Простое зарядное устройство для NiCd аккумуляторов с индикацией уровня заряда

NXP MC68HC908QT1

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

На английском языке: Simple NiCd Battery Charger Includes Charge Indication

Изготовление плат и монтаж компонентов для вашего проекта от $2. Получи купон на скидку: JLCNY

16 предложений от 16 поставщиков
MC68HC908QT1CP микросхема (Motorola)Максимальное Напряжение Питания: 5.5 ВМинимальное Напряжение Питания: 2.7 ВВес, г: 0.3 гПроизводитель: Motorola
Триема
Россия
MC68HC908QT1CPE
Freescale
205 ₽
TexQuv.ru
Россия и страны СНГ
MC68HC908QT1CP микросхема (Motorola)
33 ₽
Контест
Россия
MC68HC908QT1CP
Motorola
72 ₽
Зенер
Россия и страны ТС
MC68HC908QT1VPE
NXP
по запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения (только последние 20 сообщений):Полный вариант обсуждения »
  • Автор написал статью о зарядном устройстве, которое способно обеспечить NiCd аккумулятору полный заряд, что возможно только при полном разряде. Кстати хочу уточнить (ввиду невнимательности в предыдущем посте), полным разрядом для NiCd аккумуляторов считается его разряд до 1 В.
  • Цитата: "Однако при разработке зарядного устройства необходимо решить две проблемы: как установить правильное значение зарядного тока [B]и как остановить процесс зарядки, чтобы не допустить перезаряда, когда аккумулятор полностью заряжен".[/B] Очевидно, что поставив на зарядку не полностью разряженный аккумулятор, автор неизбежно его перезарядит. Отсюда и вопрос: каким образом автор определяет, что аккумулятор действительно полностью разряжен?
  • каким образом автор определяет, что аккумулятор действительно полностью разряжен? Автор это никак не определяет. Этот момент выпал у него при разработке схемы. Он вряд ли предполагал, что его заурядная статья попадет в лапы дотошных спецов с Радиолоцмана.
  • [I]Пусть жираф был не прав, Но виновен не жираф....[/I]
  • Статья называется "Простое зарядное устройство..." и автор предупредил, что заряжать его простым устройством необходимо полностью разряженные аккумуляторы. Конечно, можно к этому зарядному добавить разрядное устройство, которое будет доразряжать аккумуляторы до полного состояния. Но это уже будет другое и сосвсем не простое зарядно-разрядное устройство. Предлагаю этим заняться Вам и статью хорошую напишите. Все будут довольны. :)
  • Заранее прошу прощения за возможную невнимательность, но я не увидел такого предупреждения в статье. Может проглядел? Покажите плиз. что позволит применить реле времени для зарядки. В противном случае оно не только не нужно, но даже возможно и вредно.
  • Не в порядке критики, а ради терминологии токмо. Был у меня когда-то цифровой фотоаппапрат Canon. Работал он от батареек АА. Само собой я купил аккумуляторы такого же размера и ЗУ к ним. Цифровик давным давно сдох и был выкинут. А вот ЗУ обнаружилось, целое и невредимое, а в нем два аккумулятора. Удивительно, но они до сих пор живые. Ни на ЗУ, ни на аккумуляторах нет даты выпуска, есть только ТУ на ЗУ от 2002г. Оно никогда не ломалось и заряжало исправно, поэтому я вскрыл его только сейчас. Вот это действительно простое устройство. :)
  • Оставил один раз в таком "простом зарядном устройстве" аккумуляторы на ночь...потом утром собирал куски корпуса аккумулятора по всей комнате.
  • Значит ЗУ уже жженый был или "умелые ручки" в него залезли. Потому как я аккумулятор с 20-летним зарядом в этом простом ЗУ в мышку поставил. Вот уже неделю работает. :) Правда аккумулятор этот GP из Сингапура, а не noname из Китая.
  • Всё проще. В этом зарядном нет контроля окончания заряда аккумулятора. Перезаряд и...фейерверк!! А вот как аккумулятор 20лет в таком зарядном заряжался это конечно фокус ещё тот))Может ток заряда был порядка нескольких мА?
  • А в каком есть и каким образом этот контроль осуществляется?
  • Много где есть, у меня сейчас Techno line BC700 и LiitoKala Lii-500, так вот в них заряженность аккумуляторов определяется по скачку напряжения в конце зарядки. Вот скопировал с другого сайта "....После набора ёмкости, напряжение на выводах несколько снижается на 50-70 mV. Такой скачок обозначают ΔV(дельта V). Зарядное реагирует на такое снижение и отсекает ток заряда..."
  • Вот интересная статья про заряд аккумуляторов [url]https://batteryzone.ru/accumulator/kak-pravilno-zarjazhat-ni-cd-i-ni-mh-akkumuljatory[/url]
  • К сожалению, указанный Вами материал не содержит ни одной ссылки на источники технической информации. Какой смысл обсуждать беллетристику?
  • Если есть желание можно найти и ссылки, но это уже теория не требующая доказательств. И, я думаю, производители зарядных устройств, прежде чем выпускать устройства, провели соответствующие измерения и сняли графики зависимости. Кстати, если прямо всё так берётся под сомнения, то почему бы самому не собрать стенд и не проверить всё самому? Шутка : можно ещё закон всемирного тяготения проверить.
  • Правильно думаете. Изготовитель действительно это сделал, в результате чего на батарейке появилась следующая информация: "Standart Charge 16Hrs at 210mA". Далее сообщается о недопустимости нарушения подключения полярности аккумулятора, его сжигании, разборки или короткого замыкания. Но ни слова про необходимость полного разряда перед зарядкой. Как Вы полагаете почему?
  • Ну кушать-то каждому хочется)) Хотя там много факторов, чтобы продлить жизнь аккумулятора: заряд том 0.1С, заряд при температуре 20 градусов, полный разряд перед началом заряда, недопустимость перегрева больше 50 градусов. Но это уже каждый для себя "копает" информацию по мере необходимости. Кстати все надписи на аккумуляторе даны, чтобы не получить увечья в случае взрыва аккумулятора, а то в развитых странах фирма ,выпускающая данные АКБ, может попасть на неплохие штрафы (при наличии желания и хорошего адвоката у потерпевшего).
  • И главный из них - уровень электролита. А про повреждение глаз в результате попадания в них щелочи от взрыва аккумулятора забыли?
  • Это про какой уровень электролита в NiCd аккумуляторах идёт речь? И разве повреждение глаз это не увечье?
  • В NiCd аккумулятор залит электролит - гидроксид калия KOH плотностью 1,19—1,21 с добавкой гидроксида лития LiOH. Еще какое увечье! Но изготовитель его игнорирует. Почему?
Полный вариант обсуждения »