Схемы зарядных устройств для аккумуляторов и батарей (Страница 3)

Автоматическая приставка к зарядному устройству для авто аккумулятора

Дополнив имеющееся в вашем распоряжении зарядное устройство для автомобильной аккумуляторной батареи предлагаемым автоматом, можете быть спокойны за режим зарядки батареи — как только напряжение ва ее выводах достигнет (14,5±0,2)В, зарядка прекратится. При снижении напряжения до 12,8..13 В зарядка возобновится.

4 7674 8

Схема умного зарядного устройства для Ni-Cd аккумуляторов (MAX713)

Традиционная («безопасная») зарядка никель-кадмиевых аккумуляторов током, значение которого в десять раз меньше емкости аккумулятора, удовлетворяет далеко не всех пользователей, поскольку в этом случае для гарантированной полной его зарядки требуется затратить более десяти часов …

0 6342 1

Измеритель заряда для автомобильного аккумулятора

Автомобильные аккумуляторные батареи нередко заряжают устройствами, не имеющими стабилизатора тока.

Предлагаемое устройство позволяет и в этом случае объективно определить момент окончания зарядки батареи. Более того, оно выполнит это при произвольных форме и среднем значении зарядного тока. Для…

0 4431 0

Зарядно-пусковое устройство-автомат для автомобильного аккумулятора 12В

Пусковые устройства промышленного изготовления нередко обладают малой мощностью и недостаточно надежны в эксплуатации. Простейшие самостоятельно изготовленные схемы автомобильных пусковых устройств, состоящие только из трансформатора и силовых выпрямительных диодов, также обладают рядом…

0 5955 0

Зарядное устройство на основе импульсного инвертора (К1114ЕУ4, КТ886)

В основу устройства положен двухтактный полумостовой импульсный преобразователь (инвертор) на мощных транзисторах VT4 и VT5, управляемый широтно-импупьсным контроллером DA1 по низковольтной стороне. Такие преобразователи, устойчивые к повышению питающего напряжения и изменению сопротивления.

..

0 5312 2

Автоматическое импульсное зарядное устройство для аккумуляторов 12В

Предлагаемое устройство позволяет перед зарядкой разрядить аккумулятор до напряжения 10,5 В током равным 1/20 его ёмкости, а затем зарядно-разрядным циклом довести напряжение на батарее до 14,2 — 14,5 В. При соотношении зарядного и разрядного токов 10:1 и длительности импульсов заряд-разряд — 3:1…….

2 5957 0

Приставка-регулятор к зарядному устройству аккумулятора

Описываемая ниже приставка предназначена для работы совместно с зарядными устройствами, обеспечивающими необходимый зарядный ток и имеющими на выходе пульсирующее зарядное напряжение. Подойдут, например, выпускаемые промышленностью устройства УЗ-А-6/12, УЗР-П-12-6,3, а также любительские. …

0 5678 0

Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторов емкостью до 55Ач

Как показывает практика, для профилактических работ с аккумуляторами ёмкостью до 55 Ач вполне достаточно иметь зарядное устройство, обеспечивающее выходной ток до 4 А. Несколько меньший зарядный ток, в сравнении с номинальным током десятичасовой зарядки, нетрудно компенсировать увеличением времени…

0 6174 0

Простое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора (ток 1,5А)

Описываемое маломощное сетевое зарядное устройство служит для зарядки автомобильной аккумуляторной батареи небольшим током в 1,5 А. Конструктивно оно рассчитано на установку в транспортное средство с подключением к системе электрооборудования. Таким образом, не нужно каждый раз развертывать…

4 5825 0

Приставка-контроллер к зарядному устройству аккумулятора 12В

Приставка позволяет регулировать верхний пороговый уровень напряжения в пределах 14 — 16 В, а нижний — 10-13В. Потребляемая приставкой мощность не превышает 8 Вт. Режим работы — длительный. Погрешность установки выбранных порогов определяется, в основном, точностью градуировки шкал регуляторов…….

0 4151 0

 1  2 3 4  5  6  7  . .. 8 

Схемы зарядных устройств и выпрямителей для аккумуляторов

Наиболее выгодными и удобными источниками питания карманных приемников являются герметизированные никель-кадмиевые аккумуляторы, которые отличаются высокой удельной емкостью, большой механической прочностью, малым внутренним сопротивлением и, самое главное, возможностью многократного их применения после соответствующей зарядки. Они выдерживают большое число циклов заряд-разрядов, что обеспечивает большой срок службы.

Заряжать аккумуляторы можно от любого источника постоянного тока, обеспечивающего нормальный зарядный ток. Чтобы не испортить аккумуляторы при заряде, необходимо строго соблюдать полярность включения и не превышать зарядный ток, указанный в таблице, в противном случае отдельные аккумуляторные элементы разрушатся (могут взорваться). Не рекомендуется также разряжать аккумулятор до напряжения ниже 1 в (на элемент).

Таблица

Схема простого зарядного устройства

Простейшая схема выпрямительного устройства для зарядки аккумуляторной батареи от сети переменного тока приведена на рис. 1. Как видно из рисунка, в качестве вентиля использован диод Д1, который пропускает ток только в прямом направлении.

При подключении к выпрямителю переменного напряжения через диод, а следовательно, и через аккумулятор Ак будут протекать отдельные импульсы электрического тока одного направления. Такой ток называется пульсирующим.

Рис. 1. Схема бестрансформаторного зарядного устройства для аккумуляторов 7Д-0,1.

Резисторы R1, R2 служат для ограничения величины зарядного тока до требуемой величины. На рис. 1 приведены сопротивления резисторов для зарядки аккумуляторов типа 7Д-0,1.

Переключатель В1 позволяет включать выпрямитель для работы от сети переменного тока напряжением 127 или 220 в. Выпрямители, предназначенные для зарядки аккумуляторов, называют зарядными устройствами (ЗУ).

Недостатком приведенной схемы является наличие гасящих резисторов, на которых бесполезно рассеивается мощность. Нагрев резисторов приводит к повышению температуры корпуса, в котором обычно монтируется ЗУ, а это резко снижает величину допустимого обратного напряжения диода и может привести к выходу его из строя.

Зарядное устройство с конденсатором

Наибольшее распространение находят зарядные устройства, в которых в качестве ограничительного сопротивления используется безваттное сопротивление —  конденсатор постоянной емкости (рис 2).

Работает такое ЗУ следующим образом. Во время одного полупериода переменного напряжения, когда на гнезде 1 питающей сети получается положительная полярность, а на гнезде 2 отрицательная, через диод Д1 проходит ток, заряжающий конденсатор С1.

Рис. 2. Схема бестрансформаторного зарядного устройства с конденсатором для аккумуляторов.

При этом правая обкладка конденсатора С1 оказывается заряженной положительно. В следующий полупериод, когда полярность напряжения на гнездах 1— 2 изменится, происходит перезарядка конденсатора С1 и через диод Д2 и аккумулятор пройдет импульс тока, величина которого зависит (при данных напряжениях сети и аккумулятора) от емкости конденсатора С1.

Таким образом, изменяя емкость этого конденсатора, можно изменять величину зарядного тока. Рабочее напряжение конденсатора С1 должно быть не менее 350 и 600 в для сети 127 и 220 в соответственно.

Конденсатор С1 должен быть обязательно бумажным. Необходимую емкость обычно получают путем параллельного соединения нескольких конденсаторов с различными номиналами.

Зарядное устройство с диодным мостом

На рис. 3 представлен другой вариант ЗУ, которое используется для зарядки аккумулятора типа 7Д-0.1 в приемнике «Селга». В этом устройстве выпрямительная часть собрана по обычной мостовой схеме па диодах Д1— Д4.

Для получения необходимого зарядного тока используются конденсаторы С1, С2 типа МБМ, сравнительно небольшой емкости, что является преимуществом этой схемы по сравнению с предыдущей.

Рис. 3. Другой вариант ЗУ, которое используется для зарядки аккумулятора типа 7Д-0,1.

При напряжении сети 127 в, переключателем В1 оба конденсатора соединяют параллельно. Резистор R1 ограничивает максимальную величину импульса тока.

Резистор R2 служит для разрядки конденсаторов после отключения ЗУ от сети. (R2 — 470 ком).

Выпрямитель для зарядки аккумуляторов

Для зарядки аккумуляторов напряжением 2,5 или 3,75 а можно воспользоваться схемой ЗУ, приведенной на рис. 4. Подобным устройством снабжены приемники «Космос».

По этой же схеме смонтированы и ЗУ приемников «Рубин», «Сюрприз» и др. Сопротивление резисторов R3, R2 выбирают равными: 620 ом — для зарядки аккумуляторов типа 2Д— 0,1. 3 ком — для аккумуляторов типа 2Д— 0,06 и 1,6 ком — для аккумуляторов типа ЗД— 0,1.

Рис. 4. Схема для зарядки аккумуляторов напряжением 2,5 или 3,75.

Выпрямитель собран по двухполупериодной схеме на диодах Д1, Д2 Функции гасящих резисторов выполняют конденсаторы С1, С2, соединенные последовательно.

При работе ЗУ от сети напряжением 127 а, конденсатор С1 замыкается переключателем В1. Такая схема переключения позволяет использовать конденсаторы с меньшим рабочим напряжением.

Резисторы R2, R3 и R1 имеют то же назначение, что и соответствующие резисторы R1 и R2 в схеме рис. 3 .

Зарядно-питающий блок

На рис. 5 приведена схема зарядно-питающего блока, основной частью которого является выпрямитель со стабилизацией выходного напряжения. С помощью ручного регулятора выходное напряжение может быть установлено в пределах 1— 14 а при токе нагрузки до 300 ма.

Выпрямитель собран по двухполупериодной мостовой схеме на диодах Д1— Д4. Выпрямленное напряжение поступает на вход транзисторного стабилизатора, смонтированного на составном транзисторе Т1.Т2 и стабилитроне Д5, создающем опорное напряжение на базе транзистора Т1 Напряжение на выходе такого стабилизатора (гнездах Гн1, Гн2) близко к опорному, поэтому если его изменять с помощью потенциометра R1 будет изменяться и напряжение на нагрузке.

Подобная схема стабилизатора позволяет получить стабилизированное напряжение с малым внутренним сопротивлением источника питания и с малым коэффициентом пульсаций, что обеспечивает высокое качество звучания транзисторного приемника при питании его от сети.

При использовании блока для зарядки аккумуляторов переключатель В1 устанавливается в положение 1. Аккумулятор присоединяют к гнездам Гн3, Гн4. Сопротивление резистора R4 зависит от типа аккумулятора, используемого в приемнике, и подбирается опытным путем.

Чтобы ослабить помехи, проникающие из сети в цепи приемника, между обмотками / и // трансформатора Тр1 имеется электростатический экран, а каждая из секций Іа, 1б заблокирована конденсаторами С1, С2.

Трансформатор Тр1 выполнен на сердечнике УШ16, толщина набора 32 мм. Обмотка /а содержит 1270 витков провода ПЭВ-1 0,15; обмотка 1б — 930 витков провода ПЭВ-1, 0,12.

Электростатический экран имеет один слой провода ПЭВ-1 0,12. Обмотка П содержит 160—170 витков провода ПЭВ-1 0,47. В качестве изоляционных прокладок между обмотками и электростатическим экраном используют тонкую вощенную бумагу (1— 2 слоя).

Практически при изготовлении такого блока можно использовать любой трансформатор питания, у которого оставляют только сетевую обмотку, а число витков обмотки накала увеличивают в 2,5— 3 раза.

В блоке можно использовать транзисторы П13—П16, МП39—МП42, МП104— МП 106 (Т1), П201—П203, П213, П214 (Т2), диоды Д7, Д226, конденсаторы К50— 6, резисторы МЛТ, СП и др.

Рис. 5. Схема зарядно-питающего блока.

Конструктивное оформление устройства может быть самым различным. Если все детали исправны и при монтаже не допущено ошибок, оно сразу начинает работать. После включения в сеть, переключатель В1 устанавливают в положение 2 и измеряют напряжение на гнездах Гн1, Гн2.

При вращении ручки потенциометра R1 по часовой стрелке выходное напряжение должно плавно изменяться от нуля до значения, соответствующего напряжению стабилизации стабилитрона.

Затем включают миллиамперметр последовательно со стабилитроном (в точку «а») и подбирают сопротивление резистора R2 так, чтобы при отсутствии нагрузки ток через стабилитрон был равен .15— 20 ма. На этом налаживание заканчивается.

Для удобства работы шкалу потенциометра R1 желательно проградуировать в вольтах.

Подобный зарядно-питающий блок представляет интерес для радиолюбителей, занимающихся конструированием различной транзисторной аппаратуры В том случае, если от блока требуется получить фиксированное напряжение 6, 9, 12 а, нужно потенциометр R1 из схемы исключить и базу транзистора Т1 присоединить к верхнему (по схеме) концу резистора R2.

Для получения напряжения порядка 6 а надо использовать стабилитрон типа КС156А, 9 в — Д809, 12 а— Д813. После установки нужного стабилитрона, резистором R2 устанавливают необходимый ток стабилизации: порядка 20— 25 ма для стабилитрона Д809, 14— 16 ма для стабилитрона Д813 н 45— 50 ма для стабилитрона КС156А.

Источник: С. Л. Матлин — Радиосхемы (пособие для радиокружков), 1974г.

Руководство по сборке зарядных устройств для аккумуляторов

В этом руководстве мы рассмотрим схемы зарядки герметичных свинцово-кислотных (SLA), никель-кадмиевых (NiCd), никель-металлогидридных (NiMH) и литий-полимерных (LiPo) аккумуляторов. Мы предоставим схемы и инструкции по их сборке.

Но прежде чем мы начнем, знайте, что важно правильно заряжать аккумуляторы. Использование неправильного напряжения или тока, или неправильного типа цепи зарядки аккумулятора может привести к возгоранию или даже взрыву аккумулятора. Соблюдайте осторожность при использовании самодельных схем зарядки аккумуляторов и не оставляйте заряжающиеся аккумуляторы без присмотра.

Герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы

Герметичные свинцово-кислотные (SLA) аккумуляторы отлично подходят, если у вас есть место. Их большой размер позволяет им долго сохранять заряд на полке. Аккумуляторы SLA обычно заряжаются от источника постоянного напряжения. Зарядное устройство настроено на определенное напряжение, которое остается неизменным на протяжении всего цикла зарядки. Это позволяет батарее изначально потреблять большой ток, который затем снижается по мере зарядки. Начальный ток должен быть ограничен, чтобы предотвратить повреждение и перегрев.

На боковой стороне батареи SLA обычно есть этикетка со списком напряжений, которые следует использовать для зарядки:

На изображении выше приведены характеристики напряжения и тока для зарядки батареи в режиме «ожидания» или «циклического использования». Использование в режиме ожидания относится к батареям, которые проводят большую часть времени на зарядном устройстве в режиме поддерживающей зарядки. Циклическое использование относится к батареям, которые часто используются и часто заряжаются.

Начальный зарядный ток показан для режима ожидания и циклического использования. Ток заряда не должен превышать указанного значения (в данном случае 2,1 А). Зарядное напряжение отличается для режимов ожидания и циклического использования.

В зарядном устройстве SLA цикличность должна контролироваться на этой частоте; аккумулятор будет перезаряжаться, как только он достигнет емкости. Зарядку можно производить с помощью настольного блока питания с ограничением тока. Просто установите значение напряжения, которое вы будете использовать, и установите ограничение тока на значение, указанное на аккумуляторе.

Ниже показана схема зарядного устройства для аккумуляторов SLA, которое автоматически переключает скорость, когда аккумулятор полностью заряжен:

Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные

Никель-кадмиевые (NiCd) батареи были популярны в течение последних нескольких десятилетий, но постепенно их заменяют никель-металлогидридными (NiMH) батареями. Причина в том, что батареи NiMH имеют меньшую память заряда по сравнению с батареями NiCd.

Никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы имеют аналогичные требования к зарядке. Оба типа предлагают возможность заряжать столько, сколько вам нужно последовательно. Оба могут заряжаться постоянным током.

Это схема сборки зарядного устройства на дискретных транзисторах, которое можно использовать для зарядки NiCd и NiMH аккумуляторов:

Эта схема предназначена для зарядки 12-вольтовой батареи при токе 50 мА, но ее можно легко масштабировать до более высоких напряжений и токов с помощью подходящих компонентов.

Диоды D1 и D2 и резистор R2 обеспечивают постоянное напряжение 1,2 В на базе Q1, так как напряжение база-эмиттер всегда составляет 0,6 В. Правильно подобрав R1, мы имеем программируемый источник постоянного тока. Чтобы рассчитать значение R1, которое будет обеспечивать определенный ток, используйте эту формулу:

R = V / I

В этом случае V равно 0,6 В, а ток заряда будет равен 50 мА, поэтому:

R = 0,6 В / 50 мА

R1 = 12 Ом

На приведенной ниже схеме показан регулируемый стабилизатор напряжения LM317, настроенный на постоянный ток.

источник. Это зарядное устройство может заряжать как никель-кадмиевые, так и никель-металлогидридные аккумуляторы:

Схема предназначена для зарядки аккумулятора 12 В при токе 50 мА.

LM317 подает опорное напряжение 1,25 В между Vadj и Vout. Чтобы рассчитать значение R3 для получения определенного зарядного тока, используйте эту формулу:

R = V / I

Таким образом, с V при 1,25 В и I при 50 мА,

R = 1,25 В / 50 мА

R3 = 25 Ом , ноутбуки и блоки питания, потому что они могут иметь высокое напряжение и большую емкость для своего размера.

Аккумуляторы LiPo требуют осторожной и контролируемой зарядки. Батареи LiPo нельзя заряжать последовательно. Правильный цикл зарядки LiPo состоит из четырех последовательных этапов зарядки:

После подключения полностью разряженной батареи LiPo к зарядному устройству первым этапом является предварительная зарядка. На этом этапе зарядный ток устанавливается равным 10% от максимального зарядного тока.

На следующем этапе к батарее подается постоянный ток, в то время как напряжение резко возрастает. В конечном итоге напряжение выравнивается на третьем этапе, когда к аккумулятору прикладывается постоянное напряжение. На заключительном этапе ток начинает падать. Когда ток заряда становится равным 10% от максимального тока заряда, зарядка прекращается:

Аккумуляторы LiPo можно заряжать с помощью модуля зарядки литиевых аккумуляторов TP4056. Модуль может питаться от 5В, подаваемого по кабелю micro USB, или через контакты на печатной плате.

Когда аккумулятор полностью заряжен, загорается зеленый светодиод. Аккумулятор подключается к контактам B+ и B-. Есть также контакты OUT, которые можно использовать для включения зарядного устройства в другую цепь. Модуль также контролирует и предотвращает переразряд.

Хотя сделать зарядное устройство не так уж сложно, всегда помните о необходимости соблюдать осторожность. Аккумуляторы, которые не заряжены должным образом, могут загореться или взорваться. Тем не менее, создание зарядных устройств, описанных выше, может быть чрезвычайно полезным в самых разных проектах по созданию электроники своими руками.

Спасибо за чтение и не стесняйтесь оставлять комментарии ниже, если у вас есть вопросы о чем-либо!

Основы проектирования схемы зарядки аккумуляторов

Зарядка аккумуляторов проста (теоретически) – подайте напряжение на клеммы, и аккумулятор зарядится. Если важна безопасная зарядка, быстрая зарядка и/или максимальное время автономной работы, тогда все становится сложнее. В данной статье будут рассмотрены различные аспекты зарядки никель-металлогидридных (NiMH), никель-кадмиевых (NiCd), литий-ионных (Li-ion) и свинцово-кислотных (PbA) аккумуляторов.

В электронных устройствах чаще всего используются три батареи: NiMH, NiCd и Li-ion. Для этих батарей показатель C является важным фактором при определении параметров зарядки. «C» относится к емкости батареи при разрядке в течение одного часа. Например, аккумулятор емкостью 1000 мАч можно заряжать при температуре 0,33°C, в результате чего зарядный ток составляет около 0,33 мА в течение трех часов для полного заряда. Емкость этих батарей определяется относительно минимально допустимого напряжения, называемого напряжением отсечки. Именно это напряжение обычно определяет «разряженное» состояние батареи. В этот момент еще остается заряд, но его извлечение может привести к повреждению аккумулятора.

Для аккумуляторов PbA значение ампер-часа (Ач) обычно является важным фактором при определении метода зарядки. Номинал Ач батареи рассчитывается на основе полной разрядки; напряжение отсечки не учитывается и не обязательно является фактической полезной емкостью.

Зарядка аккумуляторов в электронных устройствах

Номинальное напряжение NiMH и NiCd аккумуляторов составляет около 1,2 В/элемент, и обычно их следует заряжать до напряжения от 1,5 В до 1,6 В на элемент. Дельта-температура (dT/dt), температурный порог, обнаружение пикового напряжения, отрицательное дельта-напряжение и простые таймеры — вот некоторые из методов, используемых для определения момента прекращения зарядки NiMH и NiCd аккумуляторов. Для более важных применений одно или несколько устройств можно объединить в одном зарядном устройстве.

Обнаружение пикового напряжения используется в цепи зарядки аккумулятора регулятора постоянного тока (CCR), показанной ниже. Использование точки обнаружения пикового напряжения 1,5 В на элемент приведет к зарядке примерно до 97% полной емкости NiMH и NiCd аккумуляторов.

Блок-схема простой схемы зарядки аккумулятора регулятора постоянного тока. (Изображение: ON Semiconductor)

Общие рекомендации по зарядке литий-ионных аккумуляторов

При соблюдении соответствующих мер предосторожности зарядное устройство CCR, показанное выше, можно использовать для зарядки литий-ионных аккумуляторов. Литий-ионные аккумуляторы часто заряжают до 4,2 В на элемент при температуре 0,5°C или меньше до емкости, близкой к 1°C, иногда с более медленной скоростью зарядки. Задача состоит в том, чтобы удержать повышение температуры ниже 5°C. Более высокая температура во время зарядки может привести к катастрофе, например к пожару. А температура литий-ионного аккумулятора обычно больше всего повышается на последних этапах зарядки. Этот контроллер CCR пытается устранить эту потенциальную проблему, не включая вторую ступень зарядки с более низкой скоростью. Устранение второй ступени зарядки помогает продлить срок службы батареи, а также обеспечивает ее безопасную работу. Однако исключение второго этапа зарядки также означает, что аккумулятор будет заряжаться только примерно до 0,85°C, или до 85% своей максимальной емкости.

Если литий-ионный аккумулятор не заряжается очень медленно (обычно 0,15 °C или даже меньше), прекращение зарядки при достижении напряжения 4,2 В на элемент приведет к зарядке аккумулятора максимум до 0,7 °C. Некоторые батареи могут достигать только 0,4C.

Зарядка литиевых аккумуляторов напряжением менее 4,2 В/элемент возможна, но не рекомендуется. В то время как аккумуляторы других химических элементов не заряжаются при низком напряжении, литиевые аккумуляторы заряжаются, но не достигают полного заряда. Преимущество зарядки при более низких напряжениях заключается в том, что срок службы значительно увеличивается, но при гораздо меньшей емкости.

В то время как простые схемы зарядки аккумуляторов постоянным током могут обеспечить недорогую и относительно медленную зарядку, для повышения производительности необходимы многоступенчатые технологии. Для литий-ионных аккумуляторов зарядка должна быть прекращена; подзарядка недопустима. Перезаряд литий-ионных аккумуляторов может привести к повреждению элемента, что может привести к металлическому напылению лития и стать опасным.

На приведенной ниже схеме показан более оптимальный подход к зарядке литиевых аккумуляторов. Если батарея полностью или почти полностью разряжена, процесс начинается с подзарядки, за которой следует более быстрая предварительная зарядка. Как только достигается заранее определенный уровень заряда, в зависимости от конкретной заряжаемой батареи, происходит быстрая зарядка на основе метода постоянного тока до тех пор, пока не будет достигнуто критическое напряжение батареи, обычно около 4,2 В на элемент. Затем следует зарядка постоянным напряжением для завершения процесса. В этот момент зарядка прекращается, и на батарею не подается напряжение.

Кривые зарядки литий-ионных аккумуляторов. (Изображение: Monolithic Power Systems)

Существует множество альтернативных топологий для литий-ионной зарядки. Двумя распространенными из них являются узкий постоянный ток и гибридная форсированная зарядка, оптимизированная для конкретных случаев использования.

Узкое напряжение постоянного тока

Узкое напряжение постоянного тока (NVDC) изначально было инициативой Intel™, предназначенной для повышения эффективности системы за счет снижения диапазона напряжения системной нагрузки в ноутбуках и планшетных компьютерах. Это достигается заменой обычного зарядного устройства на системное зарядное устройство с понижающим преобразователем. Это позволяет оптимизировать DC/DC (понижающий) преобразователь и устраняет переключатель цепи питания, что снижает рассеяние, площадь платы и стоимость.

На рисунке ниже показан пример реализации NVDC. Система подключается к адаптеру через понижающий преобразователь. NVDC работает как понижающий преобразователь, когда батарея заряжается и когда батарея дополняет адаптер для обеспечения питания системы.

Зарядное устройство NVDC для таких приложений, как ультракниги или планшеты. (Изображение: ON Semiconductor)

Из-за меньшего колебания напряжения NVDC имеет более высокий общий КПД, чем зарядное устройство Hybrid Power Boost (HPB) (обсуждается в следующем разделе), и обычно обеспечивает лучшую переходную характеристику сети. К двум недостаткам NVDC относятся:

• Более низкое системное напряжение приводит к более высоким токам шины, что увеличивает потери проводимости в дорожках печатной платы и сводит на нет некоторую экономию энергии, достигаемую при использовании устройств с более низким номинальным напряжением.
• Поскольку используются полевые транзисторы и катушки индуктивности с более высокой номинальной мощностью, размер зарядного устройства, стоимость и рассеиваемая мощность могут быть выше.

Гибридная ускоренная зарядка

Как NVDC, так и HPB позволяют адаптеру и аккумулятору работать вместе для обеспечения системной нагрузки, когда она превышает номинал адаптера. HPB перенаправляет энергию батареи на системную шину. В то же время конфигурация NVDC быстро включает QBAT (на рисунке выше), чтобы батарея могла помогать адаптеру и обеспечивать питание системы.

В конфигурации HPB понижающий преобразователь работает нормально, пока адаптер обеспечивает питание системы и заряжает аккумулятор. Когда мощности адаптера недостаточно, понижающий преобразователь работает в обратном направлении, позволяя батарее дополнять адаптер. HPB можно реализовать с помощью обычного адаптера.

Упрощенная схема зарядного устройства гибридного аккумулятора. (Изображение: Renesas)

Внедрение HPB требует изменений в контроллере зарядного устройства. По сравнению с обычным зарядным устройством, HPB позволяет батарее подавать дополнительную энергию, когда это необходимо. Недостатком является то, что эффективность системы зарядки при легкой нагрузке ниже.

Например, в планшетных компьютерах и ноутбуках HPB используется для обеспечения максимальной производительности ЦП и ГП одновременно во время игр. В этом случае и адаптер переменного тока, и аккумулятор могут одновременно подавать питание на систему. Когда заряд батареи превышает 40%, HPB запускается автоматически, в зависимости от требований программы. Когда HPB работает, батарея разряжается. Когда заряд батареи падает ниже 30%, работа HPB приостанавливается, и батарея начинает заряжаться.

Трехступенчатая зарядка для свинцово-кислотных аккумуляторов

Для оптимальной работы свинцово-кислотных аккумуляторов также требуется несколько этапов зарядки. Однако по сравнению с рассмотренными выше литиевыми батареями это гораздо более простой процесс. В то время как зарядные устройства для батарей PbA доступны от двух до пяти ступеней зарядки, трехступенчатые зарядные устройства (также называемые трехфазными или трехступенчатыми) являются наиболее распространенными. Три стадии; объем, абсорбция и струйка.

Обозначение DIN 41773 для трехфазной зарядки PbA — «IUoU». IUoU означает: «I» (постоянный ток, объемная зарядка), «Uo» (постоянное напряжение, абсорбционная зарядка) и «U» (также постоянное напряжение, непрерывная зарядка). Независимо от обозначений, присвоенных трем фазам, цель состоит в том, чтобы полностью зарядить аккумулятор за относительно короткое время, обеспечить длительный срок службы аккумулятора и поддерживать аккумулятор в полностью заряженном состоянии в течение неопределенного времени, пока он подключен к зарядному устройству.

На стадии заполнения батарея достигнет примерно 80 % полного заряда, при условии, что подается постоянный ток около 25 % от номинального значения ампер-часа (Ач) батареи. Эта цифра 25% может варьироваться от производителя к производителю, требуя, чтобы скорость полной зарядки не превышала 10% от номинальной емкости Ач. Почти в каждом случае зарядка быстрее, чем на 25 % от номинальной емкости Ач на этапе наполнения, сократит срок службы батареи. Интеллектуальное зарядное устройство можно использовать для максимально быстрой зарядки аккумулятора, поддерживая температуру аккумулятора ниже 100°F 9.0150 . Хотя это может быть эффективным, это также может сократить срок службы некоторых батарей, поэтому следует следовать рекомендациям производителя.

Трехступенчатая схема зарядки герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов. (Изображение: Vorp Energy)

Во время стадии поглощения (иногда называемой «стадией выравнивания») завершаются оставшиеся 20% зарядки. На этом этапе контроллер переходит в режим постоянного напряжения, поддерживая целевое зарядное напряжение, обычно от 14,1 В до 14,8 В постоянного тока, в зависимости от конкретного типа заряжаемой свинцово-кислотной батареи, при этом соответственно уменьшая зарядный ток. Если батарея была повреждена (например, из-за накопления постоянной сульфатации) и ток не падает, как ожидалось, зарядное устройство должно отключиться или немедленно переключиться на плавающую стадию.

Зарядное устройство снижает напряжение зарядки до 13,0–13,8 В пост. тока, опять же, в зависимости от конкретного типа свинцово-кислотного аккумулятора, заряжаемого во время плавающего режима. Зарядный ток снижается до более чем 1% от номинальной емкости аккумулятора. Свинцово-кислотные аккумуляторы могут храниться на плаву неограниченное время. На самом деле, хранение батареи в плавающем состоянии увеличивает срок службы батареи, поскольку исключает возможность саморазряда, разрядки батареи до недопустимо низкого уровня и причинения необратимого ущерба.

Резюме

Зарядка аккумулятора в теории проста, но практические реализации, обеспечивающие максимальную производительность и срок службы аккумулятора, намного сложнее и часто требуют многоэтапной зарядки. Хотя конструкции стабилизаторов постоянного тока могут эффективно заряжать NiMH и NiCd аккумуляторы, они менее чем эффективны для зарядки Li и PbA аккумуляторов. Для батарей Li и PbA необходимы различные комбинации многоступенчатой ​​зарядки постоянным током и зарядкой постоянным напряжением, чтобы обеспечить максимальную производительность, продлить срок службы батареи и обеспечить безопасную работу.