Простое зарядное устройство для NiCd аккумуляторов с индикацией уровня заряда

Простое зарядное устройство для NiCd аккумуляторов с индикацией уровня заряда

Abel Raynus

Никель-кадмиевые аккумуляторы (NiCd) широко используются в бытовой электронике из-за их высокой удельной энергоемкости, длительного срока службы и низкой скорости саморазряда. Стандартные никель-кадмиевые элементы можно заряжать с разными скоростями: быстрая зарядка сильным током или ночная зарядка малым током.

 

 

 

Независимо от скорости, зарядка аккумулятора должна осуществляться постоянным током. Кроме того, количество энергии, подаваемой в аккумулятор, должно превышать его фактическую емкость, чтобы компенсировать потери во время зарядки.

Однако при разработке зарядного устройства необходимо решить две проблемы: как установить правильное значение зарядного тока и как остановить процесс зарядки, чтобы не допустить перезаряда, когда аккумулятор полностью заряжен. Описанное в статье простое и недорогое зарядное устройство решает обе проблемы.

Самый дешевый и безопасный способ зарядки NiCd аккумулятора – это зарядка в течение 16 часов током, равным 10% от его номинальной емкости. Используемый аккумуляторный блок содержит два NiCd элемента типоразмера AA емкостью 1200 мА·ч, поэтому аккумулятор должен заряжаться током 120 мА.

В устройстве, схема которого показана на Рисунке 1, постоянный зарядный ток формируется стабилизатором тока, состоящим из линейного регулятора напряжения IC3 (LM317) и резистора R3, сопротивление которого должно быть равно 1.25 В/120 мА, что составляет порядка 10 Ом. В качестве коммутирующего транзистора был выбран MOSFET Q1 (IRF520) из-за его низкого сопротивления 0.3 Ом в открытом состоянии.

Постоянный зарядный ток, формируемый линейным регулятором напряжения  и резистором
Рисунок 1. Постоянный зарядный ток, формируемый линейным регулятором напряжения
и резистором, коммутируется транзистором Q1, который, в свою очередь,
управляется выходом микроконтроллера. Четверка светодиодов, также
управляемых микроконтроллером, показывает пользователю состояние заряда.

Лучший способ зарядки – использование таймера, выключающего зарядное устройство по истечении 16 часов. Такой подход не требует датчика окончания заряда и гарантирует полную зарядку аккумулятора. Функцию отсчета времени выполняет микроконтроллер IC1, который также индицирует состояние заряда с помощью светодиодов.

В описываемом проекте может использоваться любой микроконтроллер. В данном случае был выбран выпускаемый NXP 8-выводной прибор MC68HC908QT1.

Каждый этап зарядки обозначается включением соответствующего светодиода. Количество этапов определяется количеством доступных выходов микроконтроллера, которые можно использовать без каких-либо дополнительных компонентов. Поскольку микроконтроллер имеет пять выходов, один из них служит для запуска зарядки, а четыре могут управлять индикацией этапов. Для минимизации количества компонентов использованы светодиоды с встроенными резисторами (WP710A10YD5V).

Чтобы сделать процесс более наглядным, эти светодиоды должны быть расположены внутри контура аккумулятора, нарисованного вокруг них, и тогда последовательное включение светодиодов будет четко иллюстрировать ход зарядки. Целесообразно выбрать интервалы времени одинаковыми, при этом светодиоды будут показывать 25%, 50%, 75% и 100% времени заряда аккумулятора.

Программа начинает мигать соответствующим светодиодом в начале каждого временного интервала и до его окончания. После этого светодиод горит постоянно. По завершении зарядки все четыре светодиода остаются включенными, так что статус заряда в любое время известен пользователю. (В качестве дополнительной функции можно добавить пьезоизлучатель для подачи звукового сигнала в конце зарядки).

Блок-схема программы микроконтроллера, изображенная на Рисунке 2, очень проста. (Текущее состояние счетчика периодов обозначено как CNT).

Блок-схема описывает простой код последовательности проверки уровня и пошаговой итерации для управления светодиодами индикации заряда.
Рисунок 2. Блок-схема описывает простой код последовательности проверки уровня и
пошаговой итерации для управления светодиодами индикации заряда.

Период мигания светодиода установлен равным одной секунде. Встроенный генератор микроконтроллера работает на частоте 12.8 МГц, обеспечивая длительность цикла 312.5 нс. При установке коэффициента пересчета предварительного делителя таймера, равным 64, и записи в регистр таймера числа 50,000 (C350H) период переполнения таймера (TOF) равен одной секунде (0.3125 мкс × 64 × 50,000). Программа переключает светодиод в каждом периоде TOF.

Ночная «долгая» зарядка длится 16 часов, при этом константа счетчика MAX_CNT рассчитывается как 16 × 60 × 60 = 57,600 (E100H). Аналогичным образом можно установить любое максимальное время зарядки. Очевидно, что ждать 16 часов для тестирования программы неудобно, и более практичным был бы такой период, как, например, 20 минут.

Для этого более короткого периода константа MAX_CNT должна быть установлена равной 20 × 60 = 1200 (04B0H). После ввода максимального времени зарядки продолжительность каждого из четырех временных интервалов будет установлена программой автоматически.

Этот подход очень гибок и при выборе соответствующего сопротивления резистора R3 применим для зарядки любого NiCd аккумулятора. Кроме того, для устройства подойдет микроконтроллер практически любого типа, поскольку программа проста и использует только стандартные инструкции.

Материалы по теме

  1. Datasheet NXP MC68HC908QT1
  2. Datasheet Fairchild LM317
  3. Datasheet Vishay IRF520
  4. Datasheet Kingbright WP710A10YD5V

Electronic Design

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

 
 
Оригинал здесь.

Комментарии

Чтобы оставить комментарий, Вам нужно авторизоваться.