Как сделать зарядник для аккумулятора: Простейшая схема самодельного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора – как сделать ЗУ своими руками

Содержание

Простейшая схема самодельного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора – как сделать ЗУ своими руками

В этой статье я расскажу, как сделать зарядку для автомобильного аккумулятора 12 В своими руками. Далее схема простейшего зарядного устройства для автомобильного аккумулятора.

Этот зарядник способен зарядить любой 12В-вый аккумулятор, даже автомобильный.

Данный зарядник действует в двух схемах: 1.постоянного тока и 2.постоянного напряжения.

Видео 1
Видео 2

Как собрать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора?

Шаг 1: Использованные материалы в самодельном заряднике для аккумулятора автомобиля

Понижающий преобразователь:

  • преобразует 19 В от зарядника в 14 В, подходящих для заряда аккумулятора.
  • обеспечивает постоянный ток и постоянное напряжение.
  • три диодных индикатора разных цветов: красный показывает постоянный ток, синий показывает процесс заряда, зеленый показывает постоянное напряжение и состояние «Полностью заряжено».

Характеристики:

  • входное напряжение 6-38 Впст (входное напряжение не должно превышать 38 В)
  • выходное напряжение: 1,25-36 Впст, настраиваемое
  • выходной ток 0-5 А
  • выходная мощность: 75 Вт
  • высокая производительность: до 96%
  • функция отключения при перегреве
  • ограничитель тока
  • защита от короткого замыкания

Шаг 2: Подготовка блока питания

  1. Отрежьте штекер
  2. Снимите наружную оплетку ножом (действуйте осторожно)
  3. Вы увидите 2 провода – черный и красный, черный – минус, а красный – плюс.

Шаг 3: Подключение

На плате есть маркировка контактов.

  • красный провод от блока питания подключайте к IN+ (плюсу платы)
  • черный провод подключайте к IN- (минусу платы)
  • зажмите контакты отверткой

Установите зажимы-крокодилы:

  • провод от красного зажима подключите к OUT+ (положительному выходу платы)
  • провод от черного зажима подключите к OUT- (отрицательному выходу платы)

Шаг 4: Настройка

Для настройки ЗУ для автомобильного аккумулятора вам нужен мультиметр.

  • включите блок питания в сеть
  • зажмите черный зажим на минусе мультиметра, а красный – на плюсе
  • на плате есть два потенциометра (посмотрите на фот)
  • первый отвечает за напряжение, второй – за ток
  • на своем мультиметре выберите измерение напряжения прямого тока (DC voltage reading), отверткой поворачивайте первый потенциометр до тех пор, пока мультиметр не покажет 14 В
  • на своем мультиметре выберите измерение тока (Current reading), отверткой поворачивайте второй потенциометр до тех пор, пока мультиметр не покажет 2 А (в зависимости от емкости аккумулятора ток можно повышать до 5 А, обычно это нужно для заряда больших аккумуляторов, вплоть до автомобильных)

Шаг 5: Использование зарядного устройства

  1. Подключите красный зажим-крокодил к плюсу, а черный – к минусу.
  2. Включите блок питания в сеть.
  3. Вы увидите как загорится синий диод – это означает, что идет процесс зарядки. После этого загорится зеленый диод – это значит, что аккумулятор заряжен.
  4. Если одновременно горят красный и синий диоды, значит зарядка проходит в режиме постоянного тока.

Простое зарядное для автомобильного аккумулятора своими руками готово! Всего доброго!

Как сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками?

Основные компоненты из которых состоит зарядное устройство:

Трансформатор — преобразует напряжение питания сети 220 Вольт в необходимо для нас 12 Вольт либо в некоторых устройствах до 14,4 Вольта (последнее соответствует напряжению питания электросети автомобиля при работающем генераторе)

Диодный мост — это четыре соединенных между собой диода которые преобразуют переменное электричество в постоянное.

Блок управления зарядом — один из самых важных элементов, который управляет токами заряда. Позволяет зарядить аккумулятор полностью и при этом не перезарядить его (не позволяет закипеть электролиту внутри аккумулятора)

Регуляторы, разъемы, индикаторы и др органы управления.

Провода и клеммы для подключения к аккумулятору.

Итак рассмотрим один из самых дешевых образцов зарядного устройства — рыночная стоимость около 40 долларов.

Стандартное дешевое заводское зарядное устройства для автомобильных аккумуляторов

Технические характеристики зарядного устройства:

Заряжает аккумуляторы от 10 до 75 ампер часов.
Есть возможность заряжать 6v или 12v аккумуляторы для автомобиля, мотоцикла, скутера, мопеда и т.д.
(На передней панели мы визуально можем найти специальные переключатель между напряжениями 6 или 12 Вольт аккумулятора).
Ток подаваемый на аккумулятор в конце заряда уменьшается автоматически.
(На передней панели мы так же можем увидеть амперметр, для индикации тока заряда)

Внутреннее устройство, элементы заводского зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов

Рассмотрев зарядное устройство изнутри мы можем найти такие основные элементы

— трансформатор
— диодный мост
— предохранитель
— переключатель выходного напряжение
— провода на клеммы подключаемые к аккумулятора.

В нашем варианте блок управления зарядом отсутствует.

В принципе эта схема тоже имеет право на жизнь и работает она следующим образом.

Принцип работы зарядного устройства:

Трансформатор рассчитан на определенный ток заряда — скажем не более 7,5 Ампер.
При подключении разряженного аккумулятора максимально допустимой емкости 75 Ампер, трансформатор отдает максимально допустимые ток в 7,5 Ампера что является 1/10 емкости аккумулятора.

По мере зарядки аккумулятора напряжение на его клеммах увеличивается и ток заряда уменьшается (именно поэтому благодаря законам физики ток подаваемый на аккумулятор в конце зарядки будет уменьшаться).

К сожалению такое зарядное устройство вряд ли закончит когда то процесс зарядки, и если аккумулятор у вас неисправен и не набирает нужной емкости — ток заряда не будет уменьшаться.

В современном мире все чаще люди склоняются к покупке не обслуживаемого аккумулятора. В случае если с ним что то случается и он не заряжается — он подлежит замене.

Зарядное устройство без блока управления никак не поможет вам восстановить свойства аккумулятора, но опять таки в наше время этим редко кто занимается. Более сложные устройства умеют создавать режим импульсной зарядки, когда после каждого импульса зарядки следует импульс зарядки. Это позволяет возобновить свойства аккумулятор.

Часто в более продвинутых зарядных устройствах так же есть функция разрядки, так как аккумулятор должен всегда находится в режиме полной зарядки и разрядки — это позволяет сохранить его емкость.

Если вы пользуетесь не обслуживаемым аккумуляторам и вам попросту надо срочно зарядить аккумулятор после долгого простоя автомобиля или после холодной ночи — вы можете сделать такое зарядное устройство самостоятельно.

Схема простейшего зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

1. Трансформатор.
Первое что вам нужно  — это трансформатор с выходным напряжением 12 Вольт — 14 Вольт с толстой вторичной обмоткой, которая сможет обеспечить ток равный  1/10 емкости вашего аккумулятора.

Не стоит использовать трансформатор для калькулятора или плеера они очень маломощны. Возможно вам удастся найти более мощный трансформатор скажем от старого телевизора (типа ТС-180-2). Если ваш трансформатор не выдаете нужного напряжение,  вы можете намотать нужную вторичку самостоятельно — толстым медным проводом несколько витков до достижения нужного напряжения.

Помните, когда вы работаете с трансформатором, что он подключен к сети 220 Вольт — будьте очень осторожны (это опасно для жизни)!

Если у вас получилось найти или изготовить такой трансформатор, далее вам необходимо будет купить диодный мостик.

2. Диодный мостик

Диодный мостик заводского изготовления. Рассчитан на большие токи зарядного устройства

Это довольно распространенный товар — все что вам нужно знать это только лишь ток на который он должен быть рассчитан. В нашем случае это все так же 7,5 Ампера.

Если диодный мостик найти не удалось вы можете найти 4 диода все по тому же показателю и собрать диодный мостик из них.

Далее на выходе диодного мостика вам нужно поставить автомобильный предохранитель все на тот же рассчитанный ток 7,5 Ампер. В случае если вы случайно замкнете клеммы или перепутаете их местами на аккумуляторе, у вас сгорит предохранитель, а не  трансформатор.

3. Амперметр
Для полноты картины, вы можете так же установить амперметр последовательно с предохранителем, что бы отслеживать какой ток течет от вашего зарядного устройства. В тоже время вы сможете понять в каком состоянии находится аккумулятор на данный момент.

4. Провода и клеммы.
Далее следуют провода и клеммы которые можно будет подключать на аккумулятор. Тут вы имеете полную свободу действий. Провода лучше всего взять медные толщиной не менее 1 мм. Клеммы можно взять либо обычные автомобильные, либо крокодилы как на заводском варианте.

Рекомендуем вам так же поставить выключатель который будет включать и выключать трансформатор, так как вытягивать и вставлять вилку из розетки намного не удобнее.

Так же перед трансформатором стоит поставить предохранитель, скажем на 220 Вольт 0,5 Ампер, что бы вдвойне обезопасить ваш трансформатор с двух сторон, по входному и выходному току.

Таким образом вы получите прибор, который по нескольким мелким параметрам будет даже лучше и надежнее заводского аналога.

Если у вас есть желания сделать прибор еще функциональнее, вы можете поискать в интернете блоки управления заряда.
Основные приимущества блока управления заряда аккумулятора:
— регулирует ток заряда — уменьшает его до минимальных величин до полного заряда аккумуляторной батареи
— выключет блок зарядки при достижении полного заряда аккумулятора
— разряжает аккумулятор полностью для полного чистого цикла зарядки
— заряжает аккумулятор импульсными токами, чередую заряд и разряд для восстановления емкости.

В условиях нынешнего суматошного мира, не обслуживаемых аккумуляторов с запасом срока службы в пять лет — вы вряд ли будете заниматься восстановление аккумуляторов.

В любом случае успехов вам в ваших начинаниях !

цены, описания, отзывы на зарядники для авто

Автомобильные зарядки для аккумуляторов используют, чтобы пополнить запас севшей аккумуляторной батареи транспортного средства. Это устройство просто необходимо как автолюбителям, так и профессионалам в автомастерских и гаражах.

Описание оборудования

Современная зарядка для аккумулятора (аккумуляторное зарядное устройство) представляет собой прибор, вырабатывающий ток для пополнения заряда автомобильных аккумуляторов. Для этого его подключают к электросети и соединяют с аккумулятором с помощью кабелей со специальными клеммами (кольцевыми или зажимами типа «крокодил»). Также автомобильная зарядка имеет панель управления с кнопкой включения и системой индикаторов, оповещающих о включении, состоянии зарядки и возникновении ошибок. Некоторые устройства имеют цифровые дисплеи, на которых показывается значение тока, напряжения и другая полезная информация

Технические характеристики

  • Выходное напряжение. Этот параметр определяет то, какие аккумуляторы можно будет заряжать. К примеру, автомобильная зарядка выдает ток с напряжением в 12В, а при обслуживании грузового транспорта и сельскохозяйственной техники используют зарядные устройства для аккумуляторов с напряжением в 24В.
  • Тип аккумулятора. Модели с маркировкой WET предназначены для зарядки только свинцовых аккумуляторов с жидким электролитом. Если вы планируете обслуживать аккумуляторы разных типов, например, в автосервисе, вам подойдет зарядное устройство универсальное, предназначенное для свинцовых, гелиевых и «сухих» батарей (WET/GEL/AGM).
  • Время зарядки зависит от емкости и типа аккумулятора (обычно до полного заряда требуется 10 – 16 часов). Некоторые зарядные устройства могут иметь функцию быстрого заряда, которая позволяет зарядить аккумулятор за 15 минут на столько, чтобы хватило несколько раз завести автомобиль.

Как заказать?

В нашем интернет-магазине вы можете посмотреть описание, узнать цены и характеристики устройств для зарядки аккумуляторов, а также выбрать наиболее подходящие модели с помощью подбора по параметрам. В каталоге имеется удобная сортировка по рейтингу, что позволит быстро сориентироваться среди множества моделей. Чтобы купить подходящее устройство для зарядки автомобильного аккумулятора, заполните форму на сайте или позвоните менеджеру по бесплатному телефону, который также проконсультирует вас по интересующим вопросам.

Как сделать зарядник для кроны

Среди множества схем сборки зарядных устройств для аккумуляторов типа «Крона» нашлась и относительно простая и доступная. Кстати, 9-вольтовая батарейка, известная в России и странах СНГ как «Крона», имеет стандарт 6F22.

Аккумулятор состоит из 7 никель-металлгидридных батарей стандарта 4A, соединенных последовательно. Рекомендованный для заряда ток составляет не более 20-30 мА.

Зарядное устройство изготавливается путем переделки зарядника для мобильных телефонов китайского производства.

Существуют 2 вида недорогих зарядных устройств родом из Китая. Они импульсные, и в основе обоих лежат автогенераторные схемы, способные выдавать 5 В на выходе.

Первый вид самый распространенный. В нем отсутствует контроль напряжения на выходе, но подобрав стабилитрон, стоящий в таких схемах во входной цепи возле диода 1N4148, можно получить нужное напряжение. Обычно он двух видов — на 4,7 и 5,1 В.

Чтобы зарядить «Крону» необходимо напряжение порядка 10-11 В. Этого можно добиться, заменив стабилитрон на тот, что имеет соответствующее напряжение. Также рекомендуется поменять конденсатор, который расположен на выходе зарядки. Как правило, он на 10 В. Нужно поставить конденсатор на 16-25 В, имеющий емкость 47-220 мкФ.

Вторая разновидность таких схем имеет контроль напряжения на выходе, реализованное посредством установки оптопары и стабилитрона.

Взгляните на принцип переделки второй схемы.

Необходимо убрать все компоненты, имеющиеся после трансформатора, и оставить только узел, контролирующий напряжение на выходе. Этот узел состоит из оптопары, пары резисторов и стабилитрона.

Нужно произвести замену диодного выпрямителя, поскольку производители заявляют ток зарядки в 500 мА, а максимальный ток диода не более 200 мА, хотя пиковый ток около 450 мА. Опасно ведь! В общем, надо установить диод FR107. Таким образом, зарядка будет выдавать необходимое напряжение.

Следующее, что нужно сделать, — это собрать узел стабилизации тока, взяв за основу микросхему LM317. Вообще, можно обойтись одним гасящим резистором вместо того, чтобы собирать узел стабилизации.

Но в этом примере предпочтение отдается надежной стабилизации, ведь аккумулятор типа «Крона» не самый дешевый.

Резистор R1 влияет на ток стабилизации. Программу расчета можно скачать в Прикрепленных файлах, в конце статьи.

Принцип работы этой схемы заключается в следующем:

При подключении «Кроны» загорается светодиод.

На резисторе R2 создается падение напряжения. Постепенно ток в цепи уменьшается, и напряжение, позволяющее гореть светодиоду, в один момент становится недостаточным. Он попросту гаснет.

Это происходит в конце процесса зарядки, когда напряжение на аккумуляторе становится равным напряжению зарядника. Процесс заряда останавливается, и ток снижается почти до нуля.

Микросхему LM317 устанавливать на радиатор не требуется, в отличии от зарядника на литиевых аккумуляторов, ведь ток заряда очень мизерный.

Остается прикрепить к корпусу коннектор для аккумулятора, который можно изготовить из неработающей батарейки.

коннектор для аккумулятора

Если использовать преобразователь DC-DC, то получится зарядное устройство для «Кроны» через USB-порт. на подобии этого зарядника для Ni-Mh аккумуляторов.

преобразователь DC-DCГотовое устройство

Прикрепленные файлы: СКАЧАТЬ.

Автор: Алексей Алексеевич.


 

Как сделать самому зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

Кажется, что сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора – это дело только для профессионалов. На самом деле, соорудить такое устройство можно своими руками, из подручных средств, хотя для этого потребуются определенные технические знания. Для этого понадобятся детали, которые вполне могут найтись у вас дома, например, оставшиеся от старого компьютера.

Простое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора можно сделать из старого блока питания компьютера. Так как для зарядки аккумулятора нужен ток в размере 10% от всей емкости батареи, любой блок питания с мощностью более 150 вольт может стать эффективным источником заряда. Почти у всех блоков питания стоит ШИМ-контроллер на микросхеме TL494 (или аналогичной KA7500). В первую очередь нужно выпаять лишние провода (с источников -5В, -12B, +5B, +12B). Затем убрать резистор R1 и заменить на подстроечный резистор с наивысшим значением 27 кОм. От основного провода отключается также шестнадцатый вывод, четырнадцатый и пятнадцатый перерезаются на месте соединения.

На задней планке блока нужно установить потенциометр-регулятор тока R10. Там же проводятся 2 шнура: один для сети, другой – для клемм АКБ.

Для упрощения процесса лучше заранее приготовить блок резисторов. Его тоже можно изготовить вручную: соединить пару токоизмерительных резисторов мощностью 5 вольт. Общая мощность будет равна 10 вольт, а сопротивление – 0,1 Ом. Зарядное устройство нужно настроить на эту же плату. Для этого на неезакрепляется подстроечный резистор. Чтобы убрать возможность ненужных связей между корпусом и основной цепью важно удалить часть печатной дорожки. Это важно, потому что, во-первых, металлический корпус блока питания не должен вступать в гальваническую связь с цепью зарядки АКБ, а, во-вторых, исключается паразитная цепь.

Теперь нужно заняться выводами 1, 14,15 и 16. Сначала их необходимо облудить. Для этого провод очищается от изоляции и прижигается паяльником. Это уберет оксидную пленку, после чего провод прикладывается к кусочку канифоли, а затем опять прижимается паяльником. Провод должен приобрести желто-коричневый цвет. Теперь необходимо приложить его к кусочку припоя и в третий, последний раз прижать паяльником. Провод должен стать серебристым.После окончания этой процедуры осталось подпаять многожилистые тонкие провода.

Холостой ход нужно выставить переменным резистором при среднем положении потенциометра R10. Напряжение холостого хода будет задавать полный заряд в пределах от 13,8 до 14,2 вольт. На концы клемм устанавливаются зажимы. Изоляционные трубки лучше сделать разноцветными, чтобы не путаться в проводах. Это может привести к порче прибора. Красный цвет обычно относится к «плюсу», а черный – к «минусу».

Если устройство будет использоваться только для заряда аккумулятора, можно обойтись без вольтметра и амперметра. Достаточно будет использовать отградуированную шкалу потенциометра R10 со значением 5,5-6,5 ампера. Процесс зарядки от такого устройства должен быть легким, автоматическим и не требовать ваших дополнительных усилий. Это зарядное устройство практически исключает возможность перегрева или перезарядки АКБ.

Еще один способ изготовления автомобильного аккумулятора своими руками основан на использовании приспособленного двенадцативольтного адаптера. Для него не потребуется схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Важно помнить, что напряжение аккумулятора и напряжение источника питания должны быть равны, иначе зарядное устройство будет бесполезным.

Сначала нужно обрезать и оголить до 5 см конец провода адаптера. Затем разноименные провода разводятся на 40 см. Теперь нужно на каждый из проводов надеть зажим типа «крокодил». Не забудьте взять разноцветные зажимы, чтобы не перепутать полярности. Нужно последовательно подключить каждый зажим к аккумулятору, следуя принципу «от плюса к плюсу» и «от минуса к минусу». Теперь осталось включить адаптер. Этот способ довольно прост, единственная сложность – в выборе верного источника питания. Такой аккумулятор может перегреться в процессе зарядки, поэтому важно следить за ним и прерывать на время в случае перегрева.

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора можно сделать из обычной лампочки и диода. Такое устройство будет совсем простым и для нужно совсем немного исходных элементов: лампочка, полупроводниковый диод, провода с клеммами и штекер. Лампочка должна быть мощностью до 200 вольт. Чем выше ее мощность – тем быстрее будет процесс зарядки. Полупроводниковый диод должен проводить электричество только в одном направлении. Можно взять, например, зарядку от ноутбука.

Лампочка должна гореть в половину накала, если же она совсем не горит, нужно доработать схему. Есть возможность, что лампочка будет выключаться при полном заряде автомобильного аккумулятора, но это маловероятно. Зарядка с таким устройством займет около 10 часов. Затем обязательно нужно отключить его от сети, иначе неизбежен перегрев, который выведет аккумулятор из строя.

Если ситуация экстренная, и времени на сооружение более сложных зарядных приборов нет, можно зарядить аккумулятор с помощью мощного диода и обогревателя, используя ток от сети. Подключать к сети нужно в такой последовательности: диод, затем обогреватель, затем аккумулятор. Такой способ малоэффективен, потому что на него уходит много электроэнергии, а коэффициент полезного действия составлять всего 1%. Поэтому это зарядное устройство является самым ненадежным, но и самым простым в изготовлении.

Для того чтобы сделать самое простое зарядное устройство, потребуются значительные усилия и технические знания. Лучше всегда иметь под рукой надежную фабричную зарядку, но при необходимости и достаточных технических умениях, можно сделать ее и своими руками.

схемы, как подключить своими руками, видео с пошаговыми инструкциями

Наверное, каждый автомобилист знает, как быстро ломаются зарядки для аккумулятора автомобиля. Если в очередной раз это произошло, пришло время самостоятельно его собрать. Это несложно, даже если нет электротехнических знаний.

Параметры устройства

Всем известно, что вся электроника автомобиля питается от 12в. При этом устройство для зарядки должно выдавать ток в 10% от номинальной емкости. Без этого ЗУ тоже будет работать, но намного медленнее.

Чтобы добиться этих параметров, понадобится:

  1. Трансформатор с 2 обмотками. Здесь работает правило «чем больше витков – тем лучше». Если обмоток больше, то не страшно. Просто они не будут задействованы. По сути подойдет любой импульсный трансформатор.
  2. Из розетки идет переменное питание. Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, сделанное своими руками, должно выдавать постоянное. На этот случай понадобится выпрямитель.
  3. Тестер. Мультиметр необходим для того, чтобы определить выходное напряжение. Оно должно быть ровно 12 вольт.
  4. Сделать зарядное устройство для аккумулятора невозможно без управления автоматикой. В противном случае аккумулятор может взорваться. Поэтому необходимо реле контроля напряжения.
  5. Понадобится регулировка тока. С этим справится переменный резистор. Желательно взять многооборотистый регулятор тока, чтобы подстройка была плавной.

Этого достаточно, чтобы собрать простое зарядное устройство.

Схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Чтобы собрать самодельное зарядное устройство нужны хотя бы навыки пайки, не более. Вот несколько схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, которые можно собрать за пару часов.

Простые схемы

Вот 3 схемы простого зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Возможно, все необходимые комплектующие уже у вас есть или их можно купить за бесценок на барахолке.

С 1 диодом

Перед трансформатором ставится предохранитель на 1 ампер и выключатель для удобства. После трансформатора с одного вывода обмотки ставится диод, а с другого — предохранитель. В разрыв нужно поставить амперметр и вольтметр. Можно купить дешевые китайские тестеры, где только экран и провода. Можно задействовать советские стрелочные.

Схема автоматического зарядного не самая лучшая. Диод срезает нижнюю часть синуса, от чего пульсация получается неравномерной.

С диодным мостом

Для АКБ автомобиля этот вариант подходит лучше. ДМ – это уже полноценный выравниватель напряжения.

Зарядник для автомобильного аккумулятора собирается также, но вместо диода устанавливается мост. От его минуса провод идет на предохранитель после трансформатора.

Диодный мост можно купить или спаять самостоятельно. Для этого понадобится всего 4 диода. Схема выглядит так. Напряжение все еще пульсирующее, что не очень хорошо для аккумуляторов.

С диодным мостом и конденсатором

Вот как выглядит правильное трансформаторное зарядное устройство. Между плюсом и минусом ставится конденсатор на 25-50 вольт и 5000-6000 микрофарад.

Конденсатор принимает напряжение и отдает его, но уже выровненным и без пульсаций.

Схемы с регулировкой

Если хочется, чтобы зарядник для аккумулятора автомобиля, сделанный своими руками правильно работал, необходим регулятор. С этим справится обычный подстроечный (переменный) резистор на 4,7 килоома.

Также в схеме предусмотрено 3 транзистора. Их расположение и номер подписан, поэтому проблем не будет. Достаточно прийти в радиомагазин и показать наименования. Они необходимы, чтобы резистор работал корректно.

Транзисторам необходимо хотя бы пассивное охлаждение, поэтому к их радиаторам лучше прикрепить алюминиевую пластину или поставить кулер.

Замечание. На схеме в разрыв транзистора П210 и вторым предохранителем установлен амперметр. С регулировкой тока и напряжения в нем нет необходимости, так как подстроить нужно только вольтаж. Поэтому на его место лучше поставить вольтметр.

Подробное видео можно посмотреть ниже.

Порядок сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

По рассмотреть, как сделать зарядное устройство для авто. Для новичка вполне подойдет эта схема. Она была рассмотрена ранее. Как ее усовершенствовать – написано выше.

Для начала понадобится раздобыть трансформатор. В радиоаппаратуре и старых магнитофонах можно найти неплохой ТС-180-2. Он состоит из 4 обмоток. Нужно соединить на первичке выводы 1 и 1, а на вторичке 9 номера. То есть, если соединить 4 обмотки в 2 последовательно, получится двухобмоточный трансформатор с напряжением в 13,6 вольт, что и требуется для нормальной работы ЗУ. К выводам № 2 нужно припаять сетевой шнур.

Как подключить зарядное устройство к аккумулятору автомобиля? Просто нужно диодный мост соединить проводами с 10 выводами. В разрыв стоит поставить амперметр с ограничением 15 ампер.

В цепь амперметра подпаивается регулятор напряжения. Между выводами с трансформатора нужно поставить вольтметр.

Чтобы защитить автоматическое зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, нужно поставить предохранители. Один со стороны АКБ (10 А), второй на входе в трансформатор (0,5А).

Не стоит сразу ставить высокий ток. Для перестраховки на зарядном устройстве нужно ставить невысокий ток (от 1А), а затем постепенно повышать до 9-10А. Когда АКБ будет заряжен, амперметр будет показывать около 1 ампера. Это значит, что зарядное устройство можно отключать.

Автозарядка из блока питания

Самодельное подзарядное устройство можно сделать и из БП от компьютера. Придется его немного доработать, зато получается хорошее, почти заводское ЗУ. Возможно, блок питания можно найти в закромах.

В большинстве своем, БП построены на базе ШИМ модуля TL494. Он идеально подходит для автомобильных зарядок.

Далее нужно просто действовать по инструкции:

  1. Все провода, кроме желтых и черных, нужно обрезать.
  2. Спаиваем их между собой: желтые с желтыми, черные с черными.
  3. На контроллере нужно перерезать дорожки, которые идут к пинам: 1, 14, 15, 16.
  4. В корпусе необходимо сделать 2 отверстия под подстроечные резисторы (10 и 4,4 килоом).
  5. Остается только собрать эту схему. Разводить плату не нужно, все делается навесным монтажом.

В автоматическом зарядном устройстве, сделанном своими руками, не помешает мультиметр, который нужно врезать в корпус БП.

 

Зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками

Разряд аккумулятора — проблема, которая хорошо знакома любому автомобилисту. Особенно неприятно, когда чрезвычайное происшествие случается далеко от цивилизации, где нет автомагазинов, АЗС и/или СТО. Чтобы снова не попасть впросак, не бояться внезапной «усталости» АКБ, рано или поздно каждый приходит к идее сделать зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками. Это логичное решение, так как покупные модели обойдутся в круглую сумму, а самодельное ЗУ, собранное из недорогих комплектующих, сулит приличную экономию. Другой плюс — простота устройства, обещающая результат независимо от степени квалификации «труженика». Сама работа отнимет всего несколько часов.

Почему оно необходимо?

Перед тем как собирать зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками, будущему автору не мешает познакомиться с ним и его предназначением — восстановлением разряженных АКБ. ЗУ — источник постоянного тока, чье напряжение составляет 12-16 В.

Причина его необходимости — неспособность зарядить аккумуляторную батарею до предела от электрогенератора автомобиля: максимально допустимого значения для бортсети (14,1 В) недостаточно. Требуется немного большее напряжение — 14,4-14,5 В.

Хронический недостаточный заряд приводит к уменьшению ресурса аккумулятора. Другой плюс автономного зарядного устройства — эффективная борьба с сульфатацией пластин, так как крупные кристаллы сульфата свинца — одни из главных виновников деградации АКБ.

Близкое знакомство с ЗУ

«Пионерами» были зарядки, имевшие в составе два главных блока, — выпрямитель и трансформатор. Конструкцию отличают впечатляющие габариты и такой же вес, однако дешевизна, простота изделий — причина их популярности у автовладельцев даже сейчас. В роли выпрямителя в таком зарядном устройстве выступает полупроводниковый диод, адекватная замена ему — диодный мост.

Существенная разница между ними одна: во втором варианте меньше потребление мощности. Другие различия касаются расходов, которых потребует реализация моста, и большей сложности работы. Помимо выпрямителя, трансформатора компонентами зарядника являются амперметр (по желанию) и выключатель. Прибор, измеряющий силу тока, подключают, используя зажимы-крокодилы.

Есть и другой вариант, который можно соорудить самостоятельно, — импульсный, он обеспечивает надежную защиту от «скачек» напряжения, КЗ, переполюсовки АКБ. Вес и габариты таких устройств значительно меньше, чем у традиционных. «Виной» тому инверторный блок, он же — причина больших затрат на производство, так как стоимость импульсного прибора возрастает почти вдвое.

Самодельные устройства

Прежде чем приступать к «свершениям», готовят все, что необходимо для производства зарядного устройства. Все зависит от того, какие расходники есть в наличии, для каких именно целей предназначается ЗУ.

Элементарно: лампочка и диод

Это экспресс-вариант, подходящий способ, если требуется быстро завести не роскошь, а средство, реанимировав севший аккумулятор автомобиля, находящегося на вынужденном «причале» у дома. В этом случае источником переменного тока будет розетка, а в простую схему зарядного устройства входит:

  1. Обыкновенная лампа накаливания. От ее мощности зависит скорость зарядки аккумулятора, поэтому оптимальное значение — 100-150 Вт. Позволяется минимум (60 Вт), но максимум (200 Вт) станет причиной перегоревшего электронного элемента.
  2. Полупроводниковый диод, преобразующий напряжение из переменного в постоянное. Здесь тоже необходима достаточная мощность, иначе элемент попросту не выдержит нагрузки. Возможные «поставщики» диода — старые приемники, блоки питания и магазины.
  3. Провода и зажимы-крокодилы, с помощью которых устройство подключается к АКБ.
  4. Штекер для розетки.

При сборке мини-зарядника важно соблюдать правило: диод располагают таким образом, чтобы катод был направлен в сторону плюса батареи. Все контакты изолируют. Во избежание КЗ в цепь включают автомат (10 А). Если для устройства выбрана лампочка мощностью в 100 Вт, то величина тока, поступающего на АКБ, будет равняться 0,17 А. Для получения 2 А необходимо заряжать устройство в течение 10 часов.

Такой способ позволит вернуть к жизни внезапно севший аккумулятор, например, на даче. Для полноценной зарядки этот вариант не подходит. Главное требование можно сформулировать одной, но емкой, фразой — руки прочь от всех частей схемы работающей конструкции!

Лампа и адаптер ноутбука

Еще один простейший способ быстрой реанимации безжизненного аккумулятора. Устройство для питания этой техники оснащено преобразователем, выпрямителем, элементами сглаживания и стабилизации выходного напряжения. Для получения желаемого необходим ненужный (или используемый) зарядник от любого ноутбука (19 В, примерно 5 А), автомобильная лампочка (12 Вт), провода и «земноводные» зажимы. В роли ограничителя тока можно использовать не лампу, а резистор. Поступают так:

  1. Берут 2 медных провода, концы их зачищают, присоединяют к контактам штекера.
  2. «Минусовой» выход аккумулятора соединяют с проводом наружного контакта адаптера.
  3. Проводник от внутреннего контакта маленького устройства подключают к «плюсу» большого ЗУ.
  4. В разрыв провода-плюса устанавливают лампочку.
  5. Включают адаптационную конструкцию в сеть.

Полностью разряженное устройство восстановить не получится, однако для подзарядки севшего аккумулятора понадобится всего несколько часов.

В обоих описанных случаях рекомендуют «устраивать слежку» за процессом, по крайней мере, первые полчаса. Если обнаружится перегрев, зарядку отключают без промедления.

Просто: трансформатор и мост

Такую зарядку уже можно назвать полноценной, но для ее сборки придется озаботиться поисками трансформатора, который найти бывает крайне трудно. В этом случае источником деталей может стать старый телевизор. Марка подходящего трансформатора — ТС-180-2. Он имеет 2 вторичные обмотки с напряжением 6,4 В, силой тока — 4,7 А. Такая же двойная в этом трансформаторе первичная обмотка.

Для диодного моста требуется 4 элемента Д242, альтернативы — Д243, 245, 246. Для отвода от них тепла — такое же количество радиаторов, их площадь должна быть не менее 25 мм2. Понадобится пара предохранителей (0,5 и 10 А). В качестве проводников используют материал любого сечения, однако есть исключение: значение-минимум для входного кабеля составляет 2,5 мм2. В роли основы зарядного устройства выступает стеклотекстолитовая пластина.

Сборка ЗУ происходит по такому сценарию:

  1. Сначала по стандартной схеме собирают диодный мост. Места выводов опускают вниз, каждый элемент будет располагаться на «своем» радиаторе.
  2. Начинают трансформаторные работы. Для получения нужной разности потенциалов вторичные обмотки «соединяют воедино»: выход первой с входом второй (9, 9’), используют клеммник, еще лучше — пайку.
  3. Берут два отрезка медного провода с сечением 2,5 мм2 припаивают к выводам 10, 10’.
  4. Переходят к первичной обмотке: соединяют 1 и 1’, провода штекера припаивают к 2, 2’.
  5. Соединяют трансформатор с диодным мостом: к нему припаивают провода 10, 10 ’.
  6. Теперь к мосту фиксируют проводники, идущие к аккумулятору.

Устанавливают предохранители. Тот, что рассчитан на 10 А, крепят к плюсу моста, второй (0,5 А) устанавливают на трансформаторном выводе 2. На этом работы завершаются, следует тестирование зарядного устройства с помощью амперметра, а также вольтметра. Если сила тока не такая, как ожидалась, а несколько превосходит необходимую величину, то для «удаления» излишков в цепь рекомендуют устанавливать лампу мощностью 20-60 Вт (12 В).

Конструкцию крепят на стеклотекстолитовую пластину, обязательно отмечают «плюсовой» и «минусовой» провода. В противном случае переплюсовка станет причиной выхода устройства, собранного тяжким трудом, из строя. Основу помещают в корпус, изготовленный, например, из цинковой жести. В нем некоторые делают дополнительное отверстие, предназначенное для вентилятора.

Если «поставщик» микроволновка

Это другой способ получить вожделенную вещь — зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками. Популярная микроволновая печь, имеющаяся почти в каждом доме, (как сломанная, так и пока работающая) часто становится жертвой домашних мастеров, самый привлекательный элемент для них — трансформатор. Автолюбители не исключение. Однако прибор, «украденный» у этого СВЧ агрегата, требует модификации, так как его приходится трансформировать из повышающего в понижающее устройство.

В этом случае в ход идет даже нерабочий трансформатор — тот, у которого сгорела вторичная обмотка, совершенно ненужная для сборки зарядного устройства. Переделка заключается в удалении вторички и замены ее новой. Ее роль исполняет провод с изоляцией, минимальное сечение его — 2 мм2, но большее значение предпочтительнее.

Для определения необходимого количества витков нужно готовиться к экспериментам, так как эту цифру некоторые мастера предпочитают находить опытным путем. Например, намотав определенное число витков на сердечник, к концам провода присоединяют вольтметр. Включив трансформатор в сеть, замеряют показания. Так действуют, пока необходимый показатель не будет достигнут.

Другой путь — простой расчет. Если показания прибора выдали, что при 10 витках напряжение на выходе равняется 2 В, то 12 В обеспечат 60 витков. Каждые 5 витков — плюс один вольт, поэтому желаемый результат достигается просто.

«Расправившись» с намоткой, остальные действия совершают аналогично предыдущему способу: собирают диодный мост, пайкой соединяют все детали, затем проверяют эффективность свежеизготовленного автомобильного зарядника. Неожиданных подводных камней при сборке простого устройства можно не опасаться, если работа совершается качественно.

Зарядное устройство для аккумулятора 12 в своими руками — тема, которая достаточно обширна, поэтому вариантов обеспечить бесперебойную работу батареи придумано много. С одним из потенциальных «рецептов» можно познакомиться воочию, если посмотреть этот видеоролик:

Видео загружается…

Как сделать домашнее зарядное устройство на 12 В

Что такое зарядное устройство?

Зарядное устройство для аккумуляторов — это простое электронное устройство, которое используется для передачи энергии вторичному элементу или аккумулятору, проталкивая через него электрический ток. Они относительно недороги и их легко построить дома. Итак, в этой статье мы рассмотрим пошаговую инструкцию, как сделать зарядное устройство 12 В для аккумулятора. Так что давайте перейдем к делу.

Это множество вариантов зарядных устройств, доступных на сегодняшнем рынке, таких как импульсные зарядные устройства, устройства непрерывной зарядки, устройства быстрой зарядки и т. Д.Но в целом все зарядные устройства имеют одинаковую принципиальную схему. Понижающий трансформатор вместе с конденсатором класса X, подключенным последовательно, чтобы понизить высокий входной переменный ток до полезного уровня, и мостовой выпрямитель, чтобы преобразовать сигнал переменного тока в пульсирующий постоянный ток. Вы также можете использовать сглаживающий конденсатор на выходе выпрямителя, чтобы избавиться от шума.

JLCPCB — ведущая компания по производству прототипов печатных плат в Китае, предоставляющая нам лучший сервис, который мы когда-либо испытывали (качество, цена, обслуживание и время).Мы настоятельно рекомендуем заказывать печатные платы в JLCPCB. Все, что вам нужно сделать, это просто загрузить файл Gerber и загрузить его на веб-сайт JLCPCB после создания учетной записи, как указано в видео выше, посетите их веб-сайт, чтобы узнать больше! .

[спонсор_1]

Компоненты оборудования

Для сборки этого проекта вам понадобятся следующие детали

[inaritcle_1]

Свинцово-кислотный аккумулятор 12 В

Полезные шаги

Ниже приведены инструкции по изготовлению зарядного устройства на 12 В

.

1) Сделайте мостовой выпрямитель, подключив 4 диода 1N4007 в следующей конфигурации.

2) Припаяйте плюсовые и минусовые выводы мостового выпрямителя ко вторичной обмотке трансформатора без ТН

.

3) Обрежьте лишние выводы мостового выпрямителя.

4) Припаяйте один конец конденсатора X-класса к положительной клемме источника переменного тока, а другой конец — к первичной обмотке трансформатора. Припаяйте отрицательную клемму питания к первичной обмотке трансформатора.

5) Припаяйте зажимы типа «крокодил» к клеммам мостового выпрямителя.

6) Подключите выходные клеммы зарядного устройства к клеммам разъема питания постоянного тока и проверьте цепь.

Зарядка аккумулятора (с включенным предохранителем)

Аккумулятор не заряжается (предохранитель отключен)

[inaritcle_1]

Рабочее объяснение

Работа этой схемы довольно проста. Сигнал 220 В переменного тока действует как вход для схемы зарядного устройства. этот сигнал переменного тока проходит через конденсатор номиналом 1 мкФ X, напрямую подключенный к линии переменного тока под напряжением, чтобы снизить напряжение переменного тока. Выходной сигнал проходит через понижающий трансформатор без СТ.

Выходной сигнал переменного тока затем подается на схему мостового выпрямителя, выполненную с использованием четырех диодов 1N4007.Выход постоянного тока мостового выпрямителя затем используется для зарядки любой свинцово-кислотной батареи 12 В с помощью зажимов для батареи.

Приложения

  • Обычно используется для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов 12 В в качестве резервного источника питания.

См. Также: Контроллер двигателя DIY с H-мостом | Схема Joule Thief | Домашняя автоматизация с использованием NodeMCU ESP266 и Firebase

Цепь зарядного устройства

| Полный проект DIY Electronics

Большинство зарядных устройств прекращают зарядку аккумулятора, когда он достигает максимального зарядного напряжения, установленного схемой.Эта схема зарядного устройства для аккумулятора 12 В заряжает аккумулятор при определенном напряжении, то есть напряжении поглощения, и после достижения максимального напряжения зарядки зарядное устройство изменяет выходное напряжение на напряжение холостого хода для поддержания аккумулятора при этом напряжении. Напряжение абсорбции и плавающее напряжение зависят от типа батареи.

Для этого зарядного устройства установлены напряжения для герметичной свинцово-кислотной (SLA) батареи 12 В, 7 Ач, для которой напряжение поглощения составляет от 14,1 В до 14,3 В, а плавающее напряжение — 13. От 6 до 13,8 В. Для безопасной работы и во избежание перезарядки аккумулятора, напряжение поглощения выбрано как 14,1 В, а плавающее напряжение выбрано как 13,6 В. Эти значения должны быть установлены в соответствии с указаниями производителя батареи.

Схема зарядного устройства 12 В

Рис. 1: Схема зарядного устройства 12 В

Принципиальная схема абсорбирующего и поплавкового зарядного устройства 12 В для аккумуляторов показана на рис. 1. Он построен на понижающем трансформаторе X1, регулируемом регуляторе напряжения LM317 (IC1), компараторе операционного усилителя LM358 (IC2). и несколько других компонентов.Используемый в этой схеме трансформатор с первичной обмоткой 230 В переменного тока на вторичный трансформатор 15–0–15 В с током 1 А снижает сетевое напряжение, которое выпрямляется диодами D1 и D2 и сглаживается конденсатором C1. Это напряжение подается на вход LM317 для регулирования.

Базовая схема представляет собой регулируемый источник питания, использующий LM317, с контролем на выходе путем изменения сопротивления на регулировочном штыре 1. Для LM317 требуется хороший радиатор. LM358 — это усилитель двойного действия, который используется для контроля перезарядки аккумулятора.Конденсатор C4 должен быть как можно ближе к выводу 1 IC2. Перемычка J1 используется для калибровки (настройки). Устанавливая напряжение зарядки, снимите перемычку и после калибровки снова подключите ее.

Для начальной настройки снимите перемычку J1, выключите S2, включите S1 и отрегулируйте потенциометр VR2, чтобы получить 13,6 В в контрольной точке TP2. Отрегулируйте потенциометр VR3 так, чтобы светодиод 2 начал светиться. Отрегулируйте потенциометр VR1 так, чтобы он показал 0,5 В (разница 14,1 В и 13,6 В) в контрольной точке TP1. Настройте VR2 на 14,1 В в контрольной точке TP2.

С этими настройками TP2 должен показывать 14,1 В при низком напряжении в контрольной точке TP3 и 13,6 В при высоком напряжении в контрольной точке TP3. Подключите перемычку J1. Теперь зарядное устройство готово к использованию. Подключите заряжаемый аккумулятор 12 В (BUC), соблюдая полярность, к CON2. Включите S2; один из светодиодов вне LED2 и LED3 загорится (скорее всего, это будет LED2). Если ни один из них не загорается, проверьте соединения; батарея могла быть разряжена. Включите S1 для зарядки. Полностью заряженный аккумулятор будет обозначен свечением светодиода LED3.

Не беспокойтесь, если вы забудете выключить зарядное устройство. Зарядное устройство находится на плавающем напряжении (13,6 В), и его можно держать в этом режиме зарядки вечно.

Строительство и испытания

Односторонняя печатная плата для цепи абсорбирующего и плавающего зарядного устройства 12 В батареи показана на рис. 2, а схема ее компонентов — на рис. 3. Соберите схему на печатной плате, за исключением трансформатора X1 и заряжаемой батареи (BUC).

Рис. 2: Печатная плата схемы зарядного устройства 12В Рис.3: Компоновка компонентов печатной платы

Загрузите печатную плату и компоновку компонентов в формате PDF: нажмите здесь

Поместите печатную плату в небольшую коробку. Закрепите клемму аккумулятора на передней части коробки для подключения BUC. Подключите переключатели S1 и S2, потенциометры VR1 — VR3 и т. Д. На корпусе коробки.

Банкноты EFY

  1. Выключите S2 или отсоедините клеммы аккумулятора, чтобы избежать ненужной разрядки аккумулятора, когда он не заряжается, то есть когда S1 выключен.
  2. Подключите аккумулятор, соблюдая полярность.
  3. Корпус IC1 не должен быть заземлен, поэтому используйте изоляцию.

Фаяз Хассан — менеджер металлургического завода в Висакхапатнам, Висакхапатнам, и интересуется проектами микроконтроллеров, мехатроникой и робототехникой.

Эта статья была впервые опубликована 26 июня 2016 г. и обновлена ​​13 августа 2019 г.

Как работают зарядные устройства?

Как работают зарядные устройства? — Объясни это Рекламное объявление

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 25 апреля 2021 г.

Power to go — разве батарейки не великолепны? Проблема в том, что они хранят только фиксированное количество электрического заряда перед разрядкой, обычно не более неудобное время. Если вы используете аккумуляторные батареи, это меньше проблемы: вставьте батарейки в зарядное устройство, подключите и вставьте Через несколько часов они как новенькие и снова готовы к использованию. Типичный аккумулятор можно заряжать сотни раз, может длиться вы любите от трех-четырех лет до десяти или более лет, и будете вероятно сэкономите сотни долларов на покупке расходных материалов (так что это отлично подходит для окружающей среды).Но насколько хорошо твои батареи производительность зависит от того, как вы их используете и насколько тщательно вы заряжаете их. Вот почему достойное зарядное устройство так же важно, как и батарейки, которые вы в него вставляете. Что такое зарядное устройство и как работает это работает? Давайте посмотрим внимательнее!

Artwork: Зачем использовать сотни батареек один раз, если можно использовать одну батарею сотни раз заправив его электрическим зарядом? Перезаряжаемые батареи для начала стоят немного дороже, но, относитесь к ним осторожно, и они сэкономят вам состояние за долгие годы их жизни. Они намного лучше для окружающей среды.

Что такое батарейки и как они работают?

Фото: Обычные батареи (например, эта бытовая угольно-цинковая батарея). не предназначены для использования более одного раза, поэтому не пытайтесь их перезаряжать. если ты Не любите угольно-цинковые батареи, не пытайтесь их перезарядить: для начала купите аккумуляторные.

Если вы читали нашу основную статью о батареях, вы будете знать все об этих портативных источниках питания растения.Пример того, что ученые называют электрохимией, они используют силу химии для высвобождения накопленной электроэнергии очень постепенно.

Что происходит внутри типичной батареи — например, в фонарике? Когда вы нажимаете выключатель питания, вы дает зеленый свет химическим реакциям внутри батареи. Когда ток начинает течь, ячейки (энергогенерирующие отсеки) внутри батареи начинают превращаться в поразительные, но совершенно невидимые пути. Химические вещества, из которых состоят их компоненты заставляют себя переставлять. Внутри каждой ячейки химическое реакции происходят с участием двух электрических клемм (или электроды) и химикат, известный как электролит которые их разделяют. Эти химические реакции вызывают появление электронов ( крошечные частицы внутри атомов, переносящие электричество), чтобы перекачивать цепь, к которой подключен аккумулятор, обеспечивающий питание фонарик. Но элементы внутри батареи содержат только ограниченные запасы химикатов, поэтому реакции не могут продолжаться бесконечно. Как только химикаты истощается, реакции останавливаются, электроны перестают течь через внешняя цепь, аккумулятор практически разряжен — и лампа гаснет. вне.

Это плохие новости. Хорошая новость заключается в том, что если вы используете аккумулятор, вы можете заставить химические реакции протекать в обратном направлении с помощью зарядного устройства. Зарядка аккумулятора — полная противоположность его разрядке: где разрядка отдает энергию, зарядка забирает энергию и сохраняет ее восстановив исходные химические вещества батареи. В Теоретически заряжать и разряжать аккумулятор можно любым количество раз; на практике даже аккумуляторные батареи разлагаются со временем, и в конечном итоге наступает момент, когда они больше не готов хранить заряд.На этом этапе вы должны утилизировать их или выкинь их.

Рекламные ссылки

Как работают зарядные устройства

Фото: Это зарядное устройство «быстрой зарядки» предназначено для зарядить четыре цилиндрических никель-кадмиевых (никадовых) аккумулятора за пять часов или одна батарея RX22 квадратной формы за 16 часов. Его легко использовать, и так же легко использовать неправильно: он не выключается, когда аккумуляторы полностью заряжены и нечего сообщит вам, когда зарядка будет завершена. С таким зарядным устройством аккумуляторы заряжаются это полные догадки.

Все зарядные устройства имеют одну общую черту: они работают, питая электрический ток через батареи в течение некоторого времени в надежде, что элементы внутри удерживайте часть энергии, проходящей через них. Это примерно где сходство зарядных устройств начинается и заканчивается!

Самые дешевые и грубые зарядные устройства используют либо постоянное напряжение, либо постоянный ток и подавайте его на батареи, пока не отключите их. Забудьте, и вы перезарядите батареи; снимите зарядное устройство слишком рано, и вы не будете заряжать их достаточно, так что они разойдутся быстрее.Более качественные зарядные устройства используют гораздо более низкий, более щадящий «струйный» заряд (возможно, 3–5 процентов от максимального номинального тока аккумулятора) на более длительный срок. промежуток времени.

Батареи

чем-то похожи на чемоданы: чем больше вы кладете, тем сложнее уложить еще — и тем больше времени на это уходит. Это легко понять, если вспомнить, что зарядка аккумулятора, по сути, включает обращая вспять химические реакции, которые происходят при его разряде. В аккумуляторе ноутбука например, зарядка и разрядка включают шунтирование ионов лития (атомы, у которых отсутствуют электроны) назад и вперед, от одного электрода (где их много) к другому электроду (где их мало). Поскольку все ионы несут положительный заряд, вначале их легче переместить к «пустому» электроду. В виде они начинают накапливаться там, становится все труднее упаковать их больше, что усложняет работу на более поздних этапах зарядки, чем на более ранних.

График: Аккумуляторы труднее заряжать на более поздних стадиях. Зарядка последних 25 процентов батареи (оранжевая область) может занять столько же времени, как и первых 75 процентов (желтая область). Об этом стоит помнить, если вы имеете ограниченное время для зарядки аккумулятора и беспокоитесь, что это займет слишком много времени: возможно, вы сможете зарядить его на полпути за гораздо меньшее время, чем вы думаете.

Перезарядка обычно хуже, чем недозаряд. Если аккумуляторы полностью заряжены и вы не выключайте зарядное устройство, придется избавиться от лишних энергию, которую вы им даете. Они делают это, нагревая и создавая повышенное давление внутри, что может привести к их разрыву, утечке химикатов или газ, да еще и взорваться. (Думайте о перезарядке как о переваривании аккумулятор, и вы можете просто помнить, чтобы не делать этого!)

Фото: Innovations Battery Manager, популярный в 1990-х годах, продавался как интеллектуальное зарядное устройство, способное заряжать даже обычные угольно-цинковые и щелочные батареи.Справа: цифровой дисплей показывал напряжение каждой батареи при зарядке (в данном случае 1,39 вольт). После зарядки появилась небольшая гистограмма, показывающая, в каком хорошем состоянии была батарея (сколько еще раз вы могли бы ее зарядить). Было продано много тысяч таких зарядных устройств, но были разные мнения от того, насколько хорошо они работали.

Чуть более сложные зарядные устройства с таймером отключаются через заданный период времени, хотя это не обязательно предотвращает перезарядку или недозаряд, потому что идеальное время зарядки варьируется для всех типов причины (сколько заряда держала батарея вначале, насколько она горячая сколько ей лет, работает ли одна ячейка лучше других, и так далее). Лучшие зарядные устройства работают грамотно, используя электронные схемы на основе микрочипов, чтобы определить, сколько заряда хранятся в батареях, выясняя такие вещи, как изменения в напряжение батареи (технически называемое дельта V или ΔV) и температура ячейки (дельта T или ΔT), когда зарядка, вероятно, будет «завершена», а затем отключение тока или переход на малую капельную зарядку на подходящее время; теоретически невозможно перезарядить интеллектуальное зарядное устройство.

Зарядка различных типов аккумуляторных батарей

Еще больше усложняет ситуацию то, что разные типы аккумуляторных батарей лучше всего реагируют на разные типы зарядки, поэтому зарядное устройство, подходящее для одного типа аккумулятора, может не работают с другим.

Никелевые батареи

фотографий. Электрическая зубная щетка обычно содержит никадовые или никель-металлгидридные батареи и медленно или капельно заряжается на подставке, которая на самом деле является индукционным зарядным устройством.

кадмий никель (также называемый «никад» или NiCd), самый старый и, возможно, все еще лучший аккумуляторные батареи известного типа, лучше всего реагируют на быстрая зарядка (при условии, что они не нагреваются) или медленная струйка зарядка.

Никель-металлогидридные (NiMH) батареи

изготовлены по новейшей технологии и выглядят точно то же самое, что и никады, но обычно они дороже, потому что в них можно хранить больше заряда (указано на упаковке аккумулятора как более высокий рейтинг) в мАч или миллиампер-часах).NiMH аккумуляторы можно быстро заряжать (на большой ток в течение нескольких часов, риск перегрева), медленный заряжен (около 12–16 часов при более низком токе) или струйкой заряжены (с намного меньшим током, чем у nicad), но они должны действительно заряжать только зарядным устройством NiMH: быстрое зарядное устройство nicad может привести к перезарядке никель-металлгидридных аккумуляторов.

Эксперты расходятся во мнениях относительно того, испытывают ли никелевые батареи так называемый эффект памяти. Это хорошо известное явление, когда не удается разрядить никелевый аккумулятор перед зарядкой (когда вы «доливаете» частично разряженный аккумулятор с помощью быстрая перезарядка) по общему мнению вызывает необратимые химические изменения, которые уменьшают аккумулятор будет принимать в будущем большой заряд.Некоторые люди клянутся усилие памяти реально; другие также настаивают на том, что это миф. Настоящее объяснение явного эффекта памяти таково: понижение напряжения , когда батарея не была полностью разряжена перед временной зарядкой «думает», что у него более низкое напряжение и емкость для хранения заряда, чем должно быть. Эксперты по аккумуляторным батареям настаивают на том, что эту проблему можно решить с помощью зарядки и разрядки. аккумулятор полностью в несколько раз больше.

Принято считать, что никелевые аккумуляторы необходимо «заправлять». (полностью заряжены перед первым использованием), поэтому обязательно точно следуйте тому, что говорят производители, когда вы берете свой новый батарейки из упаковки.

Как долго нужно заряжать аккумуляторы?

Есть две простые причины, по которым существует так много батарей разных размеров и типов: в большей батарее больше химикатов, поэтому она может накапливать больше энергии и отпустить на более длительный срок; батареи большего размера также обычно содержат больше ячеек внутри, поэтому они могут производить более высокое напряжение. и ток для питания более крупных вещей (более яркие лампы для фонарей или более мощные двигатели). Точно так же большие аккумуляторные батареи нуждаются в более длительной зарядке.Чем больше энергии вы ожидаете получить от аккумуляторной батареи (чем дольше вы ожидаете, что он прослужит), тем дольше вам нужно его заряжать (или тем выше ток зарядки, который вам понадобится). Основной закон физики, называемой сохранением энергии, говорит нам вы не можете получить от батареи больше энергии, чем вложили в нее.

Большинство людей склонны ставить заряд «на ночь», не обращая особого внимания на то, как именно что это значит — но ваши батареи будут работать лучше и дольше, если вы заряжаете их нужное количество часов. Как долго это длится? Это может сбивать с толку, особенно если вы используете батареи, которых не было в комплекте с зарядным устройством. Не бойся! Все, что вам нужно сделать, это прочитать, что написано на ваших батареях, и вы должны найти (часто мелкими буквами) рекомендуемый ток зарядки и время зарядки. Если у вас базовое зарядное устройство, просто проверьте его номинальный ток и соответствующим образом отрегулируйте время зарядки. Однако помните, что мы говорили в другом месте о согласовании зарядного устройства с батареями.

Фото: Аккумуляторная наука — это не ракетостроение. Заряжать аккумуляторные батареи легко, если вы будете следовать инструкциям, обычно написанным на батареях или на упаковке, в которой они поставлялись.

Например, эти три обычных 1,2-вольтовых никелевых аккумулятора имеют совершенно разные рекомендации:

  1. Вверху бело-зеленая батарея nicad рекомендует медленную зарядку 60 мА (миллиампер) в течение 14–16 часов или быструю зарядку 390 мА (ток в шесть раз выше) всего за два часа (2 часа). Полный заряд, идущий в батарею, равен току, умноженному на время, поэтому умножьте числа, и вы получите значение около 800–900 мАч. Сама батарея заявляет, что ее емкость равна 0.65 Ач (650 мАч), но не забывайте, что процесс зарядки не на 100 процентов эффективен: аккумулятор не будет поглощать всю электрическую энергию, проходящую через него. Таким образом, количество заряда, которое вы подаете, и количество, которое может поглотить аккумулятор, находятся в одном и том же парке.
  2. Посередине серебряный никель-металлгидридный аккумулятор рекомендует заряжать 200 мА (миллиампер) в течение 7 часов, что дает нам заряд около 1400 мАч. Опять же, сама батарея утверждает, что ее емкость ниже этой (1000 мАч).
  3. Внизу зелено-оранжевый NiMH аккумулятор рекомендует заряд 63 мА (миллиампер) в течение 18 часов, что дает чуть более 1000 мАч.Емкость аккумулятора чуть ниже (970 мАч).

Литий-ионные батареи

Литий-ионные аккумуляторные батареи

обычно встраиваются в такие устройства, как сотовые телефоны, Mp3-плееры, цифровые фотоаппараты и ноутбуки. Обычно они поставляются со своими зарядными устройствами, которые автоматически распознают при зарядке завершено и отключите питание в нужное время. Литий-ионные батареи могут стать опасно нестабильными, если напряжение батареи либо слишком высокое, либо слишком низкое, поэтому они разработаны никогда не работать в таких условиях.Если напряжение становится слишком низкий (если аккумулятор разряжается слишком сильно во время использования), прибор должен отключиться автоматически; если напряжение становится слишком высоким (во время зарядки) вместо этого отключится зарядное устройство. Хотя литий-ионные батареи не проявляют эффекта памяти, они разлагаются по мере того, как они стареют. Типичный симптом старения — постепенная разрядка промежуток времени (может, час или около того), за которым следует внезапное драматическое, и после этого совершенно неожиданное отключение прибора. Узнайте больше о том, как работают литий-ионные батареи.

Фото: Защищенное от идиотов зарядное устройство Canon для литий-ионных аккумуляторов фотоаппарата. Когда аккумулятор требует зарядки, камера заранее предупреждает вас. Просто извлеките аккумулятор (очень просто для цифровой камеры), вставьте отдельное зарядное устройство, и индикатор загорится красным, а когда аккумулятор полностью заряжен, станет зеленым. Весь процесс происходит автоматически и безопасно: камера прекращает использование батареи до того, как ее напряжение станет слишком низким; зарядное устройство прекращает зарядку до того, как напряжение станет слишком высоким.

Свинцово-кислотные батареи

Самые большие, самые тяжелые и самые старые аккумуляторные батареи получили свое название от (разбавленный) серно-кислотный электролит и электроды на основе свинца. Они самые нам знакомы как автомобильные аккумуляторы (начальная энергия обеспечивает довести двигатель автомобиля до того, как начнет гореть газ), хотя немного другие типы свинцово-кислотных аккумуляторов также используются в таких вещах, как гольф багги и электрические инвалидные коляски.

Фото: Свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы были первоначально разработаны в 19 веке, задолго до того, как появились технологии перезарядки на основе никеля и лития.

Свинцово-кислотные батареи

популярны, потому что они просты, дешевы, надежны и используют хорошо зарекомендовавшую себя технологию. восходит к середине 19 века. Обычно они длятся несколько лет, хотя это полностью зависит от того, насколько хорошо они поддерживаются — другими словами, заряжаются и разряжаются. Они действительно заряжаются довольно долго (обычно до 16 часов — в несколько раз дольше, чем требуется для полной разрядки), и это может привести к тенденции к недозаряду (если у вас нет времени правильно зарядить их перед следующим использованием) или перезарядить (если вы поставите их на зарядку и забудете о них).Недозаряд, зарядка с неправильным напряжением или неиспользование аккумуляторов вызывает проблему, известную как сульфатирование (образование твердых кристаллов сульфата свинца), в то время как перезаряд вызывает коррозию (необратимая деградация положительной свинцовой пластины из-за окисления, аналогично ржавлению железа и стали. ). И то, и другое повлияет на производительность и срок службы свинцово-кислотной батареи. Чрезмерная зарядка также имеет тенденцию к разложению электролита, разлагая воду (путем электролиза) на водород и кислород, которые выделяются в виде газов и, следовательно, теряются в батарее.Это делает кислоту более сильной и с большей вероятностью атакует пластины, что снизит производительность аккумулятора. Это также означает, что для взаимодействия с пластинами доступно меньше электролита, что также снижает производительность. Время от времени в такие батареи необходимо доливать дистиллированную воду (не обычную воду), чтобы поддерживать кислоту в оптимальной концентрации и на достаточно высоком уровне, чтобы покрыть пластины.

Подбор аккумуляторов к зарядному устройству

Разные зарядные устройства предназначены для работы по-разному на разных скоростях. в основном подходит для разных типов батарей.Первое правило зарядка аккумулятора — это зарядное устройство, предназначенное для одного типа аккумулятора. может не подходить для зарядки другого: вы не можете зарядить мобильный телефон с автомобильным зарядным устройством, но вы не должны заряжать NiMH аккумуляторы с зарядным устройством nicad. Многие современные аккумуляторные бытовая техника и гаджеты, например ноутбуки, MP3-плееры и сотовые телефоны — при покупке приходят с их собственным специальным зарядным устройством, так что вы не нужно беспокоиться о согласовании зарядного устройства с аккумулятором. Но если вы покупаете в магазине пачку обычных аккумуляторных батарей, это важно, чтобы вы купили батареи, подходящие к имеющемуся у вас зарядному устройству, или замените зарядное устройство соответствующим образом.Обратите внимание на напряжение и ток, которые требуются батареи (это будет указано на упаковке с батареями или на сами аккумуляторы) обязательно выбирайте зарядное устройство с правильным напряжение и ток, чтобы идти с ними, и заряд для правильного количество времени. Если вы хотите купить себе аккумулятор батарейки, но вы не совсем уверены, как подобрать батарейки и зарядное устройство, выберите комбинированный набор, в котором вы покупаете аккумуляторы и зарядное устройство. в той же упаковке.

Фото: Подбор аккумулятора к зарядному устройству. По мере того, как мир переходит на более экологически чистые электромобили с батарейным питанием, нам потребуется гораздо больше правильно оборудованные, удобно расположенные зарядные станции. В нем используются фотоэлектрические солнечные элементы (в навесе) для зарядки автомобилей, припаркованных ниже. Фото Денниса Шредера любезно предоставлено NREL.

На сколько хватает заряда аккумуляторных батарей?

Неудивительно, что это зависит от того, как вы относитесь к ним, храните и используете. Небольшие перезаряжаемые аккумуляторы (такие как NiCd, NiMH и литий-ионные) обычно служат сотни «циклов». (вы можете заряжать и разряжать их столько раз), что может означать что угодно от нескольких лет достойной жизни в ноутбуке до десятилетия использования в портативном радио.Лечится хорошо, свинцово-кислотные автомобильные аккумуляторы обычно годны для тысяч циклов и могут легко прослужить 5–10 лет в машине, которую водят каждый день. Но если оставить аккумуляторы в продукте, которым вы почти никогда не пользуетесь, никогда не заряжайте и не разряжайте их, не перезаряжайте их, дайте им перегреться или храните их в плохих условиях, не ждите, что они прослужат долго.

Как узнать, что пора заменить батарейки? В чем-то вроде ноутбука вы можете Заметьте, что литий-ионный аккумулятор какое-то время разряжается нормально, а затем внезапно теряет все оставшиеся заряжается очень быстро.Если вы используете аккумуляторные батареи NiCd или NIMH в таких вещах, как фонарики, вы увидите, что емкость очень постепенно снижается, и необходимость подзарядки возникает гораздо чаще.

Лучшие советы по увеличению времени автономной работы

Как добиться максимальной отдачи от батарей? Вот несколько полезных советов, которые я нашел прочитав различные сайты экспертов по батареям:

  1. Аккумуляторы работают лучше всего при регулярном использовании. Не оставляй их сидеть в сарае, полностью заряженный или полностью разряженный в течение нескольких месяцев.
  2. Эксперты по аккумуляторным батареям предлагают «привести в состояние» или «восстановить». ваши батареи. Это означает, что вы регулярно позволяете им разряжаться. существенно перед подзарядкой, если можете (хотя полностью разряжать их не нужно).
  3. Совместите зарядное устройство с аккумуляторами. Например, используйте NiMH зарядное устройство для NiMH аккумуляторов. и убедитесь, что зарядное устройство использует соответствующее напряжение и ток.
  4. Не перезаряжайте аккумуляторы. Вы их повредите.
  5. Не позволяйте батареям становиться слишком горячими или слишком холодными во время зарядки, хранения и т. Д. или использовать (это вредит им).Они будут нагреваться во время зарядки, но если сильно нагреются, то что-то не так.
  6. Не экономьте на покупке приличного интеллектуального зарядного устройства. Твоих батарей хватит на много дольше, если зарядное устройство относится к ним правильно!
  7. По возможности следуйте инструкциям, прилагаемым к вашему прибору. Например, инструкции, прилагаемые к роботу-пылесосу Roomba®, говорят вам оставить его «пристыкован» (сидит на зарядном устройстве), непрерывная зарядка, все время не используется. Если вы этого не сделаете, вы обнаружите, что ваш Roomba очень быстро разряжается (даже если вы им не пользуетесь), и вы вполне можете сократить срок службы батареи.
  8. Если вы используете что-то вроде ноутбука, постоянно подключенного к сети, возьмите за привычку позволяя ему работать от батареи, возможно, один раз в неделю или около того, пока он не разрядится почти полностью, чтобы поддерживать аккумулятор в хорошем состоянии. Вы обнаружите, что это помогает продлить срок службы вашей батареи.

Фото: Батареи бывают всех форм и размеров. Вы не всегда можете сказать, какие из них перезаряжаемые просто глядя. Из показанных здесь батарей можно заряжать только никель-кадмиевые и литий-ионные; остальные — одноразовые.Большой литий-ионный аккумулятор серебристого цвета слева от ноутбука, а меньший (справа) — от iPod. Никель-кадмиевые батареи представляют собой универсальные перезаряжаемые аккумуляторы, которые подходят для универсальных аккумуляторных батарей. зарядное устройство, такое как на самом верхнем фото.

Рекламные ссылки

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Статьи

  • Стеклянная батарея, которая становится все лучше? Марка Андерсона. IEEE Spectrum, 30 мая 2019 г.Нарушают ли батареи, состояние которых со временем улучшается, основной закон физики?
  • Он большой и долговечный, и он не загорится: Ванадиевая батарея Redox-⁠Flow, созданная З. Гэри Янгом. IEEE Spectrum, 26 октября 2017 г. Станут ли VRFB следующим большим достижением в аккумуляторных технологиях?
  • «Потенциальные опасности на обоих концах жизненного цикла литий-ионных аккумуляторов», автор Марк Андерсон. IEEE Spectrum, 1 марта 2013 г. Исследует опасности производства и переработки литий-ионных батарей.
  • Сильный химический коктейль с недостатком Мэтью Вальджана.The New York Times, 17 января 2013 г. Риск возгорания вызывает все большую озабоченность, поскольку литий-ионные батареи становятся все более распространенным явлением.
  • Перезаряжаемые аккумуляторы, наносимые распылением, могут хранить энергию где угодно, Лиат Кларк, Wired, 2 июля 2012 г. Если бы мы могли превратить компоненты аккумуляторов в жидкости, мы могли бы распылять их на любую плоскую поверхность для хранения электроэнергии.
  • Вирусная батарея может «приводить в действие автомобили»: BBC News, 2 апреля 2009 г. Ученые Массачусетского технологического института создали новую мощную батарею от вирусов.
  • Батарея, которая «заряжается за секунды»: BBC News, 11 марта 2009 г.Новый способ изготовления литий-ионных аккумуляторов может значительно сократить время зарядки.

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2009, 2021.Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитируйте эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2021) Зарядные устройства. Получено с https://www.explainthatstuff.com/how-battery-chargers-work.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Подробнее на нашем сайте…

Все о зарядных устройствах — Battery University

Узнайте, какое зарядное устройство лучше всего подходит для вашей области применения.

Хорошее зарядное устройство обеспечивает основу для надежных и эффективных аккумуляторов. На рынке, чувствительном к цене, зарядным устройствам часто уделяется мало внимания и они получают статус «запоздалых». Аккумулятор и зарядное устройство должны идти вместе, как лошадь и повозка. При разумном планировании первоочередное внимание уделяется источнику питания, помещая его в начале проекта, а не после того, как оборудование будет завершено, как это обычно бывает.Инженеры часто не подозревают о сложности источника питания, особенно при зарядке в неблагоприятных условиях.

Рисунок 1 : Аккумулятор и зарядное устройство должны работать вместе, как лошадь и повозка.
Одно без другого не доставляет.

Зарядные устройства обычно идентифицируются по скорости зарядки. Потребительские товары поставляются с недорогим персональным зарядным устройством, которое хорошо работает при правильном использовании.Промышленное зарядное устройство часто изготавливается третьей стороной и включает в себя специальные функции, такие как зарядка при неблагоприятных температурах. Хотя батареи работают при температуре ниже точки замерзания, не все химические соединения можно заряжать в холодном состоянии, и большинство литий-ионных аккумуляторов попадают в эту категорию. Батареи на основе свинца и никеля заряжаются в холодном состоянии, но с меньшей скоростью. (См. BU-410: Зарядка при высокой и низкой температуре)

Некоторые литий-ионные зарядные устройства (Cadex) включают функцию пробуждения, или «ускорение», чтобы обеспечить подзарядку, если литий-ионный аккумулятор заснул из-за чрезмерного заряда. -увольнять.Состояние сна может возникнуть при хранении батареи в разряженном состоянии, в котором саморазряд доводит напряжение до точки отключения. Обычное зарядное устройство считает такую ​​батарею непригодной к эксплуатации, и аккумулятор часто выбрасывают. Boost применяет небольшой ток заряда, чтобы поднять напряжение от 2,2 В на элемент до 2,9 В на элемент, чтобы активировать схему защиты, после чего начинается нормальный заряд. Необходимо соблюдать осторожность, если литий-ионный аккумулятор оставался ниже 1,5 В на элемент в течение недели или дольше. Возможно, образовались дендриты, которые могут поставить под угрозу безопасность.(См. BU-802b: Что делает повышенный саморазряд? На Рисунке 5 исследуется повышенный саморазряд после того, как литий-ионный элемент подвергся глубокому разряду. См. Также BU-808a: Как разбудить литий-ионный аккумулятор во сне. .)

Зарядные устройства на основе свинца и лития работают от постоянного тока постоянного напряжения (CCCV) . Ток заряда постоянен, а напряжение ограничивается, когда достигает установленного предела. При достижении предела напряжения аккумулятор насыщается; ток падает до тех пор, пока аккумулятор не перестанет принимать дальнейшую зарядку, и быстрая зарядка не прекратится. У каждой батареи свой порог слабого тока.

Батареи на основе никеля заряжаются постоянным током, и напряжение может свободно повышаться. Это можно сравнить с поднятием веса на резинке, когда рука продвигается выше груза. Обнаружение полного заряда происходит при наблюдении небольшого падения напряжения после устойчивого роста. Для защиты от аномалий, таких как закороченные или несовпадающие элементы, зарядное устройство должно включать таймер плато, чтобы гарантировать безопасное завершение заряда, если дельта напряжения не обнаружена.Также следует добавить датчик температуры, который измеряет повышение температуры с течением времени. Такой метод известен как дельта температуры по времени или dT / dt и хорошо работает с быстрой и быстрой зарядкой.

Повышение температуры является нормальным для никелевых аккумуляторов, особенно при достижении уровня заряда 70 процентов. Это вызывает снижение эффективности заряда, и для ограничения напряжения необходимо снизить ток заряда. Когда оно «готово», зарядное устройство переключается на непрерывную подзарядку, и аккумулятор должен остыть.Если температура остается выше температуры окружающей среды, значит, зарядное устройство работает некорректно, и батарею следует извлечь, поскольку постоянный заряд может быть слишком высоким.

NiCd и NiMH не следует оставлять в зарядном устройстве без присмотра в течение недель и месяцев. Храните батареи до тех пор, пока они не понадобятся, в прохладном месте и перед использованием зарядите их.

Литиевые батареи должны всегда оставаться холодными во время зарядки. Прекратите использование аккумулятора или зарядного устройства, если температура поднимается более чем на 10 ° C (18 ° F) выше окружающей среды при нормальной зарядке.Литий-ионный аккумулятор не может поглощать избыточный заряд и не получает непрерывного заряда при полном заряде. Li-ion-аккумулятор снимать с зарядного устройства не требуется; однако, если он не используется в течение недели или более, лучше всего поместить пакет в прохладное место и подзарядить перед использованием.

Типы зарядных устройств

Самым простым зарядным устройством было ночное зарядное устройство, также известное как медленное зарядное устройство. Это восходит к старым никель-кадмиевым временам, когда простое зарядное устройство использовало фиксированный заряд около 0,1C (одна десятая от номинальной емкости), пока батарея была подключена.У медленных зарядных устройств нет функции обнаружения полной зарядки; заряд остается включенным, а полная зарядка разряженной батареи занимает 14–16 часов. При полной зарядке медленное зарядное устройство сохраняет NiCd теплым на ощупь. Из-за пониженной способности поглощать избыточный заряд никель-металлгидридный аккумулятор не следует заряжать с помощью медленного зарядного устройства. Недорогие бытовые зарядные устройства, заряжающие элементы AAA, AA и C, часто используют этот метод зарядки, как и некоторые детские игрушки. Извлеките батареи, когда они теплые.

Быстрое зарядное устройство находится между медленным и быстрым зарядным устройством и используется в потребительских товарах. Время зарядки пустой упаковки 3–6 часов. После заполнения зарядное устройство переходит в состояние «готово». Большинство устройств быстрой зарядки включают датчик температуры для безопасной зарядки неисправного аккумулятора.

Быстрое зарядное устройство предлагает несколько преимуществ, очевидным из которых является более короткое время зарядки. Это требует более тесной связи между зарядным устройством и аккумулятором. При скорости заряда 1С (см. BU-402: Что такое C-скорость?), Которую обычно использует быстрое зарядное устройство, пустые никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы заряжаются чуть более чем за час.По мере того, как батарея приближается к полной зарядке, некоторые зарядные устройства на никелевой основе снижают ток, чтобы приспособиться к более низкому принятию заряда. Полностью заряженный аккумулятор переключает зарядное устройство на непрерывный заряд, также известный как поддерживающий заряд. Большинство современных зарядных устройств на никелевой основе имеют пониженный постоянный заряд, что также позволяет использовать никель-металлгидридные аккумуляторы.

Li-ion имеет минимальные потери при зарядке, а кулоновский КПД лучше 99 процентов. В 1С аккумулятор заряжается до 70% заряда менее чем за час; дополнительное время посвящено заряду насыщения.Литий-ионный аккумулятор не требует заряда насыщения, как свинцово-кислотный; на самом деле лучше не заряжать полностью литий-ионный аккумулятор — батареи прослужат дольше, но время работы будет немного меньше. Из всех зарядных устройств Li-ion самое простое. Никаких уловок, обещающих улучшить характеристики аккумуляторов, как это часто утверждают производители зарядных устройств для свинцовых и никелевых аккумуляторов, не применяется. Работает только элементарный метод CCCV.

Свинцово-кислотный аккумулятор нельзя быстро заряжать, поэтому термин «быстрая зарядка» неверен. Большинство свинцово-кислотных зарядных устройств заряжают аккумулятор за 14–16 часов; все, что медленнее, — это компромисс.Свинцовую кислоту можно зарядить до 70 процентов примерно за 8 часов; оставшееся время занимает исключительно важный заряд насыщения. Частичная загрузка прекрасна при условии, что свинцово-кислотная кислота иногда получает полностью насыщенную загрузку, чтобы предотвратить сульфатирование.

Ток в режиме ожидания зарядного устройства должен быть низким для экономии энергии. Energy Star присваивает пять звезд зарядным устройствам для мобильных телефонов и другим небольшим зарядным устройствам, потребляющим не более 30 мВт в режиме ожидания. Четыре звезды получают зарядные устройства на 30–150 мВт, три звезды на 150–250 мВт и две звезды на 250–350 мВт.Среднее потребление составляет 300 мВт, и эти устройства получают одну звезду. Energy Star стремится снизить потребление электроэнергии персональными зарядными устройствами, которые в большинстве случаев остаются подключенными, когда они не используются. Во всем мире в любой момент времени к сети подключено более миллиарда таких зарядных устройств.

Простые рекомендации при покупке зарядного устройства

  • Зарядка аккумулятора наиболее эффективна при низком уровне заряда (SoC). Приемлемость заряда снижается, когда батарея достигает SoC 70% и выше.Полностью заряженный аккумулятор больше не может преобразовывать электрическую энергию в химическую энергию, и заряд должен быть уменьшен до тонкой струйки или прекращен.
  • При заполнении аккумулятора сверх полного заряда избыточная энергия превращается в тепло и газ. При использовании литий-ионных аккумуляторов это может привести к отложению нежелательных материалов. Продолжительный перезаряд вызывает необратимый ущерб.
  • Используйте зарядное устройство, подходящее для предполагаемого химического состава аккумуляторов. Большинство зарядных устройств обслуживают только один химический состав. Убедитесь, что напряжение аккумулятора соответствует напряжению зарядного устройства.Не заряжайте, если другое.
  • Емкость аккумулятора может незначительно отличаться от указанной. Зарядка большей батареи займет немного больше времени, чем меньшая, и наоборот. Не заряжайте, если рейтинг Ah отличается слишком сильно (более 25 процентов).
  • Зарядное устройство высокой мощности сокращает время зарядки, но существуют ограничения относительно скорости зарядки аккумулятора. Сверхбыстрая зарядка вызывает стресс.
  • Свинцово-кислотное зарядное устройство должно переключаться на плавающий заряд при полном насыщении; зарядное устройство на никелевой основе должно переключаться на непрерывную подзарядку при полном заряде.Литий-ионный аккумулятор не может поглощать перезаряд и не получает постоянного заряда. Капельный и плавающий заряды компенсируют потери, вызванные саморазрядом.
  • Зарядные устройства должны иметь блокировку температуры, чтобы завершить заряд неисправной батареи.
  • Наблюдайте за температурой заряда. Свинцово-кислотные батареи должны оставаться теплыми на ощупь; Батареи на основе никеля нагреваются ближе к концу заряда, но должны остывать в состоянии готовности. Литий-ионный аккумулятор не должен подниматься выше температуры окружающей среды более чем на 10 ° C (18 ° F) при достижении полного заряда.
  • Проверьте температуру аккумулятора при использовании недорогого зарядного устройства. Извлеките аккумулятор, когда он теплый.
  • Заряжайте при комнатной температуре. Прием заряда падает в холодном состоянии. Литий-ионные аккумуляторы нельзя заряжать при температуре ниже точки замерзания.

Последнее обновление: 21 ноября 2020 г.

*** Пожалуйста, прочтите комментарии ***

Комментарии предназначены для «комментирования», открытого обсуждения среди посетителей сайта. Battery University отслеживает комментарии и понимает важность выражения точек зрения и мнений на общем форуме.Однако при общении необходимо использовать соответствующий язык, избегая спама и дискриминации.

Если у вас есть предложение или вы хотите сообщить об ошибке, воспользуйтесь формой «свяжитесь с нами» или напишите нам по адресу: [email protected] Нам нравится получать от вас известия, но мы не можем ответить на все запросы. Мы рекомендуем размещать свой вопрос в разделах комментариев, чтобы Battery University Group (BUG) могла поделиться им.

Предыдущий урок Следующий урок

Или перейти к другой артикуле

Батареи как источник питания

Как разработать приложение для зарядного устройства

Аннотация: Ноутбуки все чаще требуют сложных алгоритмов и систем зарядки аккумуляторов.В этой статье представлена ​​информация и общие сведения о литий-ионных (Li +), никель-кадмиевых (NiCd) и никель-металл-гидридных (NiMH) батареях и связанных с ними переключаемых и линейных зарядных устройствах на уровне системы. Эти регуляторы напряжения и регуляторы тока управляются внешними микропроцессорами, такими как 8051 или Microchip PIC, и примеры предоставлены с этими контроллерами. Приведен обзор требований для зарядки аккумуляторов с обычным химическим составом с помощью микросхем зарядных устройств Maxim, а также обсуждение компромиссов на уровне системы и советов по проектированию микропрограмм, а также список инженерных ресурсов World Wide Web.

В предыдущем выпуске журнала Maxim’s Engineering Journal (том 27) обсуждались новые разработки в области автономных зарядных устройств. В этой второй статье из серии, состоящей из двух частей, рассматриваются проблемы системного уровня при применении микросхем зарядного устройства.

За последние пять лет рыночное давление на портативное оборудование превратило простое зарядное устройство в сложное переключаемое устройство, способное заряжать усовершенствованный аккумулятор за 30 минут. Эта разработка также знаменует собой отход от автономных микросхем зарядных устройств, которые использовались всего несколько лет назад.Некоторые из этих микросхем обладали значительным интеллектом: достаточным для решения сложной задачи быстрой зарядки современных аккумуляторов.

Maxim по-прежнему производит микросхемы автономных зарядных устройств, но рыночный спрос в последнее время изменился. Сегодняшние подсистемы зарядного устройства для аккумуляторов регулируют напряжение и ток зарядки с помощью интеллектуального внешнего микроконтроллера (мкКл), обычно доступного где-либо еще в системе. Такой подход обеспечивает низкую стоимость при работе с большими объемами и обеспечивает максимальную гибкость в адаптации зарядного устройства к конкретному применению.

Когда-то весь необходимый интеллект находился в самой ИС контроллера зарядного устройства, но теперь разработчик системы должен реализовать алгоритм зарядки и написать соответствующую прошивку. В этой статье представлена ​​информация и общие сведения, необходимые для реализации систем зарядных устройств на основе широкого ассортимента микросхем зарядных устройств для аккумуляторов компании Maxim для всех популярных химикатов.

Следующее обсуждение представляет собой обзор требований к зарядке аккумуляторов обычного химического состава с помощью микросхем зарядных устройств Maxim.В нем рассматриваются компромиссы на уровне системы и советы по проектированию микропрограмм, а также перечислены ресурсы всемирной паутины, доступные разработчикам. Обсуждение завершается примерами дизайна, основанными на двух обычных микроконтроллерах: 8051 и Microchip PIC. Любой из примеров может служить базой для дальнейшей разработки схем нестандартного зарядного устройства.

Обзор методов зарядки аккумуляторов

Сегодня на практике используются четыре типа аккумуляторных батарей: никель-кадмиевые (NiCd), металлогидридные никель (NiMH), гелевые свинцово-кислотные (PbSO4) и литий-ионные (Li +).Компромиссы, которые следует сделать между этими химическими составами, выходят за рамки данной статьи, но раздел Ссылки обеспечивает доступ к такой информации.

Осторожно: обратитесь к производителю батареи за конкретными рекомендациями. Информация, представленная здесь, предназначена только для обзора требований к зарядке для элементов различного химического состава.

В этом разделе описаны общие методы зарядки и ограничения для четырех распространенных химикатов. Дополнительные сведения и справочную информацию см. В таблицах данных Maxim и других справочных материалах, цитируемых в конце статьи.

Быстрая зарядка аккумулятора имеет несколько фаз, как поясняется в тексте и на диаграмме состояний для стандартного зарядного устройства (, рис. 1, ).


Рис. 1. Общая диаграмма состояния зарядного устройства.

Инициализация

Хотя инициализация не является частью самой процедуры зарядки, она является важным этапом процесса. Зарядное устройство инициализируется и выполняет собственное самотестирование. Зарядка может быть прервана из-за сбоя питания и последующей повторной инициализации.Без интеллектуальной батареи или какого-либо энергонезависимого хранилища с меткой времени такие события могут происходить незамеченными. Большинство зарядных устройств полностью переинициализируются после сбоя питания. Если перезарядка является проблемой, зарядное устройство может затем выполнить специальную последовательность самотестирования, чтобы определить, заряжена ли уже батарея. Например, аккумулятор, присутствующий при включении питания, должен вызвать такое действие.

Некоторые обстоятельства могут позволить этой инициализации вызвать проблемы с зарядкой. Зарядное устройство с фиксированным временем, например, заряжает аккумулятор в течение фиксированного интервала в четыре часа.Если сбой питания происходит через три часа 59 минут после зарядки, зарядное устройство начинает еще одну четырехчасовую зарядку, обеспечивая четырехчасовую перезарядку аккумулятора. Такое лечение может повредить аккумулятор, и это одна из причин, по которой фиксированная зарядка используется редко. Пример также показывает, почему зарядное устройство должно контролировать температуру батареи или использовать другие методы подключения в качестве резервной меры.

Квалификация ячейки

На этом этапе процедуры зарядки определяется, когда аккумулятор установлен и можно ли его заряжать.Обнаружение ячеек обычно осуществляется путем поиска напряжения на клеммах зарядного устройства при выключенном источнике зарядного устройства, но этот метод может создать проблему, если элементы были подвергнуты глубокому циклическому включению и вырабатывают небольшое напряжение. В качестве альтернативы зарядное устройство часто ищет термистор или закорачивающую перемычку, а не сам элемент. Наличие этого оборудования также может служить для идентификации аккумуляторной батареи. Интеллектуальные батареи, с другой стороны, осуществляют обмен последовательными данными с аккумуляторной батареей, обычно обеспечивая все необходимые параметры зарядки по специализированному протоколу, подобному I²C, который называется шиной управления системой (SMBus ™).

Как только зарядное устройство определяет, что элемент установлен, оно должно определить, исправен ли элемент. Во время этой подфазы (квалификации) ячейка проверяется на предмет основного функционирования: разомкнутого, закороченного, горячего или холодного. Чтобы проверить, является ли элемент заряжаемым, некоторые зарядные устройства, особенно свинцово-кислотные, применяют легкий зарядный ток (примерно одну пятую от быстрой скорости) и дают элементу фиксированное количество времени для достижения заданного напряжения. Этот метод позволяет избежать проблемы ложных браковок для аккумуляторов PbSO4 с глубоким циклом цикла, и с одобрения производителя аккумуляторов его можно использовать также и для других химикатов.

Проверка температуры окружающей среды и температуры элементов также является частью этапа аттестации. Когда зарядное устройство обнаруживает высокую или низкую температуру, оно обычно ожидает в течение заданного интервала времени, пока температура не вернется к номинальному значению. Если этого не происходит в отведенное время, зарядное устройство снижает ток зарядки. Это, в свою очередь, снижает температуру батареи, что увеличивает эффективность. Наконец, клетки проверяются на наличие открытых и коротких замыканий. Открытые ячейки легко обнаруживаются, но индикация закороченных ячеек требует подтверждения, чтобы избежать ложной индикации отказа.Если все эти проверки удовлетворительны, аккумулятор можно заряжать, и состояние повышается, как показано на рисунке 1.

Фаза предварительной подготовки (необязательно)

Некоторые зарядные устройства (в первую очередь для никель-кадмиевых аккумуляторов) включают дополнительную фазу предварительной подготовки, на которой аккумулятор полностью разряжается перед зарядкой. Полная разрядка снижает уровень напряжения каждой батареи до 1 В на элемент и устраняет дендритные образования в электролите, которые вызывают то, что часто ошибочно называют эффектом памяти.Этот так называемый эффект памяти относится к наличию дендритных образований, которые могут сократить срок службы элемента, но полный цикл заряда и разряда иногда устраняет проблему.

Предварительная подготовка может выполняться перед каждой зарядкой или может следовать за индикацией (тестом под нагрузкой или другой операцией), что остается более половины заряда элемента. Предварительная подготовка может длиться от одного до десяти часов. Обычно не рекомендуется разряжать аккумулятор менее чем за час. Быстрое предварительное кондиционирование поднимает практическую проблему: что делать с теплом, рассеиваемым нагрузочным резистором.Также обычно не рекомендуется предварительное кондиционирование более десяти часов, если оно не может быть инициировано вручную при обнаружении снижения мощности. Путаница и непонимание окружают никель-кадмиевый «эффект памяти», поэтому разработчику не следует помещать кнопку на зарядном устройстве, чтобы нейтрализовать его.

Фаза быстрой зарядки и завершение

Используемые методы быстрой зарядки и завершения зависят от химического состава ячейки и других конструктивных факторов. Следующее обсуждение посвящено методам быстрой зарядки, широко используемым в современных аккумуляторных батареях.За конкретными инструкциями и рекомендациями обращайтесь в отдел приложений производителя батарей.

Ячейки NiCd и NiMH

Процедуры быстрой зарядки NiCd и NiMH аккумуляторов очень похожи; они различаются в первую очередь используемым методом прерывания. В каждом случае зарядное устройство подает постоянный ток, отслеживая напряжение батареи и другие переменные, чтобы определить, когда прекратить заряд. Возможны скорости быстрой зарядки, превышающие 2C, но наиболее распространенная скорость составляет около C / 2. Поскольку эффективность зарядки несколько меньше 100%, для полной зарядки со скоростью C / 2 требуется чуть более двух часов.

При подаче постоянного тока напряжение элемента медленно растет и в конечном итоге достигает пика (точки с нулевым наклоном). Зарядка NiMH должна быть прекращена на этом пике (точка 0ΔV). С другой стороны, зарядка NiCd должна завершаться в точке, превышающей пик: когда напряжение батареи сначала показывает небольшое снижение (-ΔV) (, рис. 2, ). Повреждение элемента может произойти, если быстрая зарядка продолжится после точки подключения любой из батарей.


Рис. 2. Характеристики заряда никель-кадмиевых аккумуляторов на уровне C / 2.

При скорости, превышающей C / 2 (в результате чего время зарядки составляет не более двух часов), зарядное устройство также контролирует температуру и напряжение элемента. Поскольку температура элемента быстро повышается, когда элемент достигает полного заряда, датчик температуры позволяет использовать другой метод завершения. Прерывание на этом положительном температурном склоне называется окончанием ΔT. Другие факторы, которые могут вызвать прерывание, включают время зарядки и максимальное напряжение элемента. В основе хорошо продуманных зарядных устройств лежит сочетание этих факторов.

Примечание : Поскольку определенные эффекты, которые появляются, когда элемент сначала начинает зарядку, могут имитировать условия завершения, зарядные устройства обычно вводят задержку от одной до пяти минут перед активацией режимов завершения с определением наклона. Кроме того, условия прекращения заряда трудно обнаружить для скоростей ниже C / 8, потому что интересующие наклоны напряжения и температуры (ΔV / Δt и ΔT / Δt) малы и сопоставимы с другими эффектами системы. В целях безопасности во время быстрой зарядки аппаратное и программное обеспечение в этих системах всегда должно ошибаться на стороне завершения или .

Литий-ионные элементы

Зарядка литий-ионных аккумуляторов отличается от никелево-химических схем зарядки. Для обеспечения максимального хранения энергии безопасным способом может последовать дозаправка. Зарядные устройства Li + регулируют свое зарядное напряжение с точностью лучше, чем 0,75%, а их максимальная скорость зарядки устанавливается с ограничением тока, как и у настольного источника питания (, рис. 3, ). Когда начинается быстрая зарядка, напряжение элемента низкое, а зарядный ток принимает предельное значение по току.


Рис. 3. Зависимость напряжения Li + аккумулятора от зарядного тока.

Напряжение аккумулятора медленно растет во время зарядки. В конце концов, ток снижается, и напряжение повышается до уровня плавающего напряжения 4,2 В на элемент (, рис. 4, ).


Рис. 4. Профиль зарядки Li + аккумулятора.

Зарядное устройство может прекратить зарядку, когда аккумулятор достигает своего постоянного напряжения, но при таком подходе не учитывается операция долива. Один из вариантов — запустить таймер при достижении напряжения холостого хода, а затем прекратить зарядку после фиксированной задержки.Другой метод — контролировать ток зарядки и отключать его на низком уровне (обычно 5% от предельного значения; некоторые производители рекомендуют более высокий минимум 100 мА). Этой технике часто следует цикл доливки.

За последние несколько лет произошли улучшения в Li + аккумуляторах, зарядных устройствах и в нашем понимании химического состава аккумуляторов. Самые ранние аккумуляторы Li + для потребительских приложений имели недостатки, влияющие на безопасность, но эти проблемы не могут возникнуть в современных хорошо спроектированных системах.Рекомендации производителей не являются ни статичными, ни полностью последовательными, и аккумуляторы Li + продолжают развиваться.

Свинцово-кислотные клетки

Батареи PbSO4 обычно заряжаются либо методом ограничения тока, либо более распространенным и, как правило, более простым методом ограничения напряжения. Метод зарядки с ограничением по напряжению аналогичен тому, который используется для аккумуляторов Li +, но высокая точность не так важна. Для этого требуется источник напряжения с ограничением по току, установленный на уровне несколько выше, чем напряжение холостого хода ячейки (около 2.45 В).

После операции предварительной подготовки, которая гарантирует, что аккумулятор будет заряжаться, зарядное устройство начинает быструю зарядку и продолжается до тех пор, пока не достигнет минимального зарядного тока. (Эта процедура аналогична зарядке Li +). Затем быстрая зарядка прекращается, и зарядное устройство применяет плату за обслуживание в размере V FLOAT (обычно около 2,2 В). Ячейки PbSO4 позволяют поддерживать это постоянное напряжение в течение неопределенного периода времени ( Рисунок 5 ).


Рисунок 5.Профиль зарядки аккумулятора PbSO4.

При более высоких температурах ток быстрой зарядки для батарей PbSO4 должен быть уменьшен в соответствии с типичным температурным коэффициентом 0,3% на градус Цельсия. Максимальная температура, рекомендуемая для быстрой зарядки, составляет около 50 ° C, но поддерживающая зарядка, как правило, может продолжаться выше этой температуры.

Дополнительная дозаправка (все химические соединения)

Зарядные устройства для всех химикатов часто включают дополнительную фазу дозаправки. Эта фаза происходит после завершения быстрой зарядки и требует умеренного зарядного тока, который увеличивает аккумулятор до уровня полной зарядки.(Эта операция аналогична заполнению бензобака автомобиля после автоматической остановки насоса.) Дозаправка прекращается при достижении предела в отношении напряжения элемента, температуры или времени. В некоторых случаях дополнительная зарядка может обеспечить срок службы на 5% или даже на 10% больше, чем при стандартной быстрой зарядке. Здесь рекомендуется проявлять особую осторожность: аккумулятор полностью заряжен или почти полностью заряжен и, следовательно, может быть поврежден из-за перезарядки.

Дополнительный капельный заряд (все химические соединения, кроме Li +)

Зарядные устройства для всех химикатов часто включают дополнительную фазу подзарядки.Эта фаза компенсирует саморазряд батареи. Батареи PbSO4 имеют самую высокую скорость саморазряда (несколько процентов в день), а батареи Li + — самую низкую. Уровень заряда Li + настолько низок, что непрерывная подзарядка не требуется и не рекомендуется. Однако никель-кадмиевые батареи обычно могут принимать постоянный заряд C / 16 на неопределенный срок. Для NiMH-элементов безопасный непрерывный ток обычно составляет около C / 50, но капельная зарядка для NiMH-элементов не всегда рекомендуется.

Импульсный постоянный ток — это вариант, при котором зарядное устройство выдает короткие импульсы величиной примерно C / 8 с низким рабочим циклом, который обеспечивает типичный средний постоянный ток C / 512.Поскольку импульсная подзарядка применяется к обоим химическим составам никеля и хорошо поддается микропроцессорному (микропроцессорному) управлению (микропроцессор) типа включения / выключения, она используется почти повсеместно.

Общая система зарядки

Прежде чем рассматривать конкретные реализации схем, разработчики должны ознакомиться с общими блоками и функциями (, рис. 6, ). Все устройства быстрой зарядки должны в той или иной форме включать в себя эти блочные функции. Основной источник питания обеспечивает исходное питание постоянного тока, обычно от настенного куба или кирпича.Регуляторы тока и напряжения регулируют ток и напряжение, подаваемые на аккумулятор. Для менее дорогих зарядных устройств стабилизатор обычно представляет собой силовой транзистор или другой линейный элемент, который рассеивает мощность в виде тепла. Это также может быть понижающий импульсный источник питания, который включает в себя стандартный диод свободного хода для средней эффективности или синхронный выпрямитель для максимальной эффективности.


Рис. 6. Структурная схема стандартной системы зарядки.

Блоки справа на рисунке 6 представляют различные функции измерения и управления.Аналоговый контур управления током ограничивает максимальный ток, подаваемый на батарею, а контур напряжения поддерживает постоянное напряжение на элементе. (Обратите внимание, что для элементов Li + требуется высокий уровень точности подаваемого зарядного напряжения.)

Вольт-амперная характеристика (ВА) зарядного устройства может быть полностью программируемой или только по току с ограничением напряжения (или наоборот. наоборот). Температура элемента всегда измеряется, и прекращение заряда может быть основано либо на уровне, либо на наклоне этого измерения.Зарядные устройства также измеряют время зарядки, обычно как вычисление в интеллектуальном блоке.

Этот блок обеспечивает интеллектуальную систему и реализует ранее описанный конечный автомат. Он знает, как и когда прекратить быструю зарядку. В микросхемах автономных зарядных устройств в микросхеме встроен интеллект. В противном случае он находится в микроконтроллере хоста, а другие аппаратные блоки находятся в ИС зарядного устройства. Как упоминалось ранее, эта последняя архитектура является предпочтительной сегодня.

Обзор предложений по зарядным устройствам Maxim

Maxim производит широкий выбор автономных микросхем и микросхем зарядного устройства в виде контроллера.Разнообразие позволяет разработчику системы идти на компромисс в производительности, функциях и стоимости. В таблице 1 перечислены эти ИС в зависимости от химического состава поддерживаемых аккумуляторов в порядке их введения, причем самые последние модели находятся вверху.

Таблица 1. Обзор микросхем зарядного устройства Maxim

Контроль
Деталь Метод контроля Стандартный режим регулирования ** Характеристики Химия Ставка оплаты Метод прекращения начисления
MAX1647 мкКл, SMBus Синхронное переключение Система интеллектуальных аккумуляторов, совместимость с уровнем 2, интеллектуальное зарядное устройство с шиной SMBus, Li +, независимое управление I-V Все Запрограммировано Запрограммировано
MAX1648 Пользователь Синхронное переключение Версия MAX1647 с аналоговым управлением, высокоточная коммутация, источник напряжения / напряжения: Li + Все Запрограммировано Запрограммировано
MAX745 ЦАП или автономный Синхронное переключение Усовершенствованное, недорогое, переключаемое зарядное устройство Li +, автономное, только Li + Li + Постоянное напряжение, Li + Li + поплавок
MAX846A ЦАП или автономный линейный Недорогое универсальное зарядное устройство, точный эталон для Li +, поддержка внешнего процессора, сброс и регулятор Все Постоянное напряжение, Li +, запрограммированное Li + поплавок или запрограммированный
MAX1540 ЦАП или автономный Синхронное переключение Импульсный источник тока с аналоговым управлением, Li + или универсальный Li +, NiCd, NiMH Быстрый, струйный, пульсирующий, доливка Программируемый или Li + автономный
MAX712 Автономный линейный Готовый, недорогой NiMH с режимами оконечной нагрузки, максимальным временем работы, выходами светодиодов.Нет Li +. NiMH Быстрый, струйный 0ΔV, максимальное напряжение, максимальная температура, максимальное время
MAX713 Автономный линейный Готовый, недорогой никель-кадмиевый корпус с режимами оконечной нагрузки, максимальным временем работы, выходами светодиодов. Нет Li +. NiCd Быстрый, струйный 0ΔV, макс. Напряжение, макс. Температура, макс. Время
* Использование ЦАП и микроконтроллера также возможно с типами входа ЦАП.
** Все линейные типы могут использоваться в гистерезисном режиме переключения для повышения эффективности.

Выбор между линейным и импульсным регулированием является важным дизайнерским решением. Линейный режим менее затратный, но он рассеивает мощность и нагревается. Нагрев может не быть проблемой для больших настольных зарядных устройств, но может быть неприемлемым для небольших систем, таких как ноутбук. Стабилизаторы с синхронным переключением обеспечивают наивысший КПД (в диапазоне от середины 90%), что делает их подходящими для самых маленьких систем, включая сотовые телефоны. Некоторые из перечисленных несинхронных переключаемых схем также обладают разумной эффективностью.Кроме того, большинство линейных частей можно использовать в умеренно эффективном гистерезисном режиме переключения. (Подробности см. В соответствующем техническом паспорте.)

Уровень автономности зарядного устройства представляет собой другое дизайнерское решение. Например, автономные зарядные устройства полностью автономны. MAX712 / MAX713 также имеют выходы управления светодиодами для конечного оборудования пользователя.

Другие устройства могут быть автономными или могут работать с цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) и микропроцессором. К ним относятся MAX1640 / MAX1641, MAX846A и MAX745.MAX1640, источник тока с ограничением по напряжению, предназначенный в первую очередь для зарядки никель-химических аккумуляторов, включает в себя таймер заряда и схему непрерывного импульса. Он имеет автономные функции и работает с высокоэффективным синхронным импульсным стабилизатором или (для более дешевых приложений) со стандартным переключателем.

И MAX846A, и MAX745 могут работать в автономном режиме при зарядке Li + аккумуляторов, и они включают в себя высокоточное опорное напряжение и независимое управление напряжением и током, необходимое для универсальных контроллеров.MAX846A — это линейный тип, а MAX745 — тип с синхронным переключением. Хотя любой из них может работать отдельно, они обычно работают с микроконтроллером, обеспечивающим ограниченный контроль над процессом зарядки. Светодиодное освещение и прекращение быстрой зарядки обычно инициируются программным обеспечением. MAX846A включает в себя линейный регулятор и выход сброса CPU для микроконтроллера.

Наименее автономными и наиболее гибкими устройствами являются MAX1647 и MAX1648. Они похожи, за исключением того, что MAX1647 имеет встроенные ЦАП и последовательный порт SMBus, а MAX1648 имеет аналоговые входы для управления напряжением и током.MAX1647 — это законченный, последовательно управляемый источник питания постоянного тока с независимыми регистрами напряжения и тока. Способный к обмену данными по SMBus с интеллектуальной батареей, он обеспечивает соответствие Уровня 2 спецификации Intel / Duracell smart-battery.

µC Советы по дизайну

Эти микросхемы зарядного устройства обычно работают с недорогим 8-битным контроллером, таким как 8051, PIC, 68HC11 или 68HC05. Прошивка может быть написана на языке ассемблера или на языке C, любой из которых имеет готовую доступность, низкую стоимость и бесплатные инструменты.Сторонние производители и производители этих устройств собрали впечатляющий набор компиляторов, ассемблеров, эмуляторов и библиотек кода. Большая часть этого исходного кода доступна во всемирной паутине, особенно процедуры набора инструментов для языка ассемблера. В разделе «Советы по структуре программы зарядного устройства» представлена ​​дополнительная информация об этих ресурсах.

Подходят все стандартные 8-битные микроконтроллеры, но выбор конкретного микроконтроллера выходит за рамки данной статьи. В этих микроконтроллерах доступны периферийные устройства, такие как аналого-цифровые преобразователи (АЦП), ЦАП и последовательный интерфейс SMBus, а также полезны более простые версии микроконтроллеров, для которых требуются внешние АЦП или ЦАП.Часто более простые версии микроконтроллера, требующие внешних АЦП или ЦАП, более гибкие и, в конечном итоге, более полезны.

Требования к ПЗУ и ОЗУ для зарядных устройств скромные. В общем, вы можете реализовать однохимическое зарядное устройство, занимающее менее 0,5 Кбайт кода и 32 байта ОЗУ (простые требования даже для PIC низкого уровня). Проявив некоторую изобретательность, вы можете реализовать мультихимическое зарядное устройство примерно на 50% больше кода.

Самый простой способ разработки кода микроконтроллера — это начать со скелета или фрагмента аналогичного кода и модифицировать его в соответствии с вашими потребностями.При таком подходе прототип работает быстро, преодолевая множество проблем с синтаксисом пустой страницы, компилятора / ассемблера. К сожалению, в Интернете и в стандартных примечаниях к применению существует лишь ограниченное количество прошивок для зарядных устройств. Однако два примера дизайна в разделе «Примеры оборудования и программного обеспечения» служат отправной точкой. См. Раздел «Ресурсы и ссылки» для получения дополнительной информации о некоторых из наиболее сложных процедур набора инструментов, таких как связь SMBus и математические процедуры, а также примеры программных проектов, которые иллюстрируют подходы к этим схемам.

Советы по структуре программы зарядного устройства

Написать программное обеспечение для зарядного устройства просто и лучше всего с помощью конечного автомата. Определите переменную состояния или серию флагов, которые представляют текущее состояние. В этом случае код имеет тенденцию быть большим оператором case, который действует в соответствии с этой переменной состояния. Модули кода изменяют переменную состояния в соответствии с текущими условиями. Запрещенные и не декодируемые состояния представляют собой единственные потенциальные проблемы. Все операторы case должны иметь регистр по умолчанию, который улавливает эти запрещенные или «невозможные» состояния и исправляет их.Всегда включайте механизм, который обнаруживает эти условия, а затем предпринимает разумные действия, например, останавливает зарядное устройство.

Сохраняйте простой код: избегайте множественных прерываний и сложных структур многозадачности или очередей, где это возможно. Использование прерывания по одному таймеру — очень эффективный способ сохранить время. Если у ЦП есть таймер с прерыванием, используйте его для поддержки флагов системного таймера. Этот мощный метод является исключением из правила отсутствия прерываний. Если прерывание от таймера недоступно (как в PIC16C5x), используйте системный таймер (RTC) и опросите его.Разработайте код так, чтобы таймер не мог переполняться между опросами.

Избегайте аппаратных прерываний. Вместо этого опрашивайте аппаратные входы с регулярными интервалами, установленными тиком таймера. Выполнение кода происходит в реальном времени, но не обязательно немедленно реагировать на стимулы. 100 мс, необходимые для определения того, установлена ​​ли батарея, приемлемы, учитывая, что зарядка батареи занимает час. Типичная производительность автономных зарядных устройств обычно составляет один расчет в минуту для завершения.

Простая и работоспособная структура этих программ — это пошаговый цикл. Основная программа — это цикл, который смотрит на флаги таймера, установленные подпрограммой обслуживания прерывания таймера или самим циклом, и вызывает подпрограммы, которые выполняют несколько требуемых задач. Некоторые процедуры выполняются на каждом проходе, а другие — на каждом «n-м» цикле или тике. Например, базовое время тика может составлять 100 мс. Подпрограмма мигания с периодом в полсекунды будет вызываться для дополнения светодиода каждые пять тиков, а датчик ограничения температуры будет проверяться при каждом прохождении через контур.В результате получается очень прочная конструкция.

Для контроллеров, у которых отсутствует прерывание по таймеру, цикл управления темпами может быть реализован самими подпрограммами, используя собственное время выполнения для поддержания системного времени. Этот метод реализован в следующем разделе на примере кода для 8-контактного контроллера PIC. Простая блок-схема этой структуры ( фиг. 7, ) описана более подробно в ссылке 7.


фиг. 7. Блок-схема основного цикла стимуляции.

Напоминание об отказоустойчивости оборудования

Прежде чем исследовать некоторые примеры, последняя рекомендация — рассмотреть возможность использования супервизора µP со сторожевым таймером и аппаратной отказоустойчивой системой.Функция сброса супервизора обеспечивает чистый сброс системы при включении питания, а сторожевой таймер может обнаружить остановившийся ЦП или ошибочную прошивку, застрявшую в цикле. Maxim также производит некоторые простые устройства для измерения / контроля температуры. Температурные реле MAX6501 представляют собой особенно хорошую резервную систему. Это устройства SOT23, которые изменяют свой выходной уровень при превышении фиксированного температурного порога. Контроллеры

особенно важны в зарядных устройствах, потому что постоянное включение и отключение питания зарядного устройства может сбить с толку ЦП.Если, например, процессор останавливается и не может завершить быструю зарядку, результаты могут быть катастрофическими. Система также должна включать датчик температуры или другое аппаратное устройство, которое может завершить быструю зарядку без вмешательства программного обеспечения. Некоторые супервизоры Maxim SOT23-reset включают сторожевой таймер (см. MAX823).

Примеры аппаратного и программного обеспечения

  1. Зарядное устройство MAX846A Li + с таймером заряда и выходами для индикации состояния, управляемое 8-контактным PIC
  2. В этом примере небольшой внешний микропроцессор дополняет MAX846A, образуя полную систему настольного зарядного устройства, которая включает в себя пользовательский интерфейс функции, такие как светодиоды в Рисунок 8 (для индикации процесса зарядки и состояния).MAX846A разработан для этого типа работы. Его вспомогательный линейный стабилизатор и схема сброса микропроцессора (для поддержки внешнего микроконтроллера) снижает стоимость типичного настольного зарядного устройства.


    Рисунок 8. Настольное зарядное устройство Li + со светодиодным индикатором состояния.

  3. Зарядное устройство 2A Li + на основе MAX1647 с 8051 мкКл
  4. Полнофункциональное зарядное устройство MAX1647 и 8051 мкКл образуют полнофункциональное зарядное устройство Li + ( Рис. 9 ). Показанный контроллер Atmel 80C2051 (нерасширяемый 8051 в небольшом корпусе) является типичным из контроллеров, обычно доступных в системах, требующих высокопроизводительного зарядного устройства.Исходный код приложения включает коммуникации SMBus, общую структуру конечного автомата и другие полезные процедуры. Найдите LI1647.doc и PIC846.doc в разделе «Другое программное обеспечение». Состояние зарядного устройства можно считать с UART или с помощью дополнительного программного обеспечения, находящегося в микропроцессоре.


    Рис. 9. Полнофункциональное зарядное устройство Li +.

  5. Примеры программного обеспечения для зарядных устройств MAX1647 и MAX846A
  6. Программное обеспечение для примеров MAX1647 и MAX846A (рис. 9) доступно на веб-сайте Maxim.Программное обеспечение MAX846A для 8-контактного контроллера PIC12C508 написано на языке ассемблера Microchip PIC. В нем реализован светодиодный пользовательский интерфейс и таймер, который прекращает быструю зарядку через пять минут после достижения предельного напряжения Li +. Этот простой пример не включает в себя конечный автомат или сложности полного зарядного устройства, потому что большая часть этих возможностей доступна в почти автономном MAX846A.

В примере действительно используется структура цикла шага без прерываний, как описано ранее.

Пример MAX1647 написан на ассемблерном коде 8051 для Atmel ATM80C2051, 20-контактной версии 8051. Этот код включает в себя общую структуру конечного автомата и процедуры драйвера SMBus для связи с внутренними регистрами MAX1647. Он также включает структуру цикла шага, но использует прерывание таймера 80C2051, чтобы создать основу таймера для всего времени. Для получения дополнительной информации см. Документы с исходным кодом на веб-сайте Максима.

Ресурсы и ссылки

Ниже приводится краткая выборка примечаний по применению и других ресурсов, доступных в Интернете и от поставщиков.Большинство поставщиков публикуют свои заметки по применению в Интернете для облегчения доступа. Простой доступ в Интернет и ввод номера детали микроконтроллера в поисковую систему AltaVista обычно дает более 50 документов.

8051-Замечания по применению производных инструментов

Philips Semiconductors: веб-сайт и компакт-диск
AN422: Использование микроконтроллера 8XC751 в качестве ведущего устройства шины I²C
AN428: Использование АЦП и ШИМ 83C752 / 87C752
AN439: 87C751 Быстрое зарядное устройство NiCd
EIE / AN92001: Приложения с низким уровнем радиочастотного излучения с микроконтроллером P83CE654
Intel Corp.: Веб-сайт и CD-ROM
Atmel Corp .: веб-сайт и компакт-диск
Цифровой термометр с микроконтроллером AT89C2051
, взаимодействующий с последовательным EEPROM 24CXXX и микроконтроллером AT89CX051

68HC05 Примечания по применению

AN1263: Разработка с учетом электромагнитной совместимости с одночиповыми микроконтроллерами
AN1262: Простые ядра реального времени для микроконтроллеров HC05
AN1256: Сопряжение микроконтроллера HC05 с многоканальным цифро-аналоговым преобразователем
AN1241: Сопряжение микроконтроллера HC05 с последовательным EEPROM27:
Последовательные EEPROM с микроконтроллерами HC05
AN477: простое аналого-цифровое преобразование для микроконтроллеров без встроенных АЦП

Примечания по применению PIC

Microchip: веб-сайт и компакт-диск
AN541: Использование PIC16C5X в качестве интеллектуального периферийного устройства I2C
AN546: Использование аналого-цифрового преобразователя в PIC 16C73
AN554: Программная реализация I2C Bus Master
AN577: PIC16C54A EMI Results
AN552: Реализация пробуждения при нажатии клавиши 54
AN585: Операционная система реального времени для PIC16 / 17
AN606: Дизайн с низким энергопотреблением с использованием PIC16 / 17
AN520: Сравнение 8-битных микроконтроллеров младшего класса
Параллакс: сторонний веб-сайт и инструменты Список литературы
  1. Как реализовать контроллер SMBus с использованием 80C51SL KBC, Intel Corp.Примечание по применению, ноябрь 1994 г.
  2. Справочник по батареям, Дэвида Линдена (редактор), 2-е издание, текст Макгроу Хилла, январь 1995 г., ISBN: 0070379211
  3. Спецификация шины управления системой, версии 0.95a и 1.0, Intel Corp., февраль 1995 г.
  4. Спецификация Smart-Battery Data, , версия 1.0, Duracell Inc. и Intel Corp., февраль 1995 г.
  5. Спецификация SMBus BIOS, , версия 1.0, Intel Corp., Февраль 1995 г.
  6. Спецификация Smart-Battery Selector, Version 0.9, Intel Corp., апрель 1995 г.
  7. Понимание малых микроконтроллеров, Джеймс Сибигтрот. Издано Motorola Inc., подразделением CSIC, около 1990 г.

Знакомство с зарядными устройствами

Одним из наиболее распространенных типов электронных схем, используемых в современных портативных электронных устройствах, являются зарядные устройства, в частности, для зарядки литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов.

В этой статье будут рассмотрены три распространенных зарядных устройства, от простых до более сложных.

Опубликовано Джон Тил

Во-первых, я делаю обзор Microchip MCP73831, который прост в использовании и является отличным аккумулятором для начала. Далее я рассмотрю Texas Instruments BQ24092, которая представляет собой немного более совершенное зарядное устройство.

Наконец, мы рассмотрим значительно более сложное зарядное устройство Texas Instruments BQ24703.Я немного углублюсь в память, поскольку BQ24703 оказался зарядным устройством, которое я разработал много лет назад, когда был дизайнером микросхем в Texas Instruments.

Первые два зарядных устройства (MCP73831 и BQ24092) являются линейными зарядными устройствами, тогда как BQ24703 — это понижающее зарядное устройство с переключателем.

Если вам нужно узнать разницу между линейным зарядным устройством и импульсным зарядным устройством, обязательно прочтите мою предыдущую статью о регуляторах напряжения. В этой статье я подробно обсуждаю разницу между линейным регулятором и импульсным регулятором, и те же принципы применимы к зарядным устройствам.

MCP73831

Первое зарядное устройство, которое я рассмотрю, — это Microchip MCP73831. Это зарядное устройство предназначено для зарядки одного элемента и предназначено для литий-ионных или литий-полимерных аккумуляторов.

Рисунок 1 — Принципиальная схема типичного приложения, использующего MCP73831.

Одноэлементная литиевая батарея выдает около 3,6 В. Итак, если вы видите литиевую батарею с номинальным выходным напряжением 7,2 В, то она состоит из двух элементов, соединенных последовательно. Если напряжение АКБ 14.4 В, значит, это 4-элементный аккумулятор.

Для того, чтобы заряжать многоэлементные аккумуляторные блоки, у вас должно быть либо входное напряжение питания выше, чем напряжение зарядки аккумулятора, либо вам необходимо импульсное импульсное зарядное устройство, которое может создавать напряжение заряда выше, чем входное напряжение.

Три этапа зарядки литиевой батареи

Существует три стадии зарядки литиевой батареи: стадия предварительной зарядки, стадия быстрой зарядки и стадия завершения заряда.

В режиме предварительной зарядки или быстрой зарядки зарядное устройство регулирует величину тока, подаваемого в аккумулятор.Но во время завершения заряда зарядное устройство регулирует напряжение, поступающее на батарею, одновременно измеряя ток, протекающий в батарею.

Рисунок 2 — Этапы зарядки перезаряжаемых литиевых батарей (график взят из таблицы данных Texas Instruments BQ24092)

1 — Этап предварительной зарядки

Первый этап — это этап предварительной зарядки, также известный как этап подзарядки. На этом этапе зарядное устройство посылает в батарею только небольшой ток (непрерывный заряд).Если аккумулятор обнаружен, зарядное устройство начнет процесс зарядки.

Постоянный заряд — это небольшой процент от полного тока заряда. Цель этого этапа — зарядить аккумулятор до определенного уровня, чтобы его можно было быстро зарядить на следующем этапе (см. Ниже).

Зарядное устройство автоматически переходит в стадию предварительной зарядки, когда батарея сильно разряжена и напряжение ниже определенного порога.

После начала предварительной зарядки напряжение батареи контролируется зарядным устройством до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение напряжения предварительной зарядки.

Пороговое значение напряжения предварительной зарядки — это заранее определенный процент от максимального тока заряда, который вы отвечаете за программирование.

Когда напряжение батареи превышает пороговое значение напряжения предварительной зарядки, зарядное устройство переходит в стадию быстрой зарядки.

2 — Ступень быстрой зарядки

Ступень быстрой зарядки, также известная как ступень постоянного тока, регулирует величину тока, поступающего в батарею.

И ток предварительной зарядки, и ток быстрой зарядки устанавливаются одним резистором на выводе PROG MCP73831.

Для зарядки аккумулятора используется постоянный ток, который регулируется в зависимости от выбранного вами максимального тока заряда.

Для MCP73831 максимальный ток заряда устанавливается путем подключения резистора между выводом программы и землей (см. Рисунок 1). Вы можете выбрать ток заряда от 15 мА до 500 мА.

Как только аккумулятор почти полностью заряжается во время этого этапа быстрой зарядки, он переключается на этап завершения зарядки.

3 — Этап прекращения заряда

Конечная стадия зарядки называется стадией завершения заряда или стадией постоянного напряжения.На этом этапе зарядное устройство аккумулятора переключается в режим управления напряжением, где оно регулирует напряжение, поступающее на аккумулятор, а не ток.

Хотя напряжение на аккумуляторе регулируется, зарядное устройство контролирует процесс зарядки, измеряя ток заряда.

Когда зарядный ток в режиме управления напряжением падает ниже заранее определенного процента запрограммированного тока, зарядное устройство знает, что аккумулятор полностью заряжен, и процесс зарядки прекращается.

После завершения цикла зарядки зарядное устройство продолжит контролировать напряжение аккумулятора. Если напряжение аккумулятора упадет ниже предварительно установленного порога зарядки, зарядное устройство инициирует новый цикл зарядки, и весь процесс будет повторяться.

На графике на Рисунке 2 вы заметите, что существует также четвертая стадия, называемая терморегулированием. Однако этот этап вступает в игру только в том случае, если рассеиваемая мощность достаточно высока, и внутренняя температура зарядного устройства превышает 125 ° C.

Если система спроектирована так, что зарядное устройство никогда не достигает этой температуры, то этап терморегулирования не включается. Я обсуждаю это более подробно в разделе о рассеянии мощности ниже.

Установка тока быстрой зарядки

Ток быстрой зарядки для MCP73831 устанавливается резистором, помещенным на программный вывод (PROG) на землю. Ток быстрой зарядки рассчитывается по следующей формуле:

Ток заряда = 1000 / сопротивление (Уравнение 1)

Например, если резистор представляет собой резистор на 2000 Ом, то ток быстрой зарядки будет рассчитан как:

Ток заряда = 1000/2000 = 0.5 А = 500 мА (Уравнение 2)

Обратите внимание, что 500 мА — это максимальный ток заряда для этого зарядного устройства. Если бы вместо него был использован резистор на 4000 Ом, максимальный ток заряда был бы только 250 мА.

Точная настройка тока быстрой зарядки будет зависеть от емкости аккумулятора и максимального тока, который может подаваться от внешнего источника напряжения.

При зарядке литиевой батареи максимальная скорость заряда обычно должна составлять 1 ° C, что означает:

Ток заряда = 1 x Емкость аккумулятора (Уравнение 3)

Например, если у вас аккумулятор емкостью 500 мАч, то скорость заряда 1 C составляет 500 мА.Если у вас аккумулятор емкостью 150 мАч, то скорость заряда 1 C составит 150 мА.

Абсолютный максимальный ток заряда для литиевой батареи обычно составляет 2 C. Следовательно, если у вас батарея емкостью 150 мАч, то абсолютный максимальный ток заряда будет 300 мАч.

Хотя некоторые аккумуляторы могут разогнаться до такого уровня, обычно рекомендуется придерживаться скорости 1 C, если только в аккумуляторе не указано, что его можно заряжать с более высокой скоростью заряда.

Также необходимо учитывать максимальный ток, который может обеспечивать внешний источник питания.Вам необходимо спроектировать систему так, чтобы входной ток никогда не превышал максимальный номинальный ток для внешнего источника питания.

Для линейного зарядного устройства входной ток от внешнего источника по существу равен уставке тока быстрой зарядки.

Однако для импульсных регуляторов входной ток питания будет значительно отличаться от тока быстрой зарядки, идущего к аккумулятору.

Для понижающего зарядного устройства входной ток будет меньше, чем ток батареи, но для повышающего зарядного устройства он будет выше, чем ток батареи.

Рассеиваемая мощность

При работе с зарядными устройствами, особенно линейными, такими как MCP73831, важно учитывать рассеиваемую мощность. Линейные зарядные устройства не очень эффективны при определенных обстоятельствах, и очень важно, чтобы зарядное устройство не перегревалось. В противном случае зарядный ток будет автоматически снижен ниже желаемого уровня, чтобы температура не превысила максимум.

Рассеиваемая мощность в линейном зарядном устройстве (или линейном регуляторе) определяется на основе:

  • Величина тока нагрузки
  • Дифференциал напряжения от входа к выходу

Чем выше ток нагрузки или дифференциал напряжения, тем выше мощность (помните: мощность = напряжение x ток).

Максимальная рассеиваемая мощность и вероятность перегрева обычно возникают при переходе от фазы предварительной зарядки к фазе быстрой зарядки.

В этот момент напряжение аккумулятора находится на самом низком уровне, поэтому разница напряжений на зарядном устройстве максимальна, а ток также максимален в режиме быстрой зарядки. Это точка, в которой перепад напряжения и ток нагрузки максимальны.

MCP738 доступен с различными уставками порогового напряжения батареи при переходе от предварительной зарядки к быстрой зарядке.В качестве примера предположим, что этот порог составляет 70%. Это означает, что когда напряжение аккумулятора достигнет 70% от регулируемого выходного напряжения, зарядное устройство переключится в режим быстрой зарядки.

Для литиевой батареи 3,6 В регулируемое напряжение заряда в режиме постоянного напряжения составляет 4,2 В. 70% от этого значения составляет примерно 3 В, поэтому при переходе от предварительной зарядки к быстрой зарядке аккумулятор будет иметь напряжение 3 В.

Обратите внимание, что MCP73831 доступен с 4 различными регулируемыми напряжениями заряда: 4.2 В, 4,35 В, 4,4 В и 4,5 В.

Предположим, мы заряжаемся от порта USB, который обеспечивает напряжение 5 В. Следовательно, в начале фазы быстрой зарядки на входе 5 В и на выходе 3 В. Это соответствует дифференциальному напряжению 2 В.

Если ток быстрой зарядки установлен на 500 мА, тогда зарядное устройство будет рассеивать 1 Вт мощности при этом переходе.

Чтобы определить рейтинг Theta-JA, обратитесь к таблице данных зарядного устройства. Обычно это указывается в разделе «тепловые характеристики» или «температурные характеристики».Тета-JA будет выражаться в Кл / ватт.

Рисунок 3 — Температурные характеристики из таблицы данных MCP73831.

Чтобы определить, насколько нагревается зарядное устройство, используйте уравнение:

Прирост температуры = Рассеиваемая мощность x Theta-JA (Уравнение 4)

Это уравнение показывает, насколько компонент нагревается выше температуры окружающего воздуха. Чтобы получить абсолютную температуру, вы все равно должны добавить температуру окружающего воздуха в уравнение 4.

Например, если вы рассчитываете, что прирост температуры составляет 50 ° C, а температура окружающего воздуха равна 40 ° C, то компонент будет иметь температуру 90 ° C.

Большинство электронных компонентов рассчитаны на температуру до 125 ° C. Всегда избегайте превышения этой температуры, в противном случае зарядное устройство снизит ток заряда по мере необходимости, чтобы поддерживать температуру ниже 125 ° C.

Тип упаковки: SOT 23 по сравнению с DFN

MCP738 доступен в двух пакетах, включая пакет SOT-23 с выводами и пакет DFN без вывода выводов. DFN имеет значительно лучшие тепловые характеристики, чем SOT-23.

Рисунок 4 — Два доступных пакета для MCP73831.

SOT-23: SOT-23 имеет рейтинг Theta-JA 230 C / Вт. Таким образом, если зарядное устройство рассеивает один ватт мощности, оно нагревается на 230 C. Если вы предположите, что вы находитесь при комнатной температуре (25 C), зарядное устройство на самом деле нагреется до 255 C.

Это определенно запустит стадию терморегулирования, которая снизит ток заряда, чтобы температура зарядного устройства оставалась ниже 125 ° C. Пакет SOT-23 следует выбирать только для приложений с низким энергопотреблением.

DFN. Пакет DFN, с другой стороны, имеет Theta-JA всего 76 C. Следовательно, на каждый 1 ватт мощности продукт будет нагреваться только на 76 C. Опять же, если вы находитесь при комнатной температуре, продукт собирается нагреться до 101 C. Это ниже порога 125 C и намного лучше, чем у SOT-23.

Таким образом, для приложений с высокими требованиями к рассеиваемой мощности пакет DFN — лучший выбор.

Ключевыми критериями выбора линейного зарядного устройства для удовлетворения требуемых требований к мощности являются корпус (который учитывает спецификацию Theta-JA), рассеиваемую мощность и максимальную температуру окружающей среды, при которой продукт будет работать.

С переключаемыми зарядными устройствами перегрев становится меньшей проблемой, потому что они, как правило, намного более энергоэффективны и обычно не рассеивают много энергии.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Защита аккумулятора

Как вы, возможно, знаете, литиевые батареи могут быть очень нестабильными. Если вы перезарядите их или они закоротятся, они могут загореться или взорваться.

Вы, наверное, слышали о телефонах Samsung Galaxy, которые продолжали гореть. По этой причине при работе с этими батареями очень важно учитывать защиту.

Рис. 5 — Без надлежащей защиты литиевая аккумуляторная батарея может загореться или взорваться.

Есть два варианта защиты:

Вариант №1: Выбрать аккумулятор со встроенной защитой . Я почти всегда рекомендую использовать аккумулятор со встроенной защитой, по крайней мере, на начальном этапе.

Например, если вы посмотрите на литий-полимерный аккумулятор, у многих из них будет крошечная печатная плата под лентой (обычно золотого цвета), которая расположена вверху, где выходят выводы.

Эта печатная плата уже встроена и защищает аккумулятор. Это предотвращает его перезарядку или короткое замыкание.

Рис. 6. Я рекомендую сначала использовать литиевые батареи, в которые уже встроена необходимая защитная печатная плата.

Вариант № 2: Спроектировать защиту самостоятельно. Вы можете спроектировать защиту отдельно как часть вашего собственного продукта или на вашей собственной плате. Однако я обычно не рекомендую это вначале.

Если ваша схема работает неправильно, вы рискуете взорвать аккумулятор, пока пытаетесь заставить схему работать.

Я почти всегда рекомендую использовать аккумуляторы со встроенной защитой. Таким образом, вам просто не о чем беспокоиться.

Краткое описание MCP73831:

  • Ограничен максимальным током заряда 500 мА
  • Только одноэлементное зарядное устройство
  • Линейное зарядное устройство (по сравнению с импульсным зарядным устройством)
  • Всего пять контактов
  • Выходной вывод одиночного состояния
  • Один контакт для установки различных зарядных токов
  • Нет возможности следить за температурой батареи

Texas Instruments BQ24092

Подобно MCP73831, BQ24092 представляет собой линейное зарядное устройство для зарядки одного литиевого элемента.MCP73831 имеет только 5 активных контактов, тогда как BQ24092 имеет 9 активных контактов.

Один из дополнительных контактов позволяет независимо программировать токи предварительной зарядки и завершения зарядки отдельно от тока быстрой зарядки.

Другой дополнительный вывод обеспечивает вывод состояния, указывающий на наличие достаточного входного напряжения питания. Другой вывод контролирует температуру батареи, и, наконец, четвертый дополнительный вывод — это функция отмены тока заряда для USB-приложений.

Вскоре мы рассмотрим все эти дополнительные контакты более подробно.

Рисунок 7 — Типовая схема применения зарядного устройства Texas Instruments BQ24092.

Более высокий ток быстрой зарядки

Одно из больших различий между BQ24092 и MCP73831 — это максимальный ток заряда. С помощью MCP73831 вы можете запрограммировать ток быстрой зарядки от 15 мА до 500 мА.

С помощью BQ24092 вы можете запрограммировать ток заряда от 10 мА до 1000 мА.Ток заряда устанавливается через резистор, подключенный к выводу ISET.

Поскольку BQ24092 имеет более высокий максимальный ток заряда, его особенно удобно использовать при зарядке аккумуляторов большего размера.

Как обсуждалось ранее, обычно требуется зарядить литиевую батарею со скоростью 1 C.

Например, если у вас аккумулятор емкостью 500 мАч, вы хотите зарядить его максимальным током заряда 500 мА. С другой стороны, если у вас аккумулятор емкостью 1000 мАч, вы хотите зарядить его максимальным током 1000 мА.

Если вы используете ток заряда ниже 1С, процесс зарядки займет неоправданно много времени. Поскольку всем нам нужны устройства, которые заряжаются как можно быстрее, вам обычно нужно заряжать их с максимальной скоростью, разрешенной аккумулятором.

Если вы используете аккумулятор емкостью 500 мАч, использование BQ24092 по сравнению с MCP73831 не принесет особого преимущества. Однако, если у вас есть аккумулятор на 1000 мАч, то BQ24092 позволит вам заряжать его в два раза быстрее, чем зарядное устройство Microchip.

Токи предварительной зарядки и завершения зарядки

Для быстрого обзора существует три различных уровня тока заряда, которые обычно необходимо запрограммировать для зарядного устройства:

  1. Ток предварительной зарядки. Это также известно как ток предварительной зарядки или ток постоянной зарядки. Это слабый ток, который предварительно заряжает аккумулятор, если он сильно разряжен. Вы не можете (или не должны) сразу начинать быструю зарядку разряженного литиевого аккумулятора. Думайте об этом этапе предварительной подготовки как о прогреве двигателя вашего автомобиля перед поездкой в ​​холодный зимний день.
  2. Ток быстрой зарядки. Когда аккумулятор достигает определенного уровня заряда, обычно около 10% от полного заряда, заряд переходит в режим быстрой зарядки. Это когда ток заряда максимальный.
  3. Конечный ток. Зарядное устройство выдает регулируемое напряжение и контролирует зарядный ток, поступающий в аккумулятор. Как только зарядный ток опускается ниже определенного порога, называемого порогом отключения, аккумулятор считается полностью заряженным, и процесс зарядки прекращается.

MCP73831 использует один резистор для установки тока предварительной зарядки, тока быстрой зарядки и тока завершения зарядки.

Это может быть несколько ограничивающим фактором, поэтому BQ24092 имеет два отдельных контакта для программирования зарядных токов. Один вывод устанавливает ток быстрой зарядки, а другой вывод устанавливает токи предварительной зарядки и завершения зарядки.

Функция коррекции тока заряда для USB

BQ24092 также имеет специальный входной вывод под названием ISET2, который позволяет вам переопределить запрограммированный ток заряда для приложений зарядки на основе USB.

Когда на выводе ISET2 высокий уровень, ток заряда устанавливается на 500 мА. Когда этот вывод остается плавающим, ток заряда падает до 100 мА. Когда на выводе ISET2 установлен низкий уровень, используется запрограммированный ток заряда.

Порт USB на компьютере (на жаргоне USB это называется стандартным нисходящим портом или SDP) может обеспечивать ток не более 500 мА.

В исходной спецификации USB устройство должно было запросить разрешение у хоста (через процесс, называемый перечислением), чтобы потреблять эти 500 мА.Без перечисления максимально допустимый ток составлял всего 100 мА.

Многие устройства (особенно с разряженными батареями) не обнаружили, что 100 мА достаточно даже для включения питания, чтобы начать процесс подсчета. Таким образом, спецификация USB была обновлена ​​в 2013 году, чтобы обеспечить до 500 мА без перечисления.

BQ24092 был выпущен до этого обновления спецификации USB, поэтому он предлагает настройку 100 мА для функциональности USB, хотя этот текущий уровень больше не используется для USB.

Штырек Power Good

И MCP73831, и BQ24092 имеют контакт, который загорается светодиодом, чтобы указать, когда идет зарядка.Этот же вывод также можно использовать в качестве выходного вывода для микроконтроллера, позволяя микроконтроллеру контролировать процесс зарядки.

На зарядном устройстве MCP73831 этот вывод называется выводом STAT, а на BQ24092 — выводом CHG.

Однако, в отличие от MCP73831, BQ24092 также имеет вывод Power Good (PG). Этот вывод указывает (через светодиод или вывод ввода / вывода на микроконтроллер), что источник питания, питающий зарядное устройство, превышает указанный допустимый порог напряжения.

Функция PG полезна, потому что многие компоненты будут работать неправильно, если у них нет соответствующего входного напряжения.

Датчик температуры батареи

Еще одно важное преимущество BQ24092 по сравнению с MCP73831 состоит в том, что он включает в себя вывод измерения температуры. Это позволяет зарядному устройству контролировать температуру батареи и при необходимости регулировать зарядный ток, чтобы батарея не перегревалась.

Существует четыре пороговых значения температуры аккумулятора: 60 ​​° C, 45 ° C, 10 ° C и 0 ° C.Нормальная зарядка происходит при температуре от 10 ° C до 45 ° C.

Если температура аккумулятора составляет от 0 ° C до 10 ° C, то ток быстрой зарядки уменьшается вдвое. Если температура составляет от 45 ° C до 60 ° C, максимальное регулируемое напряжение снижается до 4,1 В. Если температура аккумулятора выше 60 ° C или ниже 0 ° C, зарядное устройство отключается.

Texas Instruments BQ24703

Я особенно рад рассмотреть зарядное устройство BQ4703, потому что это зарядное устройство, которое я разработал для Texas Instruments, когда работал там инженером-конструктором много лет назад.

Это зарядное устройство значительно сложнее, чем первые два, которые мы рассматривали, но в этой статье мы рассмотрим его шаг за шагом.

Мы начнем с рассмотрения нескольких основных моментов, которые отличают это зарядное устройство от двух предыдущих. Затем мы рассмотрим типичную принципиальную схему приложения.

Импульсный регулятор

BQ24703 имеет много дополнительных функций по сравнению с относительно менее сложными MCP73831 и BQ24092.Однако первое, что отличает это зарядное устройство от других, — это переключаемое зарядное устройство.

Как я уже упоминал, линейные зарядные устройства (такие как MCP73831 и BQ24092) тратят много энергии, особенно если входное напряжение намного выше, чем выходное напряжение.

Эта потерянная мощность рассеивается в виде тепла. Если температура слишком высока, зарядное устройство вынуждено уменьшить ток заряда, чтобы предотвратить перегрев зарядного устройства. В этом случае аккумулятор заряжается дольше.

Как и линейный регулятор, линейное зарядное устройство расходует больше энергии, когда входное напряжение значительно выше, чем выходное напряжение.

Боковое примечание: Линейное зарядное устройство — это на самом деле просто линейный регулятор с возможностью регулирования напряжения или тока (в зависимости от стадии зарядки), поэтому многие из основных концепций применимы к обоим. То же самое верно и для импульсных регуляторов и импульсных зарядных устройств.

Есть два типа переключаемых зарядных устройств, понижающие и повышающие (как и импульсные регуляторы).

Для получения более подробной информации о линейных и импульсных регуляторах см. Мой предыдущий блог о том, как выбрать правильные регуляторы напряжения для вашего проекта.

Понижающий стабилизатор принимает более высокое напряжение и понижает его до более низкого напряжения, в то время как повышающий регулятор принимает более низкое напряжение и увеличивает его до более высокого напряжения.

BQ24703 — это понижающее переключаемое зарядное устройство. Следовательно, входное напряжение должно быть выше, чем напряжение аккумулятора, который он пытается зарядить. Этот тип зарядного устройства особенно выгоден по сравнению с линейными зарядными устройствами, когда у вас большой перепад напряжения между входным и выходным напряжениями.

Например, предположим, что ваше входное напряжение составляет 12 В, а ваша батарея литиевая только 3,7 В. Зарядное устройство с понижающей коммутацией, такое как BQ24703, будет тратить намного меньше энергии, чем линейное зарядное устройство в этом приложении.

Он также будет заряжать аккумулятор быстрее, поскольку он сможет оставаться в режиме быстрой зарядки и использовать указанный максимальный ток для зарядки аккумулятора, поскольку он не переходит в режим терморегулирования.

С другой стороны, если входное напряжение составляет всего 5 В (например, с зарядными устройствами USB), то линейное зарядное устройство, вероятно, имеет больше смысла.Линейные зарядные устройства менее сложны, требуют меньшего количества компонентов и дешевле, поэтому используйте импульсные зарядные устройства только тогда, когда это действительно необходимо.

Зарядное устройство для нескольких элементов

Зарядные устройства

для нескольких ячеек позволяют объединять несколько ячеек последовательно для получения более высоких выходных напряжений.

Например, вместо одной ячейки 3,7 В, многоэлементное зарядное устройство позволит вам объединить две ячейки 3,7 В для создания двухэлементной батареи 7,4 В. Вы даже можете сложить три ячейки, чтобы получить 11,1 В и так далее.

Рисунок 8 — Двухэлементный литий-полимерный аккумулятор с выходным напряжением 7,4 В.

При зарядке нескольких ячеек с помощью линейного зарядного устройства или зарядного устройства с понижающей коммутацией входное напряжение должно быть выше, чем напряжение аккумулятора, который вы пытаетесь зарядить.

Чтобы обойти это ограничение, используйте импульсное зарядное устройство, которое может принимать небольшое входное напряжение и повышать его до более высокого выходного напряжения. Например, это означает, что с помощью повышающего зарядного устройства вы можете заряжать двухэлементную батарею (Vbat = 7.2 В) от источника питания 5 В.

Динамическое управление питанием

Другая ключевая функция BQ24703 называется динамическим управлением питанием (DPM). Это означает, что зарядное устройство может динамически изменять ток заряда аккумулятора в зависимости от величины доступного тока.

Например, допустим, максимальный ток, который может обеспечить адаптер переменного тока, составляет 1 А, а ваша система потребляет 400 мА, в то время как вы также пытаетесь зарядить аккумулятор. После этого BQ24703 автоматически установит ток заряда аккумулятора на 600 мА.

IBAT = IADPT — ISYS

IBAT = ток заряда аккумулятора, IADPT = ток сетевого адаптера и ISYS = ток системы.

В этом же примере, если ток, требуемый остальной частью системы, внезапно уменьшится до 200 мА, то функция DPM выделит до 800 мА для зарядки аккумулятора. Конечно, это могло произойти только в том случае, если быстрая зарядка была установлена ​​на 800 мА или выше.

DPM позволяет аккумулятору всегда заряжаться максимально доступным током.Чем меньше ток использует система, тем больше тока зарядное устройство выделяет для зарядки аккумулятора.

Селекторный переключатель системы

Помимо динамического управления питанием, в BQ24703 также встроен системный селекторный переключатель.

Это позволяет вручную или автоматически отключать питание системы от адаптера переменного тока или аккумулятора.

Например, при питании продукта от адаптера переменного тока, если вы внезапно отключите его от сети, BQ24703 автоматически переключит систему на питание от батареи.

Затем, если вы снова подключите его к розетке переменного тока, вы также можете настроить его на переключение обратно на питание переменного тока.

Эта функция реализуется через два внешних переключателя MOSFET, которые управляются BQ24703.

Обзор схемы

Далее мы рассмотрим типичную схему приложения из таблицы данных для BQ24703, чтобы подробнее изучить это зарядное устройство.

См. Типичную схему применения на странице 10 таблицы данных, которая также показана ниже на рисунке 9.

Рисунок 9 — Типовая схема применения зарядного устройства Texas Instruments BQ24703.

МОП-транзисторы: Существует несколько различных МОП-транзисторов, включая U1, U2 и U3. Все это P-MOSFET. Обратите внимание, что U1 не обозначен на схеме, но находится в правом нижнем углу схемы выше.

U1 и U2 выполняют функцию переключателя системы. Когда U1 включен, система питается от батареи, а когда U2 включен, система получает питание непосредственно от адаптера переменного тока.

U1 управляется выводом BATDRV, а U2 управляется выводом ACDRV на BQ24703.

Эти переключатели называются прерыванием перед включением, что означает, что один переключатель выключается до включения другого. Это гарантирует, что оба переключателя никогда не будут включены одновременно, что приведет к короткому замыканию напряжения адаптера переменного тока непосредственно на батарею.

Понижающий импульсный стабилизатор: МОП-транзистор с маркировкой U3 в сочетании с диодом D4 и индуктором L1 образуют основную схему понижающего импульсного зарядного устройства.Затвор U3 управляется BQ24703 через вывод PWM.

Ток адаптера переменного тока (ACP / ACN): На входе адаптера переменного тока находится резистор R14, который является чувствительным резистором. BQ24703 измеряет падение напряжения на этом резисторе, чтобы определить ток адаптера переменного тока. R13, R15 и C3 все образуют фильтр нижних частот, поэтому любой коммутационный шум удаляется из напряжения считывания тока адаптера.

Все это позволяет зарядному устройству измерять ток, потребляемый от адаптера переменного тока.Это важно, чтобы зарядное устройство знало, как динамически управлять мощностью (DPM) и сколько тока доступно для зарядки аккумулятора.

Вывод ACDET: Также имеется вывод обнаружения переменного тока, который служит для обнаружения адаптера переменного тока. Это всего лишь один вывод, который подключается к напряжению адаптера переменного тока через резисторный делитель. Это позволяет зарядному устройству узнать, присутствует ли адаптер переменного тока.

Если вы запитываете систему напрямую от адаптера переменного тока и внезапно отключите его, зарядное устройство обнаружит, что он отключен, и автоматически переключится на питание системы от аккумулятора.

Вывод IBAT: Вывод IBAT выдает напряжение, пропорциональное току заряда аккумулятора. Вы можете передать это в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в микроконтроллере, чтобы контролировать ток зарядки аккумулятора.

Штырь VREF. Вывод VREF выдает регулируемое напряжение 5 В, которое можно использовать в качестве точного опорного напряжения для любой уставки резисторного делителя или для подтягивающих резисторов на любом из выходов с открытым стоком.

ACSEL: Контакт выбора переменного тока позволяет вручную выбрать, от адаптера переменного тока или от батареи питается система.

АВАРИЙНЫЙ СИГНАЛ: Аварийное состояние генерируется, если определяется разряд батареи.

ACPRES: Контакт наличия переменного тока — это выход, который сообщает вам, присутствует ли адаптер переменного тока или нет.

SRSET и ACSET: Это два напряжения, которые вы устанавливаете через резистивный делитель, который устанавливает ток адаптера и ток заряда аккумулятора.

VS: Этот вывод контролирует напряжение системы, чтобы реализовать функцию прерывания перед включением, которую я упомянул для функции переключателя системы.

BATP: Этот вывод контролирует выходное напряжение на батарее через резистивный делитель. Это образует контур обратной связи, который регулирует выходное напряжение зарядного устройства.

BATDEP: Этот вывод подключается к другому резистивному делителю напряжения батареи. Он предназначен для настройки сигнализации, если напряжение батареи упадет ниже определенного напряжения (которое задается соотношением резисторов в делителе).

COMP: Любая цепь, имеющая петлю обратной связи, может стать генератором, если эта обратная связь станет положительной.RC-цепь, подключенная к этому выводу, помогает компенсировать этот контур обратной связи, чтобы предотвратить нежелательные колебания.

SRP / SRN: Эти два контакта подключаются к измерительному резистору для измерения тока заряда аккумулятора. Как и в случае с резистором считывания адаптера переменного тока, имеется фильтр нижних частот (R19, R21 и C8) для фильтрации любых помех переключения.

VHSP: Это внутренний вывод источника напряжения, который генерирует напряжение, которое на фиксированное число вольт ниже напряжения адаптера переменного тока.Это напряжение затем используется для управления P-FETS с фиксированным напряжением затвора.

Если напряжение адаптера переменного тока выше 10,5 В, тогда VHSP будет равно напряжению адаптера минус 10 В. Например, если напряжение адаптера составляет 12 В, то VHSP будет равно 2 В. Это сделано для того, чтобы гарантировать, что полевые транзисторы не получают напряжение управления затвором выше, чем они могут выдержать.

Заключение

В этой серии мы внимательно рассмотрели три различных решения для зарядных устройств, которые хорошо работают в новых электронных продуктах.

Мы начали с относительно простого MCP73831 от Microchip. Это одноэлементное линейное зарядное устройство с максимальным током заряда 500 мА. Это может быть хорошим решением для многих зарядных устройств на базе USB.

При выборе линейного зарядного устройства не забывайте обращать пристальное внимание на тип корпуса, мощность и максимальную температуру окружающей среды, при которой будет работать ваш продукт. Ничто не убьет ваш стартап быстрее, чем сжечь клиента, поэтому обязательно защитите аккумулятор, чтобы избежать перезарядки или короткого замыкания.

Затем мы рассмотрели немного более продвинутый BQ24092 от Texas Instruments. Как и MCP73831, это одноэлементное линейное зарядное устройство, но оно имеет максимальный ток зарядки до 1 А.

Он предлагает больший контроль над токами предварительной зарядки и быстрой зарядки и имеет различные состояния завершения, которые вы можете программировать независимо. Он также включает в себя контактный датчик температуры для контроля температуры батареи.

Наконец, мы рассмотрели один из моих проектов — BQ24703.Это понижающее зарядное устройство с переключателем и возможностью заряжать несколько ячеек. Он также включает расширенные функции, такие как динамическое управление питанием и переключатель системы.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатно PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиальным контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

8 простых шагов по созданию зарядного устройства для солнечной батареи (с изображениями)

Вы поклонник электроники своими руками? Вам понравится научиться делать зарядное устройство на солнечной батарее с нуля!

Самостоятельное владение электроникой — это не только хобби, но и преимущество выжившего.Здесь цель состоит в том, чтобы разработать быстрое решение, которое заставит ваши устройства работать от солнца. Внимательно следуйте инструкциям, поскольку мы стремимся сделать зарядное устройство для литиевой солнечной батареи 18650 из легкодоступных материалов.

Сделать зарядное устройство на солнечной батарее с нуля просто. Подключите солнечные элементы к зарядному устройству TP4056, а затем к литиевой батарее 18650. Используйте усилитель напряжения, чтобы увеличить напряжение до 5 В постоянного тока.

Проще говоря, подключите фотоэлементы к зарядному устройству TP4056.Затем прикрепите диод 1N4007 к плюсовому соединительному кабелю. Подключите положительный и отрицательный полюсы платы к соответствующим концам батареи. Теперь увеличьте выходное напряжение с 0,9 В до 5 В, подключив соответствующие полюса батареи к усилителю.

Вы можете заряжать свои мобильные телефоны, электрические фонарики или другие устройства с помощью этого солнечного зарядного устройства. Если вы планируете пикник в труднодоступном месте, вы можете заменить пауэрбанк на солнечное зарядное устройство.

1. Получить оборудование

Первый шаг — доставить все необходимое оборудование.Все требования доступны в вашем местном магазине оборудования или электронных аксессуаров. Если у вас есть какие-либо предметы в мусорном мусоре, вы можете найти их оттуда.

Диод 1N4007 должен быть рассчитан на большой ток. По сути, этот компонент предотвращает обратный ток напряжения. Также установите на диоде максимальное обратное напряжение 1 А и 1000 В. Вы можете проверить эти качества с помощью своего измерительного оборудования.

Всего за 5 долларов вы получите зарядное устройство, для которого не требуется электричество.Батарея может стоить немного дороже, но весь проект не должен превышать десяти баксов.

Конечно, здесь предполагается, что у вас есть все оборудование и вам не нужно покупать какие-либо инструменты. Затем вы должны обладать базовыми навыками самостоятельной работы с электричеством, такими как пайка и выполнение инструкций!

  • Фотоэлектрический элемент 5 В
  • Медный провод
  • Переключатель SPDT
  • Усилитель мощности 5 В
  • Аккумулятор и держатель 7 В 18650
  • Соединительные кабели
  • Две клеммные колодки для печатных плат
  • Печатная плата общего назначения
  • 1N4007 диод
  • Инструменты для пайки

2.Поймите, как будет работать ваше зарядное устройство для солнечных батарей

Понимание роли, которую играет каждый компонент в вашей цепи, увеличивает ваши шансы на то, что все будет правильно. По крайней мере, вы знаете, почему диод ближе к панелям, чем бустер. Итак, постарайтесь узнать, что происходит в новой цепи, а все остальное будет просто.

Фотоэлектрические элементы панели преобразуют солнечный свет в постоянный ток. Ток течет в TP4056 через соединительные кабели.

Диод 1N4007 предотвращает обратный ток мощности и, таким образом, поддерживает односторонний поток мощности. Кроме того, в схеме есть микрокомпонент, позволяющий накапливать энергию в батарее.

К этому моменту вы уже заряжаете аккумулятор. Это может быть то место, где вы хотите разместить литий-ионный аккумулятор вашего телефона.

Но вы можете подождать еще немного, поскольку усилитель увеличивает мощность примерно с одного вольт до пяти или более. Используйте переключатель SPDT для управления потоком и процессом зарядки.

Если вы подключите USB-кабель к полюсам, вы можете зарядить свой телефон или другую бытовую технику.

У вас может быть два светодиода — красный и синий — для отслеживания процесса зарядки. Синий светодиод показывает, что зарядка завершена, но красный свет показывает, что зарядка идет, прежде чем он загорится.

3. Имейте стратегию сборки

К настоящему времени у вас уже есть все компоненты, которые требуются вашей схеме. И вы понимаете, как работает каждая из этих частей.

Следующий шаг — разработать концепцию стратегии создания зарядного устройства для солнечной батареи.Рисование на бумаге ускоряет сборку.

Определите, с каких компонентов вы начнете, а какие будут последними. Некоторые техники начинают с последнего элемента в цепи. Это мера безопасности, которая заканчивается установкой источника питания, в данном случае фотоэлектрических панелей.

Но это не правило, выгравированное на камне, и у вас есть абсолютная свобода начать с любого компонента, который вам нравится.

Затем проверьте, что все компоненты работают. Используйте свое оборудование, чтобы узнать, точны ли оценки по каждой части.

4. Соберите, припаяв детали.

В нашем руководстве мы начнем сборку от источника питания до выхода. Разложим все компоненты на плате, начиная с полюсов солнечной энергии и заканчивая разъемом USB.

Цель состоит в том, чтобы обеспечить безопасное соединение между солнечными элементами и батареей через зарядные платы.

Стремитесь получить соединение, которое выглядит следующим образом:

Итак, первым шагом является проверка работоспособности фотоэлементов.Поместите его под солнце и проверьте напряжение на вольтметре.

5. Затем установите плату на место.

Плата может иметь модуль защиты от разряда аккумулятора или нет. Каждая из этих плат имеет рейтинг 1A.

Плата с защитой отключится при падении напряжения ниже 2,4 вольт. Модуль защиты аккумулятора от разряда предотвращает перенапряжение аккумуляторов, а также подключение обратной полярности. Такая защита продлевает срок службы батареи и увеличивает ее долговечность.

Значит, питание от АКБ обратно не пойдет, особенно в пасмурный день. Это в значительной степени ваш выбор. Диод усиливает это, предотвращая обратный ток мощности.

6. Установите плату на медные ножки.

Платы TP4056 иногда нагреваются, и вам необходимо снять их с остальных компонентов схемы. Во избежание расплавления припаяйте плату на медные ножки.

Установите четыре медных ножки, которые будут удерживать плату.Затем наденьте отверстия на плате на медную ножку и припаяйте ее на место.

BAT + должен соответствовать положительному полюсу батареи, а сторона BAT- — отрицательному.

7. Увеличьте мощность

Электропитание покидает аккумуляторную плату TP4056 при низком напряжении около 0,9 В. Таким образом, он требует повышения, прежде чем он сможет попасть на плату Arduino.

Таким образом, усилитель напряжения 5 В подключается к цепи и увеличивает напряжение. Именно на этом этапе вы должны добавить плату Arduino Uno, в зависимости от вашей схемы.Присоедините положительный полюс батареи к IN- усилителя, а затем + ve к IN +.

Добавьте переключатель SPDT для подключения зарядного устройства к усилителю. Теперь вы можете подключить зарядное устройство к любому устройству, которое хотите запитать.

8. Проверьте зарядное устройство солнечной батареи.

Убедитесь, что ваша схема работает, проверив ее. Во-первых, посмотрите, что у вас есть, и убедитесь, что все ваши компоненты на месте. Используя ваш с нанометром , проверьте напряжение на каждой ступени цепи.

Напряжение зарядки должно быть около 4,2 В. Когда батарея разряжена и разряжается, она должна быть около 3,7 вольт. Таким образом, вы должны заряжать аккумулятор, когда он достигает 3,7 В.

Тогда напряжение, которое попадает в усилитель, должно быть около 0,9 и 5,0 вольт. Заряд, который течет из бустера, должен быть постоянным 5 В. Если он ниже или выше, проблема в вашей цепи.

Как сделать зарядное устройство для солнечной батареи с другими схемами

Различные схемы могут привести к созданию хорошего и оригинального зарядного устройства для солнечных батарей.Мы придумали несколько способов использования имеющихся в наличии материалов для создания качественного солнечного зарядного устройства.

Большинство проектов DIY здесь следуют принципу и схеме, которые мы показали в зарядном устройстве для солнечной панели выше. Несколько идей DIY меняют модели зарядной платы или усилителя, но основная концепция остается той же.

Вот несколько интересных идей, связанных с солнечной энергией, которые могут утолить вашу жизнь в домашних условиях.

Строительство зарядной станции

Когда вы отправляетесь в поход или устраиваете вечеринку на свежем воздухе, вам захочется зарядить энергией свои занятия.Даже в глуши солнечные батареи могут пригодиться и осветить весь ваш лагерь!

Построить солнечную зарядную станцию ​​легко, и все, что вам нужно, это портативная солнечная панель, кабели, контроллер, инвертор и аккумулятор. Затем выполните следующую процедуру:

  • Установите солнечные панели
  • Установите батареи
  • Теперь принесите солнечный контроллер.
  • Используйте кабели для подключения всех компонентов к инвертору.
  • Подключите инвертор к удлинительным кабелям и розеткам.
  • Заряжайте свои устройства, бытовые приборы или электромобиль.

Изготовление зарядного устройства на солнечной энергии из старого пакета для продуктов

  • Разрежьте пакет для продуктов на части, размер которых может поддерживать панели и другие компоненты. Подготовьте ткань как следует.
  • Подключите панель параллельно.
  • Припаяйте все выводы к панелям,
  • Теперь припаяйте понижающий преобразователь к выводам.
  • Зарядное устройство должно оставаться прикрепленным к остальной части устройства.Приклейте его к ткани.
  • Проверьте свое солнечное зарядное устройство.

Создание солнечного зарядного устройства со старым аккумулятором для ноутбука

  • Просверлите порты USB в пластиковом контейнере и соедините их.
  • Используйте поролоновую подушку для установки конвертера пыльника и приклейте его на место.
  • Затем наденьте поролоновую подушку на TP4056 и приклейте ее.
  • Установите платы с помощью подкладок.
  • Припаяйте диод к минусовой клемме.
  • Просверлите кабельные разъемы к солнечным панелям.
  • Используйте горячий клей, чтобы приклеить переработанный аккумулятор для ноутбука.

Когда вы делаете солнечное зарядное устройство?

Солнечное зарядное устройство накапливает энергию солнца для зарядки телефонов, радиоприемников и ноутбуков, а также других устройств. Пока светит солнце, у вас будет надежное автономное электроснабжение.

Знание того, как сделать зарядное устройство для солнечной батареи, позволяет легко разбить лагерь или отправиться в путешествие по бездорожью в отдаленные районы. Во всяком случае, вам просто нужно зарядить свое зарядное устройство, повернуть его лицом к солнцу и включить свои устройства.

Техники и идеи, которые мы представили в нашей публикации, помогут вам создать самодельный солнечный прибор, который решит ваши проблемы с питанием.

Ваш электронный адрес не будет опубликован.