ładowarka akumulatorków Ni-Cd.pdf

Ładowarka akumulatorów NiCd z układem HT7470

P R O J E K T Y

Ładowarka akumulatorów

NiCd z układem HT7470

AVT−826

Nieustaj¹cy postÍp

technologii produkcji uk³adÛw

pÛ³przewodnikowych

spowodowa³, øe produkowane

obecnie urz¹dzenia

elektroniczne pobieraj¹ coraz

mniej pr¹du i†coraz czÍúciej

stosujemy w†nich zasilanie

bateryjne. Jest to trend jak

najbardziej s³uszny,

zwiÍkszaj¹cy uøytecznoúÊ tych

uk³adÛw, uniezaleøniaj¹cy

uøytkownikÛw od dostÍpu do

sieci energetycznej

i†zwiÍkszaj¹cy komfort

korzystania z†tych urz¹dzeÒ.

Nie ma jednak rÛøy bez

kolcÛw, a†kolcem zasilania

bateryjnego jest szybkie

wyczerpywanie siÍ ogniw

i†koniecznoúÊ ich wymiany.

Niesie to za sob¹ nie tylko

spore wydatki, ale powoduje tak-

øe zanieczyszczanie úrodowiska

zuøytymi bateriami. Alternatyw¹

dla zasilania bateryjnego jest za-

stosowanie akumulatorÛw, ktÛre

za wzglÍdu na swe gabaryty

i†charakterystykÍ elektryczn¹ mo-

g¹ byÊ najczÍúciej úcis³ymi za-

miennikami baterii. Tu jednak

pojawia siÍ kolejny problem: ko-

niecznoúÊ czÍstego ³adowania

akumulatorÛw. Pozornie nie jest

to sprawa trudna: na rynku ofe-

rowana jest ogromna iloúÊ ³ado-

warek najrÛøniejszych typÛw, nie-

raz w†atrakcyjnej cenie. Niestety,

wartoúÊ uøytkowa tych ³adowarek

czÍsto pozostawia wiele do øy-

czenia. S¹ to nieraz urz¹dzenia

sprowadzane z†Tajwanu, krajÛw

WNT, czasami nawet celnicy nie

wiedz¹ sk¹d. £adowarki te czÍsto

bardziej niszcz¹ kosztowne aku-

mulatory NiCd, niø je ³aduj¹

i†konserwuj¹. Z†drugiej strony sa-

modzielna budowa ³adowarki

o†przyzwoitych parametrach nie

jest zadaniem trudnym, nawet

dla úrednio zaawansowanego hob-

bysty.

Wielk¹ pomoc¹ w†budowie ³a-

dowarek jest opracowanie przez

wielu producentÛw uk³adÛw sca-

lonych - wyspecjalizowanych pro-

cesorÛw, ktÛre po do³¹czeniu za-

ledwie kilku dodatkowych ele-

mentÛw dyskretnych mog¹ pe³niÊ

funkcjÍ ³adowarki wysokiej klasy.

Takim uk³adem jest produkt taj-

waÒskiej firmy HOLTEK - uk³ad

HT7470, wykorzystany przy budo-

wie opisanej niøej ³adowarki.

Proponowane urz¹dzenie jest

raczej proste do wykonania i†uru-

chomienia. Jednak nie poleca³bym

jego budowy zupe³nie pocz¹tku-

j¹cym elektronikom, chyba øe za-

pewni¹ sobie pomoc i†konsultacje

bardziej doúwiadczonych kolegÛw.

Opis dzia³ania uk³adu

Schemat elektryczny propono-

wanego uk³adu pokazano na rys.

1 . Jak widaÊ, sercem uk³adu,

a†w³aúciwie jego ìmÛzgiemî odpo-

wiedzialnym za realizacjÍ wszy-

stkich funkcji ³adowarki jest wspo-

mniany juø wyspecjalizowany uk-

³ad scalony HT7470. Dlatego teø

opis ³adowarki rozpoczniemy od

podania charakterystyki tego uk-

³adu, co da nam pojÍcie o†jej

moøliwoúciach i†zasadzie dzia³a-

nia.

Podstawowe moøliwoúci

uk³adu HT7470

£adowanie

Podczas ³adowania akumulato-

rÛw uk³ad HT7470 realizuje na-

przemiennie dwa procesy:

1. £adowanie akumulatora pr¹-

dem okreúlonym wartoúci¹ rezy-

stora pomiarowego R4 i†napiÍcia

zasilania.

Elektronika Praktyczna 12/99

Ładowarka akumulatorów NiCd z układem HT7470

Rys. 1. Schemat elektryczny ładowarki.

2. KontrolÍ stanu akumulatora

polegaj¹c¹ na pomiarze jego na-

piÍcia, temperatury i†ewentualne-

go zwarcia lub przerwy w†obwo-

dzie. £adowanie zostanie prze-

rwane po stwierdzeniu pe³nego

napiÍcia na akumulatorze, chwi-

lowym obniøeniu siÍ napiÍcia

úwiadcz¹cym o†pocz¹tku procesu

prze³adowania lub po stwierdze-

niu wyst¹pienia zwarcia lub prze-

rwy w†obwodzie ³adowania.

okres czasu w†stanie pe³nego na-

³adowania i†realizowane jest za

pomoc¹ krÛtkich impulsÛw pr¹do-

wych, czyli w†sposÛb najlepiej

wp³ywaj¹cy na trwa³oúÊ akumula-

torÛw NiCd.

torÛw, ktÛre trzymane by³y bez-

poúrednio przed ³adowaniem

w†niskiej temperaturze.

Wykrywania spadku napiÍcia

podczas ³adowania akumulatora

Oznak¹ pe³nego na³adowania

i†dojúcia do stanu, w†ktÛrym dal-

sze ³adowanie mog³oby spowo-

dowaÊ uszkodzenie akumulatora

jest nag³y, niewielki spadek na-

piÍcia na ³adowanych ogniwach.

Uk³ad HT7470 wyposaøony jest

w†funkcjÍ ìDV DETECTî umoø-

liwiaj¹c¹ natychmiastowe prze-

rwanie ³adowania przy wykryciu

nawet nieznacznego spadku na-

piÍcia na ³adowanym akumula-

torze.

Uk³ad HT7470 moøna zapro-

gramowaÊ do pracy w†czterech

rÛønych trybach ³adowania i†roz-

³adowywania. Programowania do-

konujemy za pomoc¹ dwÛch wejúÊ

S0 i†S1, zwieraj¹c je do masy lub

pozostawiaj¹c nie pod³¹czone.

W† tab. 1 przedstawiono sposÛb

programowania uk³adu.

Tak wiÍc nasza ³adowarka

umoøliwia w†najszybszym trybie

Roz³adowywanie

Jest to funkcja opcjonalna uru-

chamiana sta³ym zwarciem wy-

prowadzenia !DCHI do masy.

WstÍpne roz³adowywanie nie do

koÒca wy³adowanych akumulato-

rÛw zabezpiecza je przed powsta-

waniem tzw. efektu pamiÍciowego

i†zapewnia zawsze pe³ne ich na-

³adowanie.

Do³adowywanie

Po stwierdzeniu stanu na³ado-

wania akumulatora uk³ad HT7470

przechodzi do fazy jego do³ado-

wywania, ktÛra trwa aø do mo-

mentu od³¹czenia akumulatora od

uk³adu ³adowarki. Do³adowywa-

nie ma na celu utrzymanie aku-

mulatora przez dowolnie d³ugi

Nagrzewanie

Jest to takøe funkcja opcjonal-

na, w³¹czana przez zwarcie styku

!WARM do masy uk³adu. Nagrze-

wanie poprzedzaj¹ce ³adowanie

b¹dü roz³adowywanie trwa w†za-

leønoúci od ustawienia stykÛw S1

i†S0 od 3,5 min (przy ³adowaniu

pr¹dem 4C) do 28 min (przy

³adowaniu pr¹dem 1/2C). Nagrze-

wanie wstÍpne stosujemy najczÍ-

úciej przed ³adowaniem akumula-

Tab. 1.

Współczynnik ładowania 4C 2C 1C 0,5C

S1, S0 11 10 01 00

Czas ładowania (min) 28 56 112 224

Gdzie C = pojemność akumulatorów wyrażona

w Ah

Elektronika Praktyczna 12/99

Ładowarka akumulatorów NiCd z układem HT7470

Tab. 2.

Tryb pracy

LED1

LED2

Piezo

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 6

Ładowanie

Włączona

Wyłączona

Wyłączone

/5W

R7, R2: 100

Nagrzewanie

Włączona

wyłączona

Wyłączone

/0,5W

R3, R6, R8, R19: 1k

Rozładowywanie

Włączona

Wyłączone

Pełne naładowanie

Powolne błyski Wyłączona

Wyłączone

R4: 2,4

/0,5W

Wstępne badanie

Szybkie migotania Wyłączona

Wyłączone

Ω

R9, R10, R22, R23: : 10k

akumulatora − nagrzewanie

Sytuacja nienormalna

Szybkie migotania Szybkie migotania Przerywany ton przez 1 min.

Ω

R15, R12: 560

(zwarcie, rozwarcie obwodu

ładowania, przegrzanie)

Oczekiwanie

Ω

R13, R14, R18: 2k

Wyłączona

Wyłączone

R16: 4k

(2x2k

)

pracy na³adowanie akumulatorÛw

w†czasie nieca³ej pÛ³ godziny, co

w†wiÍkszoúci zastosowaÒ jest zu-

pe³nie wystarczaj¹ce.

Uk³ad HT7470 posiada rozbu-

dowany system sygnalizacji sta-

nu pracy i†ewentualnego wyst¹-

pienia problemÛw z†³adowaniem

akumulatorÛw. Do sygnalizacji

s³uø¹ dwie diody LED (D1 i†D2)

oraz przetwornik piezoelektry-

czny Q1. Sygnalizacja realizowa-

na jest w†sposÛb przedstawiony

w† tab. 2 .

I†tak, omawiaj¹c zasadÍ dzia-

³ania uk³adu HT7470 omÛwiliú-

my takøe zasadÍ dzia³ania na-

szej ³adowarki. Pozosta³y nam

jeszcze do wyjaúnienia dwie

sprawy.

Pewn¹ wad¹ prawie idealnego

uk³adu steruj¹cego ³adowaniem

akumulatorÛw jakim jest HT7470

jest to, øe nie posiada on wejúcia

analogowego s³uø¹cego detekcji

zbyt wysokiej temperatury ³ado-

wanych ogniw. Dlatego teø konie-

czne by³o dobudowanie do uk³a-

du ³adowarki prostego kompara-

tora napiÍcia zrealizowanego na

wzmacniaczu operacyjnym IC2C.

PorÛwnuje on napiÍcie uzyskiwa-

ne z†dzielnika z³oøonego z†termi-

stora R24 z†napiÍciem zadanym

za pomoc¹ potencjometru monta-

øowego PR1. Jeøeli napiÍcie na

wyprowadzeniu 9 IC2C wzroúnie

powyøej ustalonego poziomu (oz-

nacza to nadmierny wzrost tem-

peratury), to ìstan niskiî (trudno

mÛwiÊ o†logicznym stanie niskim

w†kontekúcie wzmacniacza opera-

cyjnego) podany na wejúcie !TC

IC1 spowoduje przerwanie ³ado-

wania i†oczekiwanie na spadek

temperatury.

Uk³adu z†wzmacniaczami ope-

racyjnymi IC2D i†IC2A nie ma

sensu szczegÛ³owo opisywaÊ. S³u-

øy on pomiarowi napiÍcia na

³adowanych akumulatorach i†po-

daje wyniki tego pomiaru na

wejúcie sterowania konwersj¹ ana-

logowo ñ cyfrow¹ IC1. Istotna

jest jedynie rola, jak¹ pe³ni¹

dzielniki napiÍcia zbudowane

z†rezystorÛw R14 i†R16..R19.

OmÛwimy j¹ jednak w†czÍúci ar-

tyku³u poúwiÍconej regulacji ³a-

dowarki.

R21, R17: 3k

Ω

R24: termistor 20k

/20 o C

R25: rezystor opcjonalny do

ustawiania napięć nietypowych ,

zwykle zwora

PR1: potencjometr montażowy

miniaturowy 20k

Kondensatory

C1, C3, C5, C6, C8: 100nF

C2: 100

F/16V

C4: 1000

F/16V

C7: 470nF

Półprzewodniki

D1, D5: LED

D2, D3, D4: 1N4148

IC1: HT7470

IC2: LM324

IC3: 78L05

T4, T1: BC548

T3, T2: BD912

Różne

CON1, CON2: ARK2

JP1: goldpin 5X2 + jumper

Q1: membranka piezo

S0, S1 i S3: goldpin 3x2 + 3

jumpery

S5 przycisk RESET lutowany

w płytkę

2 radiatory typ “3”

i†tranzystorÛw mocy wraz z†ch³o-

dz¹cymi je radiatorami. W†przy-

padku tych tranzystorÛw kolej-

noúÊ postÍpowania bÍdzie nastÍ-

puj¹ca:

1. PrzykrÍcamy lekko tranzy-

stor do radiatora, nie zapominaj¹c

o†zastosowaniu pasty silikonowej

polepszaj¹cej odprowadzanie ciep-

³a z†tranzystora.

2. Wk³adamy wyprowadzenia

tranzystorÛw w†przeznaczone dla

nich punkty lutownicze i†lutuje-

my.

3. Lutujemy do p³ytki ko³ki

ustalaj¹ce radiatora.

4. Na koniec przekrÍcamy tran-

zystor mocno do radiatora.

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów

na płytce drukowanej.

Montaø i†uruchomienie

Na rys. 2 pokazano rozmie-

szczenie elementÛw na p³ytce ³a-

dowarki. Widok mozaiki úcieøek

znajduje siÍ na wk³adce wewn¹trz

numeru.

Montaø wykonujemy w†typo-

wy sposÛb, rozpoczynaj¹c od ele-

mentÛw o†najmniejszych gabary-

tach a†koÒcz¹c na wlutowaniu

kondensatorÛw elektrolitycznych

Elektronika Praktyczna 12/99

R5: 750

R11: 18k

R20: 62k

Ładowarka akumulatorów NiCd z układem HT7470

Pozosta³y nam jeszcze tylko

proste czynnoúci regulacyjne do

wykonania. Pierwsz¹ z†nich bÍ-

dzie dostosowanie ³adowarki do

iloúci ³adowanych ogniw. Doko-

nujemy tego za wybieraj¹c za

pomoc¹ prze³¹cznika JP1 jeden

z†rezystorÛw R16..R19, R25.

W† tab. 3 podano wartoúci rezysto-

rÛw odpowiadaj¹ce iloúci ogniw

w†baterii akumulatorÛw NiCd.

W†uk³adzie modelowym jako

prze³¹cznik JP1 zastosowano sze-

reg goldpinÛw i†jumper. W†przy-

padku czÍstej zmiany iloúci ³ado-

wanych akumulatorÛw moøna ja-

ko JP2 zastosowaÊ zwyk³y prze-

³¹cznik, np. obrotowy.

Kolejn¹ czynnoúci¹ bÍdzie re-

gulacja uk³adu zabezpieczaj¹cego

przed przegrzaniem akumulatorÛw

(o†ile taki uk³ad bÍdziemy wyko-

rzystywaÊ). Regulacji dokonujemy

w†nastÍpuj¹cy sposÛb:

1. Podgrzewamy termistor R24

do temperatury ok. 60..80 o C (np.

umieszczaj¹c go w†wodzie o†tej

temperaturze).

2. Do³¹czamy woltomierz na

zakresie 10V do wyjúcia wzmac-

niacza operacyjnego.

3. PokrÍcaj¹c potencjometrem

montaøowym PR1 staramy siÍ

ìz³apaÊî punkt, w†ktÛrym napiÍcie

na wyjúciu komparatora bÍdzie

zmieniaÊ siÍ z†prawie rÛwnego

napiÍciu zasilania na bliskie zeru.

Po wykonaniu powyøszych

czynnoúci umieszczamy termistor

w†bezpoúrednim s¹siedztwie ³ado-

wanych akumulatorÛw i†uznajemy

nasze urz¹dzenie za gotowe do

eksploatacji. Uk³ad wymaga do³¹-

czenia ürÛd³a zasilania o†napiÍciu

+12..+9VDC i†wydajnoúci pr¹do-

wej ok. 2A.

Tab. 3.

Liczba Nominalne Rezystor

ogniw napięcie baterii

2,4V

0 Ω (zwora

zamiast R25)

3,6V

4,8V

2k Ω

6,0V

7,2V

4k Ω

Waøna uwaga: moøe siÍ zda-

rzyÊ, øe po wymianie na³adowa-

nych akumulatorÛw na kolejne

przeznaczone do ³adowania uk-

³ad pozostanie w†stanie oczeki-

wania i†nie rozpocznie normalnej

pracy. NaciúniÍcie przycisku RE-

SET spowoduje w†kaødym wy-

padku powrÛt uk³adu do normal-

nej pracy.

Andrzej Gawryluk, AVT

Elektronika Praktyczna 12/99

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: