تم استكشاف دوائر شاحن بطارية Ni-Cd البسيطة

يناقش المنشور دائرة شاحن NiCd بسيطة مع حماية تلقائية من الشحن الزائد وشحن تيار مستمر.

عندما يتعلق الأمر بشحن خلية من النيكل والكادميوم بشكل صحيح ، يوصى بشدة بإيقاف عملية الشحن أو قطعها بمجرد وصولها إلى مستوى الشحن الكامل. إن عدم اتباع ذلك قد يؤثر سلبًا على الحياة العملية للخلية ، مما يقلل من كفاءة النسخ الاحتياطي بشكل كبير.

تعالج دائرة شاحن Ni-Cad البسيطة المعروضة أدناه بفعالية معيار الشحن الزائد من خلال تضمين مرافق مثل الشحن الحالي المستمر وكذلك قطع الإمداد عندما تصل محطة الخلية إلى قيمة الشحن الكاملة.

الميزات والمزايا الرئيسية

• قطع تلقائي عند مستوى الشحن الكامل
• تيار مستمر طوال الشحن.
• مؤشر LED لقطع الشحن الكامل.
• يسمح للمستخدم بإضافة المزيد من المراحل لشحن ما يصل إلى 10 خلايا NiCd في وقت واحد.

مخطط الرسم البياني

كيف تعمل

تم تصميم التكوين البسيط المفصل هنا لشحن خلية واحدة بحجم 500 مللي أمبير في الساعة 'AA' بمعدل شحن موصى به يقارب 50 مللي أمبير ، ومع ذلك يمكن تخصيصها بسهولة وبتكلفة منخفضة لشحن عدة خلايا معًا عن طريق تكرار المنطقة الموضحة في الخطوط المنقطة.

يتم الحصول على جهد الإمداد للدائرة من محول ومقوم جسر ومنظم 5 فولت IC.

يتم شحن الخلية بترانزستور T1 الذي تم تكوينه كمصدر تيار ثابت.

من ناحية أخرى ، يتم التحكم في T1 بواسطة مقارن جهد باستخدام مشغل TTL Schmitt N1. خلال الوقت الذي تشحن فيه الخلية ، يتم تثبيت الجهد الطرفي للخلية عند حوالي 1.25 فولت.

يبدو أن هذا المستوى أقل من عتبة الزناد الإيجابية لـ N1 ، مما يحافظ على ارتفاع ناتج N1 ، ويصبح ناتج N2 منخفضًا ، مما يمكّن T1 من الحصول على جهد التحيز الأساسي من خلال المقسم المحتمل R4 / R5.

طالما يتم شحن خلية Ni-Cd ، يظل مؤشر LED D1 مضيئًا. بمجرد أن تقترب الخلية من حالة الشحن الكامل ، يرتفع جهدها الطرفي إلى ما يقرب من 1.45 فولت. ونتيجة لذلك ، ترتفع عتبة الزناد الإيجابية لـ N1 مما يؤدي إلى ارتفاع ناتج N2.

هذا الموقف يؤدي على الفور إلى إيقاف تشغيل T1. تتوقف الخلية الآن عن الشحن ويتم أيضًا إيقاف تشغيل LED D1.

نظرًا لأن حد التنشيط الإيجابي لـ N1 هو 1.7 فولت تقريبًا ويتم التحكم فيه بواسطة تفاوت محدد ، تم دمج R3 و P1 لتغييره إلى 1.45 فولت. الحد الأقصى للزناد السلبي لمشغل شميت حوالي 0.9 فولت ، والذي يكون أقل من الجهد الطرفي لخلية فارغة تمامًا.

هذا يعني أن توصيل خلية مفرغة في الدائرة لن يؤدي إلى بدء الشحن تلقائيًا. لهذا السبب ، تم تضمين زر البدء S1 والذي ، عند الضغط عليه ، يأخذ إدخال NI منخفض.

لشحن عدد أكبر من الخلايا ، يمكن تكرار جزء الدائرة الذي تم الكشف عنه في المربع المنقط بشكل منفصل ، واحد لكل بطارية.

هذا يضمن أنه بغض النظر عن مستويات تفريغ الخلايا ، يتم شحن كل واحدة على حدة إلى المستوى الصحيح.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتراكب المكونات

في تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، يتم تكرار مرحلتين أدناه لتمكين خليتين نيكاد من الشحن في وقت واحد من إعداد لوحة واحدة.

Ni-Cad شاحن باستخدام المقاوم

يمكن إنشاء هذا الشاحن البسيط المعين بأجزاء يمكن رؤيتها في أي حاوية خردة لأي مُنشئ. للحصول على أفضل عمر (عدد دورات الشحن) ، يجب شحن بطاريات Ni-Cad بتيار ثابت نسبيًا.

غالبًا ما يتم تحقيق ذلك بسهولة عن طريق الشحن عبر المقاوم من جهد إمداد أعلى بعدة مرات من جهد البطارية. التغيير في جهد البطارية حيث من المحتمل أن يكون له تأثير ضئيل على تيار الشحن. تتكون الدائرة المقترحة فقط من محول ومقوم الصمام الثنائي والمقاوم المتسلسل كما هو موضح في الشكل 1.

تسهل الصورة الرسومية المرتبطة تحديد قيمة المقاوم المتسلسلة الضرورية.

يتم رسم خط أفقي من خلال جهد المحول على المحور الرأسي حتى يعبر خط جهد البطارية المحدد. بعد ذلك ، يوفر لنا الخط الذي يتم سحبه عموديًا لأسفل من هذه النقطة ليلتقي بالمحور الأفقي قيمة المقاوم الضرورية بالأوم.

على سبيل المثال ، يوضح الخط المنقط أنه إذا كان جهد المحول 18 فولت وكانت بطارية Ni-Cd المراد شحنها 6 فولت ، فإن قيمة المقاومة ستكون حوالي 36 أوم للتحكم الحالي المقصود.

يتم حساب هذه المقاومة المشار إليها لتقديم 120 مللي أمبير ، بينما بالنسبة لبعض معدلات الشحن الأخرى ، يجب تقليل قيمة المقاوم بشكل مناسب ، على سبيل المثال 18 أوم لـ 240 مللي أمبير ، 72 أوم لـ 60 مللي أمبير إلخ. D1.

دائرة شاحن NiCad باستخدام التحكم التلقائي في التيار

تتطلب بطاريات النيكل والكادميوم بشكل عام شحن تيار مستمر. تم تطوير دائرة شاحن NiCad الموضحة أدناه لتزويد إما 50 مللي أمبير لأربع خلايا 1.25 فولت (النوع AA) ، أو 250 مللي أمبير لأربع خلايا 1.25 فولت (النوع C) متصلة في سلسلة ، على الرغم من أنه يمكن تعديلها ببساطة لمختلف قيم الشحن الأخرى.

في دائرة شاحن NiCad التي تمت مناقشتها ، قم بإصلاح R1 و R2 جهد خرج التحميل إلى حوالي 8 فولت.

ينتقل تيار الخرج عن طريق إما R6 أو R7 ، وعندما يرتفع ، يتم تشغيل الترانزستور Tr1 تدريجيًا.

هذا يسبب نقطة ص للزيادة ، قم بتشغيل الترانزستور Tr2 وتمكين النقطة Z لتصبح أقل إيجابية.

وبالتالي فإن العملية تقلل من جهد الخرج وتميل إلى خفض التيار. يتم الوصول إلى مستوى التوازن في النهاية والذي يتم تحديده بقيمة R6 و R7.

يثبط الصمام الثنائي D5 البطارية التي يتم شحنها ، مما يوفر الإمداد لمخرج IC1 في حالة إزالة 12V ، مما قد يتسبب في حدوث أضرار جسيمة في IC.

تم دمج FS2 للحماية من التلف الذي يلحق بالبطاريات تحت الشحن.

يتم اختيار R6 و R7 من خلال بعض التجارب والخطأ ، مما يعني أنك ستحتاج إلى مقياس تيار له نطاق مناسب ، أو إذا كانت قيم R6 و R7 معروفة حقًا ، فيمكن حساب انخفاض الجهد عبرهما من خلال قانون أوم.

شاحن Ni-Cd باستخدام أمبير تشغيل أحادي

تم تصميم دائرة شاحن Ni-Cd لشحن بطاريات NiCad مقاس AA القياسية. يوصى في الغالب بشاحن خاص لخلايا NiCad لكونها تمتلك مقاومة داخلية منخفضة للغاية ، مما يؤدي إلى زيادة تيار الشحن حتى لو كان الجهد المستخدم أعلى قليلاً.

لذلك يجب أن يشتمل الشاحن على دائرة لتقييد تيار الشحن إلى الحد الصحيح. في هذه الدائرة ، تعمل T1 و D1 و D2 و C1 كدائرة تقليدية للتنحي ، والعزل ، ومعدل الموجة الكاملة ، ودائرة ترشيح التيار المستمر. تقدم الأجزاء الإضافية اللائحة الحالية.

يتم استخدام IC1 كمقارن مع مرحلة عازلة منفصلة Q1 توفر وظائف تيار إخراج عالية في هذا التصميم. يتم تزويد دخل IC1 غير المقلوب بجهد 0.65 فولت: الجهد المرجعي المقدم من خلال R1 و D3. يتم توصيل المدخلات المقلوبة بالأرض من خلال R2 ضمن مستويات تيار هادئ ، مما يسمح للإخراج أن يصبح إيجابيًا تمامًا. بوجود خلية NiCad متصلة عبر الخرج ، قد يبذل التيار العالي جهدًا عبر R2 ، مما يتسبب في تطوير مقدار مكافئ من الجهد عبر R2.

قد يرتفع فقط إلى 0.6 فولت ، ومع ذلك ، فإن الجهد المتزايد عند هذه النقطة يعكس إمكانات الإدخال لمدخلات IC1 ، مما يتسبب في تقليل جهد الخرج ، وخفض الجهد حول R2 إلى الخلف 0.65 فولت. أعلى تيار خرج (وأيضًا تيار الشحن المستلم) نتيجة للتيار المتولد مع 0.65 فولت عبر 10 أوم ، أو 65 مللي أمبير ببساطة.

تمتلك معظم خلايا AA NiCad تيار شحن مفضل مثالي لا يزيد عن 45 أو 50 مللي أمبير ، ويجب زيادة R2 لهذه الفئة إلى 13 أوم حتى يمكنك الحصول على تيار الشحن المناسب.

قد تعمل بعض أنواع الشاحن السريع مع 150 مللي أمبير ، وهذا يتطلب خفض R2 إلى 4.3 أوم (3.3 أوم بالإضافة إلى 1 أوم في السلسلة في حالة عدم إمكانية شراء جزء مثالي).

علاوة على ذلك ، يجب تحسين T1 إلى متغير مع تصنيف حالي يبلغ 250 مللي أمبير ، ويجب تثبيت Q1 باستخدام مبدد حراري صغير بزعانف. يمكن للجهاز شحن ما يصل إلى أربع خلايا بسهولة (6 خلايا عند ترقية T1 إلى نوع 12 فولت) ، ويجب توصيل كل هذه الخلايا في سلسلة فوق الخرج ، وليس بالتوازي.

دائرة شاحن NiCad العالمي

يعرض الشكل 1 مخطط الدائرة الكاملة لشاحن NiCad العالمي. تم تطوير المصدر الحالي باستخدام الترانزستورات T1 و T2 و T3 ، والتي توفر تيار شحن مستمر.

يصبح المصدر الحالي نشطًا فقط عندما يتم توصيل خلايا NiCad بالطريقة الصحيحة. يتم وضع ICI لفحص الشبكة عن طريق التحقق من قطبية الجهد عبر أطراف الخرج. إذا تم تزوير الخلايا بشكل صحيح ، فلن يكون السن 2 من IC1 قادرًا على أن يصبح إيجابيًا كما هو الحال في الدبوس 3.

نتيجة لذلك ، يصبح خرج IC1 موجبًا ويمنحه تيارًا أساسيًا إلى T2 ، والذي يقوم بتشغيل المصدر الحالي. يمكن تحديد حد المصدر الحالي باستخدام S1. يمكن ضبط تيار 50 مللي أمبير و 180 مللي أمبير و 400 مللي أمبير بمجرد تحديد قيم R6 و R7 و RB. يوضح وضع S1 عند النقطة 1 أنه يمكن شحن خلايا NiCad ، والموضع 2 مخصص للخلايا C والموضع 3 محجوز لخلايا D.

أجزاء متنوعة

TR1 = محول 2 × 12 فولت / 0.5 أ
S1 = 3 مفتاح تبديل
S2 = 2 موقف التبديل

المصدر الحالي يعمل باستخدام مبدأ أساسي للغاية. الدائرة السلكية مثل شبكة ردود الفعل الحالية. تخيل أن S1 في الموضع 1 وأن ​​خرج IC1 موجب. يبدأ T2 و 13 الآن في الحصول على تيار أساسي وبدء التوصيل. يشكل التيار عبر هذه الترانزستورات جهدًا حول R6 ، مما يؤدي إلى تشغيل T1.

يشير التيار المتصاعد حول R6 إلى أنه يمكن إجراء T1 بقوة أكبر وبالتالي تقليل تيار محرك القاعدة للترانزستورات T2 و T3.

يمكن أن يؤدي الترانزستور الثاني في هذه المرحلة إلى أقل ويكون الارتفاع الحالي الأولي مقيدًا. يتم تنفيذ تيار ثابت بشكل معقول عن طريق R3 وخلايا NiCad المرفقة.

يشير زوجان من مصابيح LED المرفقة بالمصدر الحالي إلى حالة التشغيل لشاحن NiCad في أي لحظة. يوفر IC1 جهدًا إيجابيًا بمجرد توصيل خلايا NiCad بالطريقة الصحيحة لإضاءة LED D8.

إذا لم تكن الخلايا متصلة بالقطبية الصحيحة ، فإن الإمكانات الإيجابية عند الطرف 2 من IC1 ستكون أعلى من الدبوس 3 ، مما يتسبب في أن يصبح خرج مقارن المرجع 0 فولت.

في هذه الحالة ، سيظل المصدر الحالي مغلقًا ولن يضيء مؤشر LED D8. يمكن أن تظهر حالة مماثلة في حالة عدم توصيل خلايا للشحن. قد يحدث هذا لأن الدبوس 2 سيمتلك جهدًا متزايدًا مقارنة بالدبوس 3 ، بسبب انخفاض الجهد عبر D10.

لن يتم تنشيط الشاحن إلا عند ضم خلية تتكون من 1 فولت على الأقل. يوضح مؤشر LED D9 أن المصدر الحالي يعمل كمصدر حالي.

قد يبدو هذا غريبًا تمامًا ، ولكن تيار الإدخال الناتج عن IC1 غير كافٍ ، يجب أن يكون مستوى الجهد أيضًا كبيرًا بما يكفي لتعزيز التيار.

هذا يعني أن الإمداد يجب أن يكون دائمًا أكبر من الجهد عبر خلايا NiCad. فقط في هذه الحالة ، سيكون الاختلاف المحتمل كافيًا للتغذية الراجعة الحالية T1 لبدء التشغيل ، وإضاءة LED D9.

تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

باستخدام IC 7805

يوضح مخطط الدائرة أدناه دائرة شاحن مثالية لخلية ni-cad.

هذا يوظف 7805 منظم IC لتوصيل 5 فولت ثابت عبر المقاوم ، مما يجعل التيار يعتمد على قيمة المقاوم ، بدلاً من احتمال الخلية.

يجب تعديل قيمة المقاوم فيما يتعلق بالنوع المستخدم لشحن أي قيمة بين 10 أوم إلى 470 أوم يمكن استخدامها اعتمادًا على تصنيف الخلية مللي أمبير. نظرًا للطبيعة العائمة لـ IC 7805 فيما يتعلق بإمكانية الأرض ، يمكن تطبيق هذا التصميم لشحن خلايا Nicad الفردية أو سلسلة من بضع خلايا.

شحن خلية Ni-Cd من مصدر بجهد 12 فولت

المبدأ الأساسي لشاحن البطارية هو أن جهد الشحن يجب أن يكون أكبر من جهد البطارية الاسمي. على سبيل المثال ، يجب شحن بطارية 12 فولت من مصدر 14 فولت.

في دائرة شاحن Ni-Cd بجهد 12 فولت ، يتم استخدام مضاعف جهد يعتمد على 555 IC الشهير. نظرًا لأن الإخراج 3 من الشريحة متصل بالتناوب بين جهد التغذية +12 فولت والأرض ، يتأرجح IC.

ج₃يتم شحنه من خلال D._اثنينو د₃إلى 12 فولت تقريبًا عندما يكون الدبوس 3 منخفضًا. دبوس العزم 3 منطقي مرتفع ، جهد التوصيل C₃و د₃يعزز إلى 24 فولت بسبب الطرف السالب لـ C.₃التي يتم توصيلها عند +12 فولت ، والمكثف نفسه يحمل شحنة بنفس القيمة. ثم ، الصمام الثنائي D₃يصبح متحيزا عكسيا ، ولكن د₄تجري فقط ما يكفي لـ C.₄لشحن أكثر من 20 فولت. هذا أكثر من كافٍ من الجهد لدائرتنا.

78L05 في IC_اثنينتعمل المواقف كمورد حالي يحدث للاحتفاظ بجهد الخرج ، U_ن، من الظهور عبر R.₃عند 5 فولت. تيار الخرج ، أنا_ن، يمكن حسابه ببساطة من المعادلة:

Iη = Uη / R3 = 5 / 680 = 7.4 mA

تتضمن خصائص 78L05 سحب التيار نفسه لأن المحطة المركزية (المؤرضة عادةً) تعطي لنا حوالي 3 مللي أمبير.

يبلغ إجمالي تيار الحمل حوالي 10 مللي أمبير وهذه قيمة جيدة لشحن بطاريات NiCd باستمرار. لعرض تدفق تيار الشحن ، يتم تضمين مؤشر LED في الدائرة.

شحن الرسم البياني الحالي

يوضح الشكل 2 خصائص تيار الشحن مقابل جهد البطارية. من الواضح تمامًا أن الدائرة ليست مثالية تمامًا حيث سيتم شحن بطارية 12 فولت بتيار يبلغ قياسه حوالي 5 مللي أمبير فقط. عدة أسباب لذلك:

• يبدو أن جهد خرج الدائرة ينخفض ​​مع تصاعد التيار.
• يبلغ انخفاض الجهد عبر 78L05 حوالي 5 فولت ، ولكن يجب تضمين 2.5 فولت إضافي لضمان عمل IC بدقة.
• عبر مؤشر LED ، من المرجح أن يكون هناك انخفاض في الجهد بمقدار 1.5 فولت.

بالنظر إلى كل ما سبق ، يمكن شحن بطارية NiCd بقوة 12 فولت بسعة مقدرة تبلغ 500 مللي أمبير في الساعة دون انقطاع باستخدام تيار 5 مللي أمبير. إجمالاً ، لا يمثل سوى 1٪ من طاقتها.