Circuitos simples do carregador de bateria Ni-Cd explorados

A postagem discute um circuito de carregador NiCd simples com uma proteção automática contra sobrecarga e um carregamento de corrente constante.

Quando se trata de carregar corretamente uma célula de níquel-cádmio, é estritamente recomendado que o processo de carregamento seja interrompido ou interrompido assim que atingir o nível de carga total. Não seguir isso pode afetar adversamente a vida útil da célula, reduzindo sua eficiência de backup significativamente.

O circuito de carregador Ni-Cad simples apresentado abaixo aborda efetivamente o critério de sobrecarga, incluindo recursos como um carregamento de corrente constante, bem como cortando o fornecimento quando o terminal celular atinge o valor de carga total.

Principais características e vantagens

• Corte automático no nível de carga total
• Corrente constante durante todo o carregamento.
• Indicação de LED para corte de carga total.
• Permite ao usuário adicionar mais estágios para carregar até 10 células NiCd simultaneamente.

Diagrama de circuito

Como funciona

A configuração simples detalhada aqui é projetada para carregar uma única célula 'AA' de 500 mAh com a taxa de carga recomendada de perto de 50 mA, no entanto, ela poderia ser convenientemente personalizada de forma barata para carregar várias células juntas, repetindo a área mostrada em linhas pontilhadas.

A tensão de alimentação para o circuito é adquirida de um transformador, retificador de ponte e regulador de 5 V IC.

A célula é carregada com um transistor T1 que é configurado como uma fonte de corrente constante.

T1, por outro lado, é controlado por um comparador de tensão usando um gatilho TTL Schmitt N1. Durante o tempo em que a célula carrega, a voltagem terminal da célula é mantida em cerca de 1,25 V.

Este nível parece ser inferior ao limite de disparo positivo de N1, o que mantém a saída de N1 alta, e a saída de N2 torna-se baixa, permitindo que T1 obtenha a tensão de polarização de base através do divisor de potencial R4 / R5.

Enquanto a célula Ni-Cd for carregada, o LED D1 permanecerá aceso. Assim que a célula chega perto do status de carga total, sua tensão terminal sobe para aproximadamente 1,45 V. Devido a isso, o limite de disparo positivo de N1 aumenta, fazendo com que a saída de N2 fique alta.

Esta situação desliga T1 instantaneamente. A célula agora para de carregar e também o LED D1 é desligado.

Como o limite de ativação positivo de N1 é de aproximadamente 1,7 V e é controlado por uma tolerância específica, R3 e P1 são incorporados para alterá-lo para 1,45 V. O limite de disparo negativo do disparo de Schmitt é em torno de 0,9 V, que passa a ser inferior do que a tensão terminal de uma célula completamente descarregada.

Isso implica que conectar uma célula descarregada no circuito nunca acionará o carregamento para iniciar automaticamente. Por este motivo, está incluído um botão de partida S1 que, quando pressionado, leva a entrada de NI baixo.

Para carregar mais células, a porção do circuito revelada na caixa pontilhada pode ser repetida separadamente, uma para cada bateria.

Isso garante que, independentemente dos níveis de descarga das células, cada uma delas seja carregada individualmente no nível correto.

Projeto PCB e sobreposição de componentes

No design do PCB abaixo, dois estágios são duplicados para permitir que duas células Nicad sejam carregadas simultaneamente a partir de uma configuração de placa única.

Carregador Ni-Cad usando um resistor

Este carregador simples específico pode ser construído com peças que podem ser vistas em praticamente qualquer recipiente de sucata do construtor. Para uma vida útil ideal (número de ciclos de carga), as baterias Ni-Cad devem ser carregadas com uma corrente relativamente constante.

Isso geralmente é realizado com bastante facilidade carregando por meio de um resistor de uma tensão de alimentação muitas vezes maior do que a tensão da bateria. A mudança na tensão da bateria durante o carregamento provavelmente terá uma influência mínima na corrente de carga. O circuito proposto é composto apenas de um transformador, retificador de diodo e resistor em série conforme indicado na figura 1.

A imagem gráfica associada facilita a determinação do valor do resistor em série necessário.

Uma linha horizontal é desenhada através da tensão do transformador no eixo vertical até cruzar a linha de tensão da bateria especificada. Em seguida, uma linha puxada verticalmente para baixo a partir deste ponto para encontrar o eixo horizontal subsequentemente nos fornece o valor do resistor necessário em ohms.

Por exemplo, a linha pontilhada demonstra que se a tensão do transformador for 18 V e a bateria Ni-Cd a ser carregada for 6 V, então o valor da resistência será em torno de 36 ohms para o controle de corrente pretendido.

Esta resistência indicada é calculada para fornecer 120 mA, enquanto para algumas outras taxas de corrente de carga, o valor do resistor terá de ser reduzido de forma adequada, por ex. 18 ohms para 240 mA, 72 ohms para 60 mA etc. D1.

Circuito do carregador NiCad usando controle automático de corrente

As baterias de níquel-cádmio geralmente requerem um carregamento de corrente constante. O circuito do carregador NiCad mostrado abaixo é desenvolvido para fornecer 50mA a quatro células de 1,25 V (tipo AA) ou 250mA a quatro células de 1,25 V (tipo C) conectadas em série, embora possa simplesmente ser modificado para vários outros valores de carregamento.

No circuito do carregador NiCad discutido, R1 e R2, fixe a tensão de saída sem carga em aproximadamente 8V.

A corrente de saída viaja por meio de R6 ou R7 e, à medida que sobe, o transistor Tr1 é gradualmente ligado.

Isso causa ponto Y para aumentar, ligando o transistor Tr2 e permitindo que o ponto Z se torne menos um menos positivo.

O processo conseqüentemente diminui a tensão de saída e tende a diminuir a corrente. Um nível de equilíbrio é finalmente atingido, o qual é determinado pelo valor de R6 e R7.

O diodo D5 inibe a bateria que está sendo carregada, fornecendo alimentação para a saída do IC1 caso o 12V seja removido, o que poderia causar sérios danos ao IC.

FS2 é incorporado para proteger contra danos às baterias que estão sob carga.

A escolha de R6 e R7 é feita por tentativa e erro, o que significa que você precisará de um amperímetro com uma faixa adequada ou, se os valores de R6 e R7 forem genuinamente conhecidos, a queda de tensão entre eles poderá ser calculada pela Lei de Ohm.

Carregador Ni-Cd usando um único amplificador operacional

Este circuito do carregador Ni-Cd é projetado para carregar baterias NiCad tamanho AA padrão. Um carregador especial é recomendado principalmente para células NiCad, pois elas possuem uma resistência interna extremamente baixa, resultando em um aumento da corrente de carga, mesmo se a voltagem utilizada for um pouco mais alta.

O carregador deve, portanto, incluir um circuito para restringir a corrente de carga a um limite correto. Neste circuito, T1, D1, D2 e ​​C1 funcionam como um circuito tradicional de redução, isolamento, retificador de onda completa e filtro DC. As partes adicionais atendem ao regulamento atual.

IC1 é empregado como um comparador com um estágio de buffer separado Q1 fornecendo uma funcionalidade de corrente de saída apropriadamente alta neste projeto. A entrada não inversora do IC1 é fornecida com 0,65 V: tensão de referência apresentada por R1 e D3. A entrada inversora é conectada ao aterramento através de R2 dentro dos níveis de corrente quiescente, permitindo que a saída seja completamente positiva. Tendo uma célula NiCad conectada através da saída, uma alta corrente pode fazer um esforço para via R2, fazendo com que uma quantidade equivalente de voltagem se desenvolva em R2.

Ele pode simplesmente aumentar para 0,6 V, no entanto, uma tensão crescente neste ponto reverte os potenciais de entrada das entradas IC1, fazendo com que a tensão de saída seja reduzida e baixando a tensão em torno de R2 de 0,65 V. A corrente de saída mais alta (e também a corrente de carga recebida) é como resultado a corrente gerada com 0,65 V em 10 ohms, ou 65 mA, simplesmente.

A maioria das células AA NiCad possui uma corrente de carga preferencial ideal de não mais do que 45 ou 50 mA e, para esta categoria, R2 deve ser aumentado para 13 ohms para que você possa ter a corrente de carga apropriada.

Algumas variedades de carregador rápido podem funcionar com 150 mA, e isso exige a redução de R2 para 4,3 ohms (3,3 ohms mais 1 ohm em série, caso uma peça ideal não possa ser adquirida).

Além disso, T1 precisa ser aprimorado para uma variante com corrente nominal de 250 mA., E Q1 deve ser instalado usando um minúsculo dissipador de calor com aletas aparafusado. O dispositivo pode carregar facilmente até quatro células (6 células quando T1 é atualizado para um tipo de 12 V), e todas elas devem ser conectadas em série na saída, e não em paralelo.

Circuito Carregador Universal NiCad

A Figura 1 exibe o diagrama completo do circuito do carregador NiCad universal. Uma fonte de corrente é desenvolvida usando os transistores T1, T2 e T3, que oferecem uma corrente de carga constante.

A fonte atual torna-se ativa apenas quando as células NiCad são conectadas da maneira correta. O ICI está posicionado para verificar a rede verificando a polaridade da tensão nos terminais de saída. Se as células forem montadas corretamente, o pino 2 do IC1 não pode virar tão positivo quanto no pino 3.

Como resultado, a saída IC1 torna-se positiva e fornece uma corrente de base para T2, que liga a fonte de corrente. O limite da fonte atual pode ser corrigido usando S1. Uma corrente de 50 mA, 180 mA e 400 mA pode ser predefinida uma vez que os valores de R6, R7 e RB são determinados. Colocar S1 no ponto 1 mostra que as células NiCad podem ser carregadas, a posição 2 é destinada para células C e a posição 3 é reservada para células D.

Partes Diversas

TR1 = transformador 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = interruptor de 3 posições
S2 = interruptor de 2 posições

A fonte atual funciona usando um princípio muito básico. O circuito é conectado como uma rede de realimentação de corrente. Imagine S1 na posição 1 e a saída IC1 é positiva. T2 e 13 agora começam a obter uma base de corrente e iniciam a condução. A corrente através desses transistores constitui uma tensão em torno de R6, que aciona T1 em operação.

Uma corrente crescente em torno de R6 significa que T1 pode conduzir com maior força, minimizando, assim, a corrente de acionamento da base para os transistores T2 e T3.

O segundo transistor pode, neste ponto, conduzir menos e o aumento de corrente inicial é restrito. Uma corrente razoavelmente constante por meio de R3 e das células NiCad anexadas é implementada.

Alguns LEDs conectados à fonte de corrente indicam o status operacional do carregador NiCad a qualquer momento. O IC1 fornece uma tensão positiva assim que as células NiCad são conectadas da maneira certa iluminando o LED D8.

Se as células não estiverem conectadas com a polaridade correta, o potencial positivo no pino 2 de IC1 será maior do que o pino 3, fazendo com que a saída do comparador do amplificador operacional se torne 0 V.

Nesta situação, a fonte de corrente permanecerá desligada e o LED D8 não acenderá. Uma condição idêntica pode ocorrer no caso de nenhuma célula estar conectada para carregar. Isso pode acontecer porque o pino 2 terá uma tensão elevada em comparação com o pino 3, devido à queda de tensão em D10.

O carregador só será ativado quando uma célula de no mínimo 1 V for conectada. O LED D9 mostra que a fonte de corrente está operando como uma fonte de corrente.

Isso pode parecer bastante peculiar, no entanto, uma corrente de entrada gerada por IC1 simplesmente não é adequada, o nível de tensão também precisa ser grande o suficiente para reforçar a corrente.

Isso significa que a alimentação deve ser sempre maior do que a voltagem nas células NiCad. Somente nesta situação a diferença de potencial será suficiente para a realimentação de corrente T1 entrar em ação, iluminando o LED D9.

Design PCB

Usando IC 7805

O diagrama de circuito abaixo demonstra um circuito de carregador ideal para uma célula Ni-cad.

Isso emprega um 7805 regulador IC para fornecer 5 V constantes em um resistor, o que faz com que a corrente dependa do valor do resistor, em vez do potencial da célula.

O valor do resistor deve ser ajustado em relação ao tipo que é usado para carregar qualquer valor entre 10 Ohm a 470 Ohm pode ser usado dependendo da classificação de mAh da célula. Devido à natureza flutuante do IC 7805 em relação ao potencial de terra, este projeto pode ser aplicado para carregar células Nicad individuais ou séries de algumas células.

Carregando a célula de Ni-Cd de uma fonte de 12V

O princípio mais fundamental para um carregador de bateria é que sua tensão de carga deve ser maior do que a tensão nominal da bateria. Por exemplo, uma bateria de 12 V deve ser carregada de uma fonte de 14 V.

Neste circuito carregador de Ni-Cd de 12 V, um dobrador de voltagem baseado no popular 555 IC é usado. Como a saída 3 do chip está conectada alternadamente entre a tensão de alimentação de +12 V e a terra, o IC oscila.

C₃é cobrado por meio de D_doise D₃para quase 12 V quando o pino 3 é um nível lógico baixo. No momento em que o pino 3 é lógico alto, a tensão de junção de C₃e D₃aumenta para 24 V devido ao terminal negativo de C₃que está conectado a +12 V, e o próprio capacitor mantém uma carga do mesmo valor. Então, diodo D₃torna-se polarizado reverso, mas D₄conduz apenas o suficiente para C₄para ser carregado acima de 20 V. Isso é tensão mais do que suficiente para o nosso circuito.

O 78L05 no IC_doisposições atua como um fornecedor de corrente que por acaso mantém sua tensão de saída, U_n, de aparecer em R₃a 5 V. A corrente de saída, I_n, pode ser simplesmente calculado a partir da equação:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

As propriedades do 78L05 incluem o próprio consumo de corrente, já que o terminal central (geralmente aterrado) fornece o nosso em torno de 3 mA.

A corrente de carga total é de cerca de 10 mA e esse é um bom valor para baterias de NiCd constantemente carregadas. Para mostrar que a corrente de carga está fluindo, um LED é incluído no circuito.

Gráfico atual de carga

A Figura 2 mostra as propriedades da corrente de carga em relação à tensão da bateria. É bastante evidente que o circuito não é totalmente perfeito já que a bateria de 12 V será carregada com uma corrente medindo apenas cerca de 5 mA. Algumas razões para isso:

• A tensão de saída do circuito parece cair com a corrente crescente.
• A queda de tensão no 78L05 é de cerca de 5 V. Mas, um adicional de 2,5 V deve ser incluído para garantir que o IC opere com precisão.
• No LED, provavelmente há uma queda de tensão de 1,5 V.

Considerando tudo isso, uma bateria de NiCd de 12 V com capacidade nominal de 500 mAh pode ser carregada ininterruptamente com uma corrente de 5 mA. No total, é apenas 1% de sua capacidade.