 2 .

Montaż zaczynamy od wlutowania bezpośred−

nio w płytkę wszystkich diod prostowniczych.

Diodę LED lutujemy za pośrednictwem

dwóch odcinków izolowanych przewodów.

Ułatwi to późniejsze jej osadzenie w otworach

wywierconych w dowolnym miejscu obudo−

wy. Rezystory R1, R2 dobrze jest wlutować za

pośrednictwem kołków lutowniczych, co ułat−

wi ich wymianę. Wymiana na egzemplarze

o innych wartościach rezystancji okaże się ko−

nieczna, jeśli zechcemy uzyskać inny prąd

ładujący. Przykładowe prądy wyjściowe dla

podanego R1 (R2=constans=1,5kΩ) w ukła−

dzie modelowym wynosiły odpowiednio:

0,58A−1Ω, 0,21−3Ω, 0,18A−3,3Ω, 0,13A−4,7Ω,

Rys. 2 Schemat montażowy

Dariusz Knull

dariusz.knull@edw.com.pl

Wykaz elementów

Ω

! " Ω

$ µ %&!"'

()*+

,-,"+

!+./01!"

,21,

3 4,24$56+6(.(

3! 4,!/4,!!56+6(.(

337!"&2!80'&9"

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: