Зарядные устройства на основе специализированных микросхем

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 5

С целью упростить разработку и производство высококачественных зарядных устройств многие производители выпускают для этих целей специализированные микросхемы. В качестве

примера рассмотрим зарядные устройства на основе микросхем производства фирмы MAXIM и Unitrode. На рис. 8.18 представлена схема зарядного устройства свинцово-кислотных аккумуляторных батарей на двух микросхемах. Оно предназначено для заряда батарей небольшой емкости. Особенностью свинцово-кислотных батарей является выбор небольшого тока заряда. Конечно, батарею емкостью 5 Ач можно зарядить за 1 час током равным 1С — 5 А, но лучший вариант — заряжать меньшим током в 0, 1С — 500 мА — за 10 часов. Такой выбор неслучаен: при большом токе заряда очень активно протекают химические процессы окисления решетки пластин. Это резко сокращает срок службы батарей. Именно поэтому сначала их заряжают током основного заряда, а затем полностью заряженную батарею подзаряжают током компенсационного (струй-

ного) заряда очень малой величины — часто менее 0, 001С.

Рисунок 8.18. Схема зарядного устройства на микросхемах MAXIM

В описываемом зарядном устройстве микросхема IC1 выполняет функции повышающего импульсного преобразователя напряжения, обеспечивающего номинальное напряжение основно-

го заряда 12-вольтовой батареи равное 15, 2 В. После окончания основного начинается фаза компенсирующего заряда. При этом напряжение заряда уменьшается до 13, 2 В. Благодаря использованию импульсного трансформатора вместо катушки индуктивности обеспечена развязка между источником питания и нагрузкой — аккумуляторной батареей. Поэтому входное напряже-ние может изменяться в широких пределах E... 16 В), а выходное при этом остается неизменным.

Для начала заряда достаточно нажать кнопку START. Микросхема IC2 измеряет ток заряда. Это происходит следующим образом: на выв. 8 (OUT) формируется ток, который изменяется пропор-ционально току заряда но имеет значительно меньшую величину — 1/2000 тока заряда. Этот ток создает падение напряжения на резисторе R5, которое прикладывается к выв. 5 (LBI) микросхемы IC1. Если ток заряда батареи станет меньше значения, например, 0, 01С, сработает компаратор микросхемы IC1, и на ее выв. 4 (LBO) сформируется сигнал лог. 0. При этом транзистор Q2 закроется. Это вызовет изменение сигнала обратной связи, в результате чего напряжение заряда уменьшится до 13, 2 В.

На рис. 8.19 изображена зарядная характеристика устройства — зависимость выходного напряжения от тока заряда. Сначала работа преобразователя напряжения нерегулируема, т. к. на-

пряжение на батарее меньше 12 В. По мере его увеличения ток заряда изменяется так, как пока-зано на графике.

Рис. 8.19. Характеристики зарядного устройства при различных значениях напряжения питания

Совершенные микросхемы для зарядных устройств свинцово-кислотных батарей выпускает и фирма Unitrode. Рассмотрим две из них — UC2906 и UC3906. Эти микросхемы контроллеров

заряда аналогичны по параметрам. Они обеспечивают:

• оптимальное управление процессом заряда, что способствует сохранению максимальных емкости и срока службы свинцово-кислотных батарей;

• трехступенчатый заряд, управляемый логическим устройством микросхемы;

• прецизионную (высокоточную) регулировку напряжения заряда при изменении температуры окружающей среды;

• управление как выходным напряжением, так и выходным током зарядного устройства;

• функции системного интерфейса;

• предельную простоту схемы зарядного устройства.

В режиме ожидания микросхемы потребляют малый ток — 1, 6 мА. Напряжение питания состав-ляет 10...40 В. Микросхемы выпускаются в различных корпусах: DIL-16, SOIC-16, PLCC-20,

LCC-20.

На основе микросхемы UC2906 (UC3906) можно создавать зарядные устройства двух типов:

• двухступенчатого плавающего заряда (заряд при постоянном напряжении заряда);

• двухступенчатого компенсационного заряда (заряд при постоянном токе заряда).

На рис. 8.20 приведена схема зарядного устройства, обеспечивающего двухступенчатый плавающий заряд батарей. Заряд происходит поэтапно. На первом этапе при включении напря-

жения питания батарея подзаряжается током струйной подзарядки до напряжения Vт. По его достижении зарядное устройство переходит в режим основного заряда. При этом ток заряда мак-

симален. После того как батарея зарядится, по достижении напряжения V12 зарядное устройство определяет его как напряжение перезаряда. Режим перезаряда продолжается недолго: когда

напряжение на батарее незначительно увеличится до порогового значения напряжения перезаряда Vос, ток заряда начнет снижаться. Он будет снижаться до значения Iост и, как только достигнет этой величины, на выходе токочувствительного усилителя появится сигнал высокого уровня. Он, поступив на выв. 8 микросхемы переведет ее в состояние плавающего заряда. При этом на батарее постоянно будет поддерживаться напряжение плавающего заряда Vf. Если нагрузка перейдет на резервное питание от батареи, она станет разряжаться, и как только ее напряжение достигнет на-

пряжения конца разряда V31, процесс заряда повторится вновь.

Рисунок 8.20. Схема зарядного устройства двухступенчатого плавающего заряда

Расчет схемы зарядного устройства на основе ИМС UC2906:

1. Выбирают ток делителя RA, RB, RC — ID. Рекомендуется его значение принять равным 50... 100 А.

2. Рассчитывают сопротивление резистора RC: RC=2, 3B/ID.

3. Рассчитывают суммарное сопротивление резисторов делителя:

RSUM=RA + RB=(VF-2, 3B)/ID,

где VF — напряжение плавающего заряда.

4. Рассчитывают сопротивление резистора RD:

RD = 2, 3 В Rsum/(V0C-VF),

где Voc — напряжение перезаряда.

5. Рассчитывают сопротивление резистора RA:

RA = {RSUM+Rx) х (l - 2, 3В/VT),

где VT — напряжение начала основного заряда, a

Rx = RC- RD/(RC+ RD).

6. Вычисляют сопротивление резисторов RB = RSUM - RA и

RS= 0, 25 В / IMAX (Iмах — максимальный ток основного заряда).

7. Определяют RT:

RT = (Vin – VT - 2, 5 В) /Iт (Iт – ток начала основного заряда).

8. Рассчитывают величину тока, при котором зарядное устройство перейдет в режим плаваю-

щего заряда:

Iост = IМАХ/10.

9. Значения других напряжений выбираются из расчета:

V12 = 0, 95 x VOC; V31 = 0, 90 x VF.

На рис. 8.21 изображена схема зарядного устройства для двухступенчатого компенсационного заряда. Его удобно использовать при заряде нескольких последовательно включенных аккумуля-торов или аккумуляторных батарей. Работает оно следующим образом. При включении питания батарея заряжается током заряда, равному сумме максимального тока нормального заряда IМАХ и тока компенсационного заряда Iн. После того как напряжение батареи достигнет значения Vn — напряжения конца заряда, произойдет автоматическое снижение выходного напряжения зарядного устройства до напряжения плавающего заряда, и ток заряда при этом будет иметь значение Iн. При разряде батареи на нагрузку, как только ее напряжение уменьшится до значения VF, она начнет заряжаться полным током заряда:

Iз = Iмах + Iн

Рис. 8.21. Схема зарядного устройства двухступенчатого компенсационного заряда

Рисунок 8.22 Схема источника электропитания приемно-контрольного прибора (ПКП)

охранно-пожарной сигнализации (лабораторная установка).

Условные обозначения:

· В – сетевой выпрямитель;

· С – супервизор;

· МК – микроконтроллер;

· Р1 – реле.

Задание по лабораторной работе.

3.1 Ознакомиться с задачами, изучить теоретическую часть;

3.2 Изучить особенности функционирования схемы лабораторной установки;

3.3 В соответствии со своим вариантом задания (таблица 3.8) рассчитать параметры

пассивных элементов зарядного устройства и сопротивление Rн при работе устройства

на нагрузку от резервной аккумуляторной батареи в течение заданного времени;

3.4 Составить отчет где сделать свои выводы.

3.5 Исходные данные для расчета:

· Uсети = 220В +10\-15%; Uвх.ном. = +20В; Uвых.1 = 14, 5В; Uвых.2 = 13, 5В;

· Uд пр. = 1, 2В; Uс порог. = 4В; Iуст = 1мА; Uаб = 12, 7В; Uаб мин. = 10, 4В;

· R1 = 240 Ом; R9 = 1 Ом; Uоп = 5В; R5 = R6 = 100kOm; Uсд = 2В; Iсд = 0, 01А;

3.6 Общие указания по лабораторной работе:

1 Взяв за основу метод многоступенчатого (двухступенчатого) заряда, используя указания и формулы из теоретической части рассчитать номиналы следующих резисторов:

· R2, R3, R4, R5, R6, R7, R11, R12, R13, R14, Rн;

· Uвых.1 = Uоп _*(1 + R₁/ R₂) + Iуст._*R2;

· Uвых.2 = Uоп _*(1 + R₁/ R₃) + Iуст._*R3;

· R4 = Uаб / Iразр.; Iразр.= Саб / Трез.;

· R7 = Uс порог./ I_R_5-_R₆;

· R11 = 100kOm; R12 = Udd / I_R11-R12;

· R13 = R14 = (Udd – Uсд) / Iсд;

· Rн = Uаб / Iразр.

2 По справочникам выбрать типы резисторов, реле и супервизор;

3 Полученные результаты записать в таблицу.

Таблица 3.8

№вар.
Саб А/ч	0, 2	0, 3	0, 4	0, 5	0, 6	0, 7	0, 8	0, 9	1, 0	1, 1	1, 2
Трез, ч
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R11
R12
R13
R14
Rн

Контрольные вопросы:

1. Основные типы свинцово-кислотных аккумуляторных батарей (СКАБ);

2. Преимущества и недостатки свинцово-кислотной аккумуляторной батареи;

3. Зарядные и разрядные характеристики (кривые) СКАБ;

4. Основной алгоритм заряда СКАБ;

5. Алгоритм метода заряда СКАБ постоянными токами и напряжениями;

6. Алгоритм двухступенчатого метода заряда СКАБ;

7. Алгоритм компенсационного метода заряда СКАБ;

8. Алгоритм плавающего метода заряда СКАБ;.

9. Особенности эксплуатации СКАБ;

10. Простое зарядное устройство СКАБ;

11. Зарядка СКАБ асимметричным током;

12. Зарядные устройства СКАБ на основе специализированных микросхем.

Содержание отчета по лабораторной работе.

4.1 Цели и задачи лабораторной работы;

4.2 Схема лабораторной установки;

4.3 Ответ на контрольный вопрос в соответствии со своим вариантом;

4.4 Таблица расчета и расчеты элементов источника электропитания;

4.5 Выводы.

Литература

1. Хрусталев Д.А. Аккумуляторы, - Москва, Изумруд, 2003, 224с.: ил.

⇐ Предыдущая 1 2 3 45