Зарядное устройство аккумуляторов, о зарядке батарей уже написано много, но большинство из них попадаются для NiCd, NiMh, а также свинцовых и гелиевых батарей. Конечно, технический прогресс невозможно остановить, поэтому существуют другие типы, которые имеют свойства, отличные от указанных выше, и требуют другой процедуры зарядки. Одними из таких являются литий-ионные элементы, которые благодаря своим превосходным параметрам используются в любительской радиотехнике. Схема зарядное устройство аккумуляторов показана на рисунке.
Прежде чем приступить к описанию самого зарядного устройства, приведу некоторые основные характеристики литий-ионных аккумуляторов. Наиболее важной особенностью, для использования, является соотношение веса и емкости. В таблице показаны основные параметры двух типов литий-ионных элементов, которые доступны на рынке и свойства уже были проверены на практике, например, во многих электронных устройствах.
Как видно из таблицы, размер немного больше, чем у обычной пальчиковой серии, также вес ненамного больше, но номинальное напряжение более чем в два раза. Если бы мы хотели использовать, например, батарею, состоящую из трех никель-кадмиевых элементов, и вес, емкость этой батареи была бы около 350мАч. При использовании литий-ионных батарей мы получаем до четырехкратной увеличении емкости при одинаковом весе.
Как и все, у литий-ионных батарей есть свои недостатки, особенно небольшой ток, который они способны выдать, в отличие от современных никель-кадмиевых элементов. Для вышеуказанных типов максимальное потребление тока составляет около 4А. Это предопределяет их использование, особенно в небольших устройствах, и для питания различных электронных устройств с низким потреблением.
Однако этот недостаток может быть довольно легко устранен благодаря другой интересной особенности литий-ионных элементов, а именно возможности параллельного включения. Это позволяет легко получить большую емкость. При соединении аккумуляторов в батарею важно выбирать элементы, и, конечно, это вдвойне будет правильно при параллельном включении. Процедура заключается в следующем все элементы заряжают в одинаковых условиях. Затем измеряются их номинальные напряжения и выбираются элементы, которые не отличаются более чем на 0,01В. Эту процедуру необходимо выполнять даже при последовательном соединении. При параллельном подключении рекомендуется сначала соединить ячейки попарно, а затем подключить их последовательно, пока мы не достигнем требуемого напряжения.
Благодаря использованию встроенного стабилизатора L200, так эта схема обеспечивает как стабилизацию напряжения, еще и ограничение тока. Для зарядного устройства было выбрано входное напряжение 12В, чтобы можно было заряжать батареи непосредственно, например, от автомобильного аккумулятора. Если нам требуется только «стационарное» использование, её можно дополнить трансформатором, выпрямительным мостом и фильтрующим конденсатором. Выходное напряжение этого нестабилизированного источника должно находиться в диапазоне от 11 до 15В, а максимальный ток должен соответствовать выбранному току зарядки это не менее 800мА.
Как уже упоминалось, основой всего зарядное устройство аккумуляторов является стабилизатор L200, для работы которого требуется минимум внешних компонентов. Выходное напряжение стабилизатора определяется делителем, состоящим из резистора R4 и подстроечного P1. Значения, приведенные на схеме, устанавливает напряжение 8,4В, которое является оптимальным напряжением для зарядки двух элементов. Для другого количества элементов просто установите требуемое напряжение зарядки. Если мы заряжаем более двух элементов последовательно, необходимо пропорционально увеличить напряжение питания. Конечно, можно было бы добавить переключатель (чтобы зарядное устройство было универсальным). Стабилизатор также ограничивает максимальный ток. Максимальный ток задается резисторами R1 и R2. Ток ограничивается, если падение напряжения на резисторах превышает примерно 0,45В. Это напряжение указано производителем стабилизатора.
Однако практический опыт показывает, что эта зависимость не очень линейная, поэтому необходимо на экспериментальной основе определить точное сопротивление резистора, если нам потребуются другие токи. Однако для наших целей небольшое отклонение несущественно, поскольку максимальный зарядный ток выбирается с запасом для описанных батарей. Переключатель S1 используется для выбора тока зарядки. С указанными резисторами токи составляют около 400 и 800мА. Диод LED1 используется для индикации наличия напряжения питания на входе. Процесс зарядки обозначается диодом LED2. Когда разряженные батареи подключены, светодиод загорается и гаснет, если зарядный ток падает ниже одной десятой от выбранного. Это указывает на то, что элементы заряжены. Индикаторный светодиод управляется операционным усилителем LM393, подключенным одним входом к делителю это резисторы R6 и R7 и другим входом к выходу зарядного устройства.
Выбор светодиодов с низким потреблением, означало одно чтобы общее потребление энергии зарядным устройством было как можно ниже в случае использования аккумулятора автомобиля в качестве источника питания. Если зарядное устройство будет использоваться только с сетевым источником питания, это требование не столь существенно, и можно использовать обычные светодиоды. Сопротивление балластных резисторов R3 и R5 будет тогда всего 1к. Стабилизатор необходимо разместить на радиаторе, чтобы обеспечить хороший отвод тепла, которое может быть довольно значительным, особенно на первом этапе зарядки сильно разряженных элементов. Возможная конструкция печатной платы зарядное устройство аккумуляторов показана на рисунке.
За исключением переключателя S1, все компоненты находятся на плате в соответствии с рисунком расположения. Стабилизатор устанавливаем на радиатор, который покрываем термо пастой для лучшего теплообмена. Ну на этом все, включаем устройство и, если необходимо устанавливаем требуемые режимы напряжения и тока.