Rangkaian Pengisi Daya Baterai Ni-Cd Sederhana Dijelajahi

Postingan ini membahas rangkaian charger NiCd sederhana dengan proteksi overcharge otomatis dan pengisian arus konstan.

Untuk pengisian daya sel Nikel-Kadmium dengan benar, sangat disarankan agar proses pengisian dihentikan atau dihentikan segera setelah mencapai tingkat pengisian penuh. Tidak mengikuti ini dapat berdampak buruk pada masa kerja sel, sehingga mengurangi efisiensi pencadangannya secara signifikan.

Rangkaian pengisi daya Ni-Cad sederhana yang disajikan di bawah ini secara efektif menangani kriteria pengisian daya yang berlebihan dengan menyertakan fasilitas seperti pengisian arus konstan serta memutus pasokan ketika terminal sel mencapai nilai muatan penuh.

Fitur dan Keunggulan Utama

• Pemotongan otomatis pada level pengisian penuh
• Arus konstan selama pengisian.
• Indikasi LED untuk pemutusan muatan penuh.
• Memungkinkan pengguna menambahkan lebih banyak tahapan untuk mengisi daya hingga 10 sel NiCd secara bersamaan.

Diagram Sirkuit

Bagaimana itu bekerja

Konfigurasi sederhana yang dirinci di sini dirancang untuk mengisi daya satu sel 'AA' 500 mAh dengan tingkat pengisian yang disarankan mendekati 50 mA, namun dapat dengan mudah disesuaikan dengan murah untuk mengisi beberapa sel bersama-sama dengan mengulangi area yang ditunjukkan dalam garis putus-putus.

Tegangan suplai untuk rangkaian diperoleh dari trafo, penyearah jembatan dan regulator IC 5 V.

Sel diisi dengan transistor T1 yang dikonfigurasi seperti sumber arus konstan.

T1 di sisi lain dikendalikan oleh komparator tegangan menggunakan pemicu Schmitt TTL N1. Selama waktu sel mengisi tegangan terminal sel ditahan pada sekitar 1,25 V.

Level ini tampaknya lebih rendah dari ambang pemicu positif N1, yang membuat output N1 tetap tinggi, dan output N2 menjadi rendah, memungkinkan T1 untuk mendapatkan tegangan bias basis melalui pembagi potensial R4 / R5.

Selama sel Ni-Cd terisi daya, LED D1 tetap menyala. Segera setelah sel mendekati status pengisian penuh, tegangan terminalnya naik menjadi sekitar 1,45 V. Karenanya, ambang pemicu positif N1 naik menyebabkan output N2 menjadi tinggi.

Situasi ini langsung mematikan T1. Sel sekarang berhenti mengisi daya dan LED D1 juga mati.

Karena batas aktivasi positif N1 adalah sekitar 1,7 V dan dikendalikan oleh toleransi tertentu, R3 dan P1 digabungkan untuk mengubahnya menjadi 1,45 V.Batas pemicu negatif dari pemicu Schmitt adalah sekitar 0,9 V, yang kebetulan lebih rendah dari tegangan terminal bahkan sel yang benar-benar habis.

Ini menyiratkan bahwa menghubungkan sel yang dibuang di sirkuit tidak akan pernah memicu pengisian untuk memulai secara otomatis. Untuk alasan ini tombol start S1 disertakan yang, ketika ditekan, input NI rendah.

Untuk mengisi lebih banyak sel, bagian sirkuit yang ditunjukkan dalam kotak bertitik dapat diulangi secara terpisah, satu untuk setiap baterai.

Ini memastikan bahwa, terlepas dari tingkat pelepasan sel, masing-masing sel dibebankan secara individual ke tingkat yang benar.

Desain PCB dan Overlay Komponen

Dalam desain PCB di bawah ini, dua tahap digandakan untuk memungkinkan dua sel Nicad diisi secara bersamaan dari satu set papan.

Pengisi Daya Ni-Cad menggunakan Resistor

Pengisi daya sederhana ini dapat dibuat dengan bagian-bagian yang dapat dilihat di hampir semua wadah sampah konstruktor. Untuk masa pakai optimal (jumlah siklus pengisian), baterai Ni-Cad harus diisi dengan arus yang relatif konstan.

Hal ini sering dilakukan dengan lebih mudah dengan mengisi melalui resistor dari tegangan suplai berkali-kali lebih tinggi daripada tegangan baterai. Perubahan tegangan baterai karena pengisian daya kemungkinan besar akan berdampak minimal pada arus pengisian daya. Rangkaian yang diusulkan hanya terdiri dari transformator, penyearah dioda, dan resistor seri seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar grafis terkait memfasilitasi nilai resistor seri yang diperlukan untuk ditentukan.

Garis horizontal ditarik melalui tegangan transformator pada sumbu vertikal hingga melewati garis tegangan baterai yang ditentukan. Kemudian, garis ditarik secara vertikal ke bawah dari titik ini untuk memenuhi sumbu horizontal yang selanjutnya memberi kita nilai resistor yang diperlukan dalam ohm.

Misalnya, garis putus-putus menunjukkan bahwa jika tegangan transformator 18 V dan baterai Ni-Cd yang akan diisi adalah 6 V, maka nilai resistansi akan menjadi sekitar 36 ohm untuk kontrol arus yang dimaksudkan.

Resistansi yang ditunjukkan ini dihitung untuk menghasilkan 120 mA, sedangkan untuk beberapa laju arus pengisian lainnya, nilai resistor perlu dikurangi dengan tepat, mis. 18 ohm untuk 240 mA, 72 ohm untuk 60 mA dll. D1.

Rangkaian Charger NiCad menggunakan Auto Current Control

Baterai nikel-kadmium umumnya membutuhkan pengisian arus yang konstan. Rangkaian pengisi daya NiCad yang ditampilkan di bawah ini dikembangkan untuk memasok 50mA ke empat sel 1,25V (tipe AA), atau 250mA ke empat sel 1,25V (tipe C) yang dihubungkan secara seri, meskipun itu dapat dengan mudah dimodifikasi untuk berbagai nilai pengisian lainnya.

Dalam rangkaian pengisi daya NiCad yang dibahas R1 dan R2 memperbaiki tegangan output off-load menjadi sekitar 8V.

Arus keluaran berjalan melalui R6 atau R7, dan saat naik transistor Tr1 secara bertahap dinyalakan.

Ini menyebabkan titik Y untuk meningkatkan, menyalakan transistor Tr2 dan mengaktifkan titik Z menjadi kurang positif.

Proses tersebut akibatnya menurunkan tegangan keluaran dan memiliki kecenderungan untuk menurunkan arus. Tingkat keseimbangan akhirnya tercapai yang ditentukan oleh nilai R6 dan R7.

Diode D5 menghambat baterai yang sedang diisi, menyediakan pasokan ke output IC1 jika 12V dilepas, yang jika tidak dapat menyebabkan kerusakan serius pada IC.

FS2 digabungkan untuk melindungi dari kerusakan pada baterai yang sedang diisi.

Pilihan R6 dan R7 dilakukan melalui beberapa trial and error, yang berarti Anda akan membutuhkan amperemeter yang memiliki kisaran yang sesuai, atau, jika nilai R6 dan R7 benar-benar diketahui, maka penurunan tegangan yang melewatinya dapat dihitung melalui Hukum Ohm.

Charger Ni-Cd menggunakan Single Op Amp

Rangkaian charger Ni-Cd ini dirancang untuk mengisi baterai NiCad ukuran AA standar. Pengisi daya khusus sebagian besar direkomendasikan untuk sel NiCad karena memiliki resistansi internal yang sangat rendah, yang menghasilkan peningkatan arus pengisian meskipun tegangan yang digunakan sedikit lebih tinggi.

Oleh karena itu, pengisi daya harus menyertakan sirkuit untuk membatasi arus muatan ke batas yang benar. Di sirkuit ini, T1, D1, D2, dan C1 bekerja seperti sirkuit step-down tradisional, isolasi, penyearah gelombang penuh, dan penyaringan DC. Bagian tambahan menawarkan peraturan saat ini.

IC1 digunakan seperti pembanding dengan tahap penyangga Q1 terpisah yang menyediakan fungsionalitas arus keluaran yang cukup tinggi dalam desain ini. Input non-pembalik IC1 disuplai dengan tegangan referensi 0,65 V: yang disajikan melalui R1 dan D3. Input pembalik terhubung ke ground melalui R2 dalam level arus diam, memungkinkan output menjadi positif sepenuhnya. Memiliki sel NiCad yang terpasang di keluaran, arus tinggi dapat berusaha melalui R2, menyebabkan jumlah tegangan yang setara berkembang melintasi R2.

Ini mungkin hanya meningkat menjadi 0,6V, namun, peningkatan tegangan pada titik ini membalikkan potensi input dari input IC1, menyebabkan tegangan output berkurang, dan menurunkan tegangan sekitar R2 kembali 0,65 V. Arus keluaran tertinggi (dan juga Arus muatan yang diterima) adalah sebagai hasil arus yang dihasilkan dengan 0,65 V melintasi 10 ohm, atau 65 mA sederhananya.

Sebagian besar sel AA NiCad memiliki arus pengisian optimal yang disukai tidak lebih dari 45 atau 50 mA, dan untuk kategori ini R2 harus dinaikkan menjadi 13 ohm sehingga Anda dapat memiliki arus pengisian yang sesuai.

Beberapa jenis pengisi daya cepat dapat bekerja dengan 150 mA, dan ini menuntut penurunan R2 menjadi 4,3 ohm (seri 3,3 ohm ditambah 1 ohm jika bagian yang ideal tidak dapat diperoleh).

Selanjutnya, T1 perlu ditingkatkan ke varian dengan peringkat arus 250 mA., Dan Q1 harus dipasang menggunakan heatsink bersirip kecil yang dipasang dengan baut. Perangkat dapat dengan mudah mengisi hingga empat sel (6 sel saat T1 ditingkatkan ke tipe 12 V), dan semua ini harus dipasang secara seri di atas keluaran, dan tidak secara paralel.

Sirkuit Charger NiCad Universal

Gambar 1 menunjukkan diagram sirkuit lengkap dari pengisi daya NiCad universal. Sumber arus dikembangkan menggunakan transistor T1, T2 dan T3, yang menawarkan arus pengisian konstan.

Sumber arus menjadi aktif hanya jika sel NiCad dipasang dengan cara yang benar. ICI diposisikan untuk memeriksa jaringan dengan memverifikasi polaritas tegangan di terminal keluaran. Jika sel dipasang dengan benar, pin 2 dari IC1 tidak dapat berputar sebagai positif seperti pada pin 3.

Akibatnya keluaran IC1 menjadi positif dan sumber arus basis ke T2, yang menyalakan sumber arus. Batas sumber arus dapat diperbaiki menggunakan S1. Arus 50 mA, 180 mA dan 400 mA dapat diatur setelah nilai R6, R7 dan RB ditentukan. Menempatkan S1 pada poin 1 menunjukkan bahwa sel NiCad dapat diisi, posisi 2 ditujukan untuk sel C dan posisi 3 dicadangkan untuk sel D.

Bagian Miscellaneous

TR1 = trafo 2 x 12 V / 0,5 A.
S1 = 3 saklar posisi
S2 = 2 saklar posisi

Sumber arus bekerja dengan menggunakan prinsip yang sangat dasar. Rangkaian kabel seperti jaringan umpan balik arus. Bayangkan S1 berada di posisi 1 dan keluaran IC1 positif. T2 dan 13 sekarang mulai mendapatkan arus basis dan memulai konduksi. Arus melalui transistor ini membentuk tegangan sekitar R6, yang memicu T1 ke dalam operasi.

Arus yang meningkat di sekitar R6 menandakan bahwa T1 dapat berjalan dengan kekuatan yang lebih besar sehingga meminimalkan arus penggerak dasar untuk transistor T2 dan T3.

Transistor kedua pada titik ini dapat bekerja lebih sedikit dan kenaikan arus awal dibatasi. Arus yang cukup konstan melalui R3 dan sel NiCad yang terpasang dapat diimplementasikan.

Beberapa LED yang terpasang ke sumber saat ini menunjukkan status operasional pengisi daya NiCad setiap saat. IC1 memberikan tegangan positif setelah sel NiCad dihubungkan dengan cara yang benar menerangi LED D8.

Jika sel tidak terhubung dengan polaritas yang benar maka potensial positif pada pin 2 IC1 akan lebih tinggi dari pada pin 3 sehingga menyebabkan keluaran komparator op amp menjadi 0 V.

Dalam situasi ini, sumber arus akan tetap mati dan LED D8 tidak menyala. Kondisi yang sama dapat terjadi jika tidak ada sel yang terhubung untuk pengisian daya. Hal ini mungkin terjadi karena pin 2 akan mengalami peningkatan tegangan dibandingkan dengan pin 3, karena penurunan tegangan pada D10.

Pengisi daya hanya akan aktif jika sel yang terdiri dari minimal 1 V digabungkan. LED D9 menunjukkan bahwa sumber arus beroperasi seperti sumber arus.

Ini mungkin tampak sangat aneh, namun arus input yang dihasilkan oleh IC1 tidak memadai, level tegangan juga harus cukup besar untuk memperkuat arus.

Ini menyiratkan bahwa suplai harus selalu lebih besar dari tegangan di seluruh sel NiCad. Hanya dalam situasi ini perbedaan potensial akan cukup untuk umpan balik T1 saat ini untuk bekerja, menerangi LED D9.

Desain PCB

Menggunakan IC 7805

Diagram sirkuit di bawah ini menunjukkan sirkuit pengisi daya yang ideal untuk sel ni-cad.

Ini mempekerjakan a IC regulator 7805 untuk mengirimkan 5V konstan melintasi resistor, yang menyebabkan arus bergantung pada nilai resistor, bukan pada potensial sel.

Nilai resistor harus disesuaikan dengan jenis yang digunakan untuk pengisian nilai apa pun antara 10 Ohm hingga 470 Ohm dapat digunakan tergantung pada peringkat mAh sel. Karena sifat mengambang dari IC 7805 sehubungan dengan potensi tanah, desain ini dapat diterapkan untuk mengisi daya sel Nicad individu atau rangkaian beberapa sel.

Mengisi Sel Ni-Cd dari Pasokan 12V

Prinsip paling mendasar untuk pengisi daya baterai adalah tegangan pengisiannya harus lebih dari tegangan baterai nominal. Misalnya, baterai 12 V harus diisi dari sumber 14 V.

Dalam rangkaian pengisi daya 12V Ni-Cd ini, pengganda tegangan berdasarkan IC 555 yang populer digunakan. Karena output 3 dari chip dihubungkan secara bergantian antara tegangan suplai +12 V dan bumi, IC berosilasi.

C₃dibebankan melalui D_duadan D₃menjadi hampir 12 V ketika pin 3 adalah logika rendah. Pin momen 3 adalah logika tinggi, tegangan persimpangan C₃dan D₃meningkat menjadi 24 V karena terminal negatif C₃yang dipasang pada +12 V, dan kapasitor itu sendiri memiliki muatan dengan nilai yang sama. Kemudian, dioda D₃menjadi bias terbalik, tetapi D₄melakukan cukup untuk C₄untuk mendapatkan daya lebih dari 20 V. Ini lebih dari cukup tegangan untuk rangkaian kami.

78L05 di IC_duaposisi bertindak sebagai pemasok arus yang kebetulan menahan tegangan keluarannya, U_n, dari tampil di seberang R₃pada 5 V. Arus keluaran, I_n, dapat dihitung dari persamaan:

Iη = Uη / R3 = 5/680 = 7,4 mA

Properti 78L05 termasuk menggambar arus itu sendiri sebagai terminal pusat (biasanya dibumikan) memberi kita sekitar 3 mA.

Arus beban total adalah sekitar 10 mA dan itu adalah nilai yang baik untuk pengisian baterai NiCd secara konstan. Untuk menampilkan bahwa arus pengisian sedang mengalir, sebuah LED disertakan dalam rangkaian.

Mengisi Grafik Saat Ini

Gambar 2 menggambarkan sifat arus pengisian terhadap tegangan baterai. Ternyata rangkaian tersebut tidak sepenuhnya sempurna karena baterai 12 V akan diisi dengan arus yang hanya berukuran sekitar 5 mA. Beberapa alasan untuk ini:

• Tegangan keluaran rangkaian tampaknya turun dengan meningkatnya arus.
• Penurunan tegangan pada 78L05 adalah sekitar 5 V. Tetapi, tambahan 2,5 V harus disertakan untuk memastikan IC beroperasi dengan tepat.
• Di seberang LED, kemungkinan besar ada penurunan tegangan 1,5 V.

Mempertimbangkan semua hal di atas, baterai NiCd 12 V dengan kapasitas terukur 500 mAh dapat diisi tanpa gangguan menggunakan arus 5 mA. Totalnya hanya 1% dari kapasitasnya.