Буферный источник питания, представленная схема буферного источника питания и зарядного устройства можно использовать для зарядки аккумулятора емкостью 1,2…7 Ач с номинальным напряжением 12 В и током зарядки до 0,5 А. Основой устройства является микросхема BQ24450 от Texas Instruments, содержащая полный контроллер процесса зарядки. Вид платы буферный источник питания представлен на рисунке.
Принципиальная схема буферный источник питания и зарядное устройство на микросхеме BQ24450 представлена на рисунке.
Ниже приведена блок-схема микросхемы BQ24450.
Буферный источник питания и зарядное устройство питается от обычного сетевого трансформатора, обеспечивающего на вторичной обмотке напряжение 16…18 В. Переменное напряжение подается на входной разъем (выводы 1 и 2), далее после выпрямления диодным мостом, состоящего из диодов D1…D4 отфильтровывается конденсатором СЕ1, питает зарядную цепь. Плата зарядного устройства может питаться постоянным напряжением в диапазоне 18…24 В при подключении источника питания к клеммам 1 («+») и 3 («-«). Несмотря на широкий диапазон питающих напряжений, следует помнить об ограничении величины входного напряжения из-за потерь мощности.
Буферный источник питания и зарядное устройство представляет собой линейный регулятор, и любая избыточная мощность теряется в виде тепла, особенно в начале процесса зарядки, когда напряжение батареи самое низкое. Для нормальной работы схемы достаточно разности напряжений между входом и выходом микросхемы U1 в 3 В при полностью заряженной батарее. Схема настроена на работу в режиме двухступенчатого заряда с предзарядным током. Микросхема BQ24450 запускается, когда напряжение питания превышает 4,5 В, если напряжение батареи ниже опорного напряжения VTH (измеряется выводом CE, обычно Vref = 2,3 В). В данном варианте VTH устанавливается на 10,5 В. Зарядный ток регулируется микросхемой U1, а значение тока устанавливается резистором R12 примерно на 80 мА (при Vin = 18 В).
Это предотвращает нагрев и закипание глубоко разряженной батареи при зарядке максимальным током. После превышения порога низкого напряжения батареи внутренняя цепь, отвечающая за подзарядку, отключается, а зарядный ток регулируется транзистором Q1, управляемым от микросхемы, измеряющей падение на параллельно включенных резисторах R1 и R2. Для сопротивлений, приведенных на схеме, зарядный ток равен 0,5 А (Vi-lim = 250 мВ). Если зарядное устройство используется в буферной схеме, его значение должно быть соответствующим образом выбрано, чтобы иметь возможность зарядить аккумулятор, за заданное время. Зарядка максимальным током продолжается до тех пор, пока батарея не достигнет напряжения перезарядки (Boost) 14,7 В, которое поддерживается зарядным устройством.
Аккумуляторная батарея снижает потребляемый ток. Если падение напряжения на резисторах R1/R2 достигает 25 мВ (10% зарядного тока), схема переходит в плавающее состояние. Аккумулятор заряжен на 100 %, когда напряжение на его клеммах равно 13,8 В. Если потребляемый ток не превышает зарядный ток, зарядное устройство выполняет функцию источника питания, поддерживая напряжение на аккумуляторе. Если потребляемый ток выше, напряжение на разряженной батарее уменьшается цикл зарядки повторяется.
Два режима работы float/boost позволяют быстро заряжать аккумулятор и поддерживать его в надлежащем состоянии на протяжении всего срока службы. Диоды СТ1 и СТ2 индицируют рабочее состояние схемы, оптопара разделяет цепи индикации и изменения порогов заряда без потери возможности сигнализации внутренних состояний микросхемы диодом СТ1.
Буферный источник питания и зарядное устройство показывает три состояниях зарядки:
ST1 включен, напряжение батареи ниже порога Boost 95%.
Повышение, горят оба светодиода.
Плавающий, оба светодиода гаснут.
Внутренний автоматический блок обеспечивает цикличность процесса зарядки в зависимости от состояния аккумулятора. Встроенная в микросхему U1 система компенсации зарядного напряжения обеспечивает коррекцию зарядного напряжения в зависимости от температуры, соответствующей характеристикам гелевого аккумулятора. Конструкция как вариант может быть собрана на небольшой двухсторонней печатной плате, которая представлена на рисунке.
Транзистор Q1 установлен на радиаторе. Если требуется более высокий зарядный ток (до 1,5 А), транзистор Q1 следует разместить на внешнем теплоотводе с соответственно большей площадью. Плата также может быть адаптирована к другим режимам. Каждый из вольт задающих резисторов состоит из двух последовательно соединенных. Это было сделано для облегчения выбора номиналов из типовых резисторов с допуском 1%.
Первый запуск следует производить от лабораторного источника питания с измерением тока. После подключения разряженной батареи (и нагрузки), проверяют значение зарядного напряжения, изменения порога и индикацию состояния микросхемы U1.