Circuits simples de chargeur de batterie Ni-Cd explorés

Le message traite d'un simple circuit de chargeur NiCd avec une protection automatique contre les surcharges et une charge à courant constant.

Lorsqu'il s'agit de charger correctement une cellule Nickel-Cadmium, il est strictement recommandé que le processus de charge soit interrompu ou coupé dès qu'il atteint le niveau de charge complet. Le non-respect de cette consigne peut nuire à la durée de vie de la cellule, réduisant considérablement son efficacité de sauvegarde.

Le simple circuit de chargeur Ni-Cad présenté ci-dessous aborde efficacement le critère de surcharge en incluant des installations telles qu'une charge à courant constant et en coupant l'alimentation lorsque la borne de la cellule atteint la valeur de charge complète.

Principales caractéristiques et avantages

• Coupure automatique à pleine charge
• Courant constant tout au long de la charge.
• Indication LED pour coupure de charge complète.
• Permet à l'utilisateur d'ajouter plus d'étages pour charger jusqu'à 10 cellules NiCd simultanément.

Schéma

Comment ça fonctionne

La configuration simple détaillée ici est conçue pour charger une seule cellule `` AA '' de 500 mAh avec le taux de charge recommandé de près de 50 mA, néanmoins elle pourrait être personnalisée à moindre coût pour charger plusieurs cellules ensemble en répétant la zone indiquée en pointillés.

La tension d'alimentation du circuit est acquise à partir d'un transformateur, d'un pont redresseur et d'un régulateur IC 5 V.

La cellule est chargée avec un transistor T1 qui est configuré comme une source de courant constant.

T1 par contre est commandé par un comparateur de tension utilisant un déclencheur TTL Schmitt N1. Pendant le temps où la cellule se charge, la tension aux bornes de la cellule est maintenue à environ 1,25 V.

Ce niveau semble être inférieur au seuil de déclenchement positif de N1, qui maintient la sortie de N1 à un niveau élevé, et la sortie de N2 devient faible, permettant à T1 d'obtenir la tension de polarisation de base à travers le diviseur de potentiel R4 / R5.

Tant que la cellule Ni-Cd est chargée, la LED D1 reste allumée. Dès que la cellule se rapproche de l'état de charge complète, sa tension aux bornes monte à environ 1,45 V. De ce fait, le seuil de déclenchement positif de N1 augmente, provoquant une augmentation de la sortie de N2.

Cette situation désactive instantanément T1. La cellule cesse maintenant de se charger et la LED D1 est également éteinte.

Étant donné que la limite d'activation positive de N1 est d'environ 1,7 V et qu'elle est contrôlée par une tolérance spécifique, R3 et P1 sont incorporés pour la modifier à 1,45 V.La limite de déclenchement négative du déclencheur de Schmitt est d'environ 0,9 V, ce qui se trouve être inférieur que la tension aux bornes d'une cellule même complètement déchargée.

Cela implique que la connexion d'une cellule déchargée dans le circuit ne déclenchera jamais la charge pour démarrer automatiquement. Pour cette raison, un bouton de démarrage S1 est inclus qui, lorsqu'il est pressé, prend l'entrée de NI au niveau bas.

Pour charger plus de nombre de cellules, la partie du circuit révélée dans la boîte en pointillés peut être répétée séparément, une pour chaque batterie.

Cela garantit que, quels que soient les niveaux de décharge des cellules, chacune d'elles est chargée individuellement au niveau correct.

Conception de circuits imprimés et superposition de composants

Dans la conception de PCB ci-dessous, deux étapes sont dupliquées pour permettre à deux cellules Nicad d'être chargées simultanément à partir d'une seule carte.

Chargeur Ni-Cad utilisant une résistance

Ce chargeur simple particulier pourrait être construit avec des pièces qui pourraient être vues dans à peu près n'importe quel conteneur indésirable du constructeur. Pour une durée de vie optimale (nombre de cycles de charge), les batteries Ni-Cad doivent être chargées avec un courant relativement constant.

Ceci est souvent accompli assez facilement en chargeant via une résistance à partir d'une tension d'alimentation plusieurs fois supérieure à la tension de la batterie. Une modification de la tension de la batterie pendant qu'elle se charge aura alors probablement une influence minime sur le courant de charge. Le circuit proposé est constitué uniquement d'un transformateur, d'un redresseur à diode et d'une résistance série comme indiqué sur la figure 1.

L'image graphique associée facilite la détermination de la valeur de résistance série nécessaire.

Une ligne horizontale est dessinée à travers la tension du transformateur sur l'axe vertical jusqu'à ce qu'elle croise la ligne de tension de batterie spécifiée. Ensuite, une ligne tirée verticalement vers le bas à partir de ce point pour rencontrer l'axe horizontal nous fournit ensuite la valeur de résistance nécessaire en ohms.

Par exemple, la ligne pointillée montre que si la tension du transformateur est de 18 V et la batterie Ni-Cd à charger est de 6 V, alors la valeur de résistance sera d'environ 36 ohms pour le contrôle de courant prévu.

Cette résistance indiquée est calculée pour fournir 120 mA, tandis que pour certains autres taux de courant de charge, la valeur de la résistance devra être réduite de manière appropriée, par ex. 18 ohms pour 240 mA, 72 ohms pour 60 mA etc. D1.

Circuit de chargeur NiCad utilisant le contrôle automatique du courant

Les batteries nickel-cadmium nécessitent généralement une charge à courant constant. Le circuit de chargeur NiCad illustré ci-dessous est développé pour fournir soit 50 mA à quatre cellules 1,25 V (type AA), soit 250 mA à quatre cellules 1,25 V (type C) connectées en série, bien qu'il puisse simplement être modifié pour diverses autres valeurs de charge.

Dans le circuit de chargeur NiCad discuté R1 et R2 fixent la tension de sortie à vide à environ 8V.

Le courant de sortie se déplace au moyen de R6 ou R7, et à mesure qu'il monte, le transistor Tr1 est graduellement mis en circuit.

Cela provoque le point Oui pour augmenter, enclencher le transistor Tr2 et permettre au point Z de devenir moins positif.

Le procédé diminue par conséquent la tension de sortie et a tendance à faire baisser le courant. Un niveau d'équilibre est finalement atteint qui est déterminé par la valeur de R6 et R7.

La diode D5 inhibe la batterie en cours de charge, fournissant une alimentation à la sortie IC1 en cas de retrait du 12V, ce qui pourrait autrement causer de graves dommages au CI.

FS2 est incorporé pour protéger contre les dommages aux batteries qui sont en charge.

Le choix de R6 et R7 se fait par essais et erreurs, ce qui signifie que vous aurez besoin d'un ampèremètre ayant une plage appropriée, ou, si les valeurs R6 et R7 sont vraiment connues, alors la chute de tension à travers eux pourrait être calculée par la loi d'Ohm.

Chargeur Ni-Cd utilisant un seul ampli opérationnel

Ce circuit de chargeur Ni-Cd est conçu pour charger des batteries NiCad de taille AA standard. Un chargeur spécial est principalement recommandé pour les cellules NiCad car elles possèdent une résistance interne extrêmement faible, ce qui entraîne une augmentation du courant de charge même si la tension utilisée est légèrement supérieure.

Le chargeur doit donc inclure un circuit pour limiter le courant de charge à une limite correcte. Dans ce circuit, T1, D1, D2 et C1 fonctionnent comme un circuit d'abaissement, d'isolation, de redresseur pleine onde et de filtrage CC traditionnel. Les pièces supplémentaires offrent la réglementation actuelle.

IC1 est utilisé comme un comparateur avec un étage tampon séparé Q1 fournissant une fonctionnalité de courant de sortie suffisamment élevée dans cette conception. L'entrée non inverseuse de IC1 est alimentée par une tension de référence de 0,65 V: présentée via R1 et D3. L'entrée inverseuse est connectée à la terre via R2 dans les niveaux de courant de repos, ce qui permet à la sortie d'être complètement positive. Ayant une cellule NiCad attachée à travers la sortie, un courant élevé peut faire un effort via R2, provoquant le développement d'une quantité équivalente de tension à travers R2.

Il pourrait simplement augmenter à 0,6 V, néanmoins, une tension croissante à ce stade inverse les potentiels d'entrée des entrées IC1, provoquant une réduction de la tension de sortie et une baisse de la tension autour de R2 à 0,65 V.Le courant de sortie le plus élevé (et aussi le courant de charge reçu) est par conséquent le courant généré avec 0,65 V sur 10 ohms, ou 65 mA en termes simples.

La plupart des cellules AA NiCad possèdent un courant de charge optimal préféré ne dépassant pas 45 ou 50 mA, et pour cette catégorie R2 doit être augmenté à 13 ohms afin que vous puissiez avoir le courant de charge approprié.

Quelques variétés de chargeurs rapides peuvent fonctionner avec 150 mA, ce qui nécessite d'abaisser R2 à 4,3 ohms (3,3 ohms plus 1 ohms en série au cas où une pièce idéale ne pourrait pas être achetée).

De plus, T1 doit être amélioré en une variante avec un courant nominal de 250 mA., Et Q1 doit être installé à l'aide d'un minuscule dissipateur à ailettes boulonné. L'appareil peut facilement charger jusqu'à quatre cellules (6 cellules lorsque T1 est mis à niveau vers un type 12 V), et toutes doivent être connectées en série sur la sortie et non en parallèle.

Circuit de chargeur universel NiCad

La figure 1 présente le schéma de circuit complet du chargeur universel NiCad. Une source de courant est développée à l'aide des transistors T1, T2 et T3, qui offrent un courant de charge constant.

La source de courant devient active uniquement lorsque les cellules NiCad sont connectées dans le bon sens. ICI est positionné pour vérifier le réseau en vérifiant la polarité de la tension aux bornes de sortie. Si les cellules sont correctement fixées, la broche 2 de IC1 ne peut pas tourner aussi positive que la broche 3.

En conséquence, la sortie IC1 devient positive et alimente un courant de base vers T2, ce qui active la source de courant. La limite de source actuelle peut être fixée à l'aide de S1. Un courant de 50 mA, 180 mA et 400 mA peut être préréglé une fois que les valeurs de R6, R7 et RB sont déterminées. Mettre S1 au point 1 montre que les cellules NiCad peuvent être chargées, la position 2 est destinée aux cellules C et la position 3 est réservée aux cellules D.

Pièces diverses

TR1 = transformateur 2 x 12 V / 0,5 A
S1 = interrupteur à 3 positions
S2 = interrupteur 2 positions

La source actuelle fonctionne selon un principe très basique. Le circuit est câblé comme un réseau de rétroaction de courant. Imaginez que S1 soit en position 1 et que la sortie IC1 soit positive. T2 et 13 commencent maintenant à recevoir un courant de base et à démarrer la conduction. Le courant via ces transistors constitue une tension autour de R6, ce qui déclenche le fonctionnement de T1.

Un courant croissant autour de R6 signifie que T1 peut conduire avec une plus grande force, minimisant ainsi le courant d'attaque de base pour les transistors T2 et T3.

Le deuxième transistor peut à ce stade moins conducteur et la montée initiale de courant est limitée. Un courant raisonnablement constant au moyen de R3 et des cellules NiCad attachées est ainsi mis en œuvre.

Un couple de LED attachées à la source de courant indique l'état de fonctionnement du chargeur NiCad à tout instant. IC1 alimente une tension positive une fois que les cellules NiCad sont connectées de la bonne manière, éclairant la LED D8.

Si les cellules ne sont pas connectées avec une polarité correcte, le potentiel positif sur la broche 2 de IC1 sera supérieur à la broche 3, ce qui fera passer la sortie du comparateur d'ampli opérationnel à 0 V.

Dans cette situation, la source de courant restera éteinte et la LED D8 ne s'allumera pas. Une condition identique peut se produire si aucune cellule n'est connectée pour la charge. Cela peut se produire car la broche 2 possédera une tension accrue par rapport à la broche 3, en raison de la chute de tension à travers D10.

Le chargeur ne s'activera que lorsqu'une cellule comprenant un minimum de 1 V est jointe. La LED D9 indique que la source de courant fonctionne comme une source de courant.

Cela peut sembler assez étrange, mais un courant d'entrée généré par IC1 n'est tout simplement pas adéquat, le niveau de tension doit également être suffisamment élevé pour renforcer le courant.

Cela implique que l'alimentation doit toujours être supérieure à la tension aux bornes des cellules NiCad. Ce n'est que dans cette situation que la différence de potentiel sera suffisante pour que le retour de courant T1 se déclenche, allumant la LED D9.

Conception de PCB

Utilisation d'IC ​​7805

Le schéma de circuit ci-dessous montre un circuit de chargeur idéal pour une cellule ni-cad.

Cela emploie un 7805 régulateur IC pour fournir une constante 5V à travers une résistance, ce qui fait que le courant dépend de la valeur de la résistance, plutôt que du potentiel de la cellule.

La valeur de la résistance doit être ajustée en fonction du type qui est utilisé pour charger toute valeur entre 10 Ohm et 470 Ohm pourrait être utilisée en fonction de la puissance nominale de la cellule. En raison de la nature flottante de l'IC 7805 par rapport au potentiel de masse, cette conception pourrait être appliquée pour charger des cellules Nicad individuelles ou des séries de quelques cellules.

Chargement d'une cellule Ni-Cd à partir d'une alimentation 12 V

Le principe le plus fondamental pour un chargeur de batterie est que sa tension de charge doit être supérieure à la tension nominale de la batterie. Par exemple, une batterie 12 V doit être chargée à partir d'une source 14 V.

Dans ce circuit de chargeur 12V Ni-Cd, un doubleur de tension basé sur le populaire 555 IC est utilisé. Comme la sortie 3 de la puce est connectée en alternance entre la tension d'alimentation +12 V et la terre, le circuit intégré oscille.

C₃est chargé via D_deuxet D₃à presque 12 V lorsque la broche 3 est un niveau logique bas. La broche de moment 3 est logique haut, la tension de jonction de C₃et D₃augmente à 24 V en raison de la borne négative de C₃qui est branché à +12 V, et le condensateur lui-même détient une charge de la même valeur. Ensuite, la diode D₃devient polarisé en inverse, mais D₄conduit juste assez pour C₄pour se recharger à plus de 20 V. C'est une tension plus que suffisante pour notre circuit.

Le 78L05 dans l'IC_deuxpositions agit comme un fournisseur de courant qui parvient à maintenir sa tension de sortie, U_n, d'apparaître à travers R₃à 5 V. Le courant de sortie, I_n, peut être simplement calculé à partir de l'équation:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Les propriétés du 78L05 incluent le tirage du courant lui-même car la borne centrale (généralement mise à la terre) donne la nôtre autour de 3 mA.

Le courant de charge total est d'environ 10 mA et c'est une bonne valeur pour charger constamment des batteries NiCd. Pour afficher que le courant de charge circule, une LED est incluse dans le circuit.

Graphique de courant de charge

La figure 2 illustre les propriétés du courant de charge par rapport à la tension de la batterie. Il est bien évident que le circuit n'est pas entièrement parfait car la batterie 12 V sera chargée avec un courant ne mesurant qu'environ 5 mA. Quelques raisons à cela:

• La tension de sortie du circuit semble chuter avec l’augmentation du courant.
• La chute de tension aux bornes du 78L05 est d'environ 5 V. Mais, 2,5 V supplémentaires doivent être inclus pour garantir que le circuit intégré fonctionne avec précision.
• À travers la LED, il y a très probablement une chute de tension de 1,5 V.

Compte tenu de tout ce qui précède, une batterie NiCd 12 V d'une capacité nominale de 500 mAh peut être chargée sans interruption en utilisant un courant de 5 mA. Au total, ce n'est que 1% de sa capacité.