Эл схемы импульсных зарядных устройств для начинающих: Мощное импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

Содержание

ИМПУЛЬСНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

   Сейчас большой популярностью среди радио и автолюбителей пользуются зарядки не постоянным, а импульсным (пульсирующим) током. Современные импульсные зарядные устройства представляют из себя довольно сложные для повторения схемы, и повторить их нелегко, но так как принцип действия таких ЗУ в общем то простой, можно добиться того-же эффекта без усложнения схемы. Мной была разработана схема такого импульсного ЗУ, всего на одной микросхеме 155ЛА3 и двух мощных биполярных транзисторах. Почему использована именно 155-я серия? Потому, что выходной ток у микросхем 155 больше, чем у всех остальных для того, чтобы открылись транзисторы и мощности у нее хватит на продолжительную работу. Стабилизатор крен нужен только для питания микросхемы. Схема импульсного зарядного устройства показана на рисунке, для просмотра в лучшем качестве скачайте файл spl.

   На счет регулировки заряда по току. Здесь поставлен переменный резистор 2,2 К с помощью которого регулируется скважность, т. е. период заряда-разряда. По поводу резисторов 1,2 и 12 Ом. Аккумулятор должен больше заряжаться чем разряжаться. А они как раз и отвечают за за токоограничение. Схема проектировалась для кислотных аккумов емкостью от 4 до 65 А\ч. Для зарядного устройства можно использовать любое питание от 20 до 40 вольт, только фильтрованное. Трансформатор питания ставим любой на напряжение 20-30 В 3 А, плюс диодный мост и конденсатор 2000 мкф 50 В. Мне попался халявный блок питания на 24 В — его и приспособил.

   Ток зарядки может быть любым (тем более, что импульс очень короткий), а вот напряжение контролируется триггером Шмидта с зоной нечувствительности. Поэтому, как только напряжение достигнет величин стабилитронов, он сработает и остановит генератор.

   Конденсатор С4 сглаживает броски напряжения с ключей, поэтому и сбоила схема сначала. Здесь нет ничего из аналогового регулирования. Кстати С4 лучше поставить 1000 мкф, а R7 82-100 Ом. Будет увереннее отсечка при достижении заряда. 

   Собрал, устройство работает, схема завелась сразу. Два года назад убитый аккумулятор стал подавать признаки жизни. В процессе экспериментов намеренно переделал генератор. Теперь регулируем частотой, а не сважностью. Кто не захочет, впаяйте диод. Поставил емкости для формирования импульсов, чтоб избавиться от сквозного тока (много предохранителей сожжено). Использовал один элемент в качестве отсечки зарядки по напряжению на аккуме. В общем, жду отзывов. Автор схемы: Romans68

   Форум по зарядным устройствам

Обзор схем зарядных устройств

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных
батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную
работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей
производят током, значение которого можно определить по формуле

I=0,1Q

где I — средний зарядный ток, А., а Q — паспортная
электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч.

Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по
эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное
протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в
течение длительного времени.

Классическая схема зарядного устройства для автомобильного
аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и
регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют
проволочные реостаты (см. Рис. 1) и транзисторные стабилизаторы
тока.

В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная
тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и
увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать
магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной
(сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных
сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная
схема такого устройства приведена на рис.
2.

В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется
лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе,
поэтому нагрев устройства незначителен.

Недостатком схемы на Рис. 2 является необходимость
обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора
раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки (~ 18÷20В).

Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку
12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток
зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А, приведена
на Рис. 3.

Предусмотрена возможность автоматического выключения
устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится
кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в
ней.

Выключателями Q1 — Q4 можно подключать различные
комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки.

Переменным резистором R4 устанавливают порог
срабатывания реле К2, которое должно срабатывать при
напряжении на зажимах аккумулятора, равном напряжению полностью
заряженной батареи.

На Рис. 4 представлена схема еще одного зарядного устройства, в
котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального
значения.

Изменение тока в нагрузке достигается регулированием
угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на
однопереходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется
положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда
аккумулятора 10А , устанавливается амперметром. Защита устройства обеспечена со стороны сети и
нагрузки предохранителями F1 и F2.

Вариант печатной платы зарядного устройства (см. рис. 4),
размером 60х75 мм приведен на следующем рисунке:

В схеме на рис. 4 вторичная обмотка трансформатора
должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и
соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое
больше мощности, потребляемой аккумулятором.

Названное обстоятельство является существенным
недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором
(тиристором).

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и
тиристор VS1 необходимо установить на радиаторы.

Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а
следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, если регулирующий элемент перенести из цепи
вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. Схема такого устройства показана на рис.
5.

В схеме на Рис. 5 регулирующий узел аналогичен
примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1
включен в диагональ выпрямительного моста VD1 — VD4. Поскольку ток
первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока
заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно
небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на
радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной
обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой
зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока
(что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К
недостатку этого зарядного устройства следует отнести
гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что
необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения
(например, использовать переменный резистор с пластмассовой
осью).

Вариант печатной платы зарядного устройства на
рисенке 5, размером 60х75 мм приведен на рисунке ниже:

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD5-VD8
необходимо установить на радиаторы.

В зарядном устройстве на рисунке 5 диодный мостик
VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3
типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых
стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта
(КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 однопереходной, типа
КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с
рабочим током не менее 10 ампер (Д242÷Д247 и др.).
Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а
если радиаторы будут сильно нагреваться, в корпус
зарядного устройства можно установить вентилятор для обдува.

Схема импульсного стабилизатора для зарядки телефона

Схема импульсного стабилизатора ненамного сложнее трансформаторного, но она более сложная в настройке. Поэтому недостаточно опытным радиолюбителям, не знающим правил работы с высоким напряжением (в частности, никогда не работать в одиночку и никогда не настраивать включенное устройство двумя руками — только одной!), не рекомендую повторять эту схему.

Принципиальная схема

На рис. 1. представлена электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения для зарядки сотовых телефонов (зарядное йстройство для телефона).

 

 

Рис. 1. Электрическая схема импульсного стабилизатора напряжения для зарядки сотовых телефонов.

Схема представляет собой блокинг-генератор, реализованный на транзисторе VT1 и трансформаторе Т1. Диодный мост VD1 выпрямляет переменное сетевое напряжение, резистор R1 ограничивает импульс тока при включении, а также выполняет функцию предохранителя. Конденсатор С1 необязателен, но благодаря ему блокинг-генератор работает более стабильно, а нагрев транзистора VT1 чуть меньше (чем без С1).

При включении питания транзистор VT1 слегка приоткрывается через резистор R2, и через обмотку I трансформатора Т1 начинает течь небольшой ток. Благодаря индуктивной связи, через остальные обмотки также начинает протекать ток.

На верхнем (по схеме) выводе обмотки II положительное напряжение небольшой величины, оно через разряженный конденсатор С2 приоткрывает транзистор еще сильней, ток в обмотках трансформатора нарастает, и в итоге транзистор открывается полностью, до состояния насыщения.

Через некоторое время ток в обмотках перестает нарастать и начинает снижаться (транзистор VT1 все это время полностью открыт). Уменьшается напряжение на обмотке II, и через конденсатор С2 уменьшается напряжение на базе транзистора VT1.

Он начинает закрываться, амплитуда напряжения в обмотках уменьшается еще сильней и меняет полярность на отрицательную. Затем транзистор полностью закрывается. Напряжение на его коллекторе увеличивается и становится в несколько раз больше напряжения питания (индуктивный выброс), однако благодаря цепочке R5, С5, VD4 оно ограничивается на безопасном уровне 400…450 В.

Благодаря элементам R5, С5 генерация нейтрализуется не полностью, и через некоторое время полярность напряжения в обмотках снова меняется (по принципу действия типичного колебательного контура). Транзистор снова начинает открываться. Так продолжается до бесконечности в цикличном режиме.

На остальных элементах высоковольтной части схемы собраны регулятор напряжения и узел защиты транзистора VT1 от перегрузок по току. Резистор R4 в рассматриваемой схеме выполняет роль датчика тока. Как только падение напряжения на нем превысит 1…1,5 В, транзистор ѴТ2 откроется и замкнет на общий провод базу транзистора VT1 (принудительно закроет его). Конденсатор C3 ускоряет реакцию ѴТ2. Диод VD3 необходим для нормальной работы стабилизатора напряжения.

Стабилизатор напряжения собран на одной микросхеме— регулируемом стабилитроне DA1.

Для гальванической развязки выходного напряжения от сетевого используется оптрон ѴО1. Рабочее напряжение для транзисторной части оптрона берется от обмотки II трансформатора Т1 и сглаживается конденсатором С4.

Как только напряжение на выходе устройства станет больше номинального, через стабилитрон DA1 начнет течь ток, светодиод оптрона загорится, сопротивление коллектор-эмиттер фототранзистора ѴО1. 2 уменьшится, транзистор ѴТ2 приоткроется и уменьшит амплитуду напряжения на базе VT1.

Он будет слабее открываться, и напряжение на обмотках трансформатора уменьшится. Если же выходное напряжение, наоборот, станет меньше номинального, то фототранзистор будет полностью закрыт и транзистор VT1 будет «раскачиваться» в полную силу. Для защиты стабилитрона и светодиода от перегрузок по току, последовательно с ними желательно включить резистор сопротивлением 100…330 Ом.

Налаживание

Первый этап, первый раз включать устройство в сеть рекомендуется через лампу 25 Вт, 220 В, и без конденсатора С1. Движок резистора R6 устанавливают в нижнее (по схеме) положение. Устройство включают и сразу отключают, после чего как можно быстрей измеряют напряжения на конденсаторах С4 и С6.

Если на них есть небольшое напряжение (согласно полярности!), значит, генератор запустился, если нет— генератор не работает, требуется поиск ошибки на плате и монтаже. Кроме того, желательно проверить транзистор VT1 и резисторы R1, R4.

Если все правильно и ошибок нет, но генератор не запускается, меняют местами выводы обмотки II (или I, только не обоих сразу!) и снова проверяют работоспособность.

Второй этап: включают устройство и контролируют пальцем (только не за металлическую площадку для теплоотвода) нагрев транзистора VT1, он не должен нагреваться, лампочка 25 Вт не должна светиться (падение напряжения на ней не должно превышать пары Вольт).

Подключают к выходу устройства какую-нибудь маленькую низковольтную лампу, например, рассчитанную на напряжение 13,5 В. Если она не светится, меняют местами выводы обмотки III.

И в самом конце, если все нормально работает, проверяют работоспособность регулятора напряжения, вращая движок подстроечного резистора R6. После этого можно впаивать конденсатор С1 и включать устройство без лампы-токоограничителя.

Минимальное выходное напряжение составляет около 3 В (минимальное падение напряжения на выводах DA1 превышает 1,25 В, на выводах светодиода— 1,5 В).

Если нужно меньшее напряжение, заменяют стабилитрон DA1 резистором сопротивлением 100…680 0м. Следующим шагом настройки требуется установка на выходе устройства напряжения 3,9…4,0 В (для литиевого аккумулятора). Данное устройство заряжает аккумулятор экспоненциально уменьшающимся током (от примерно 0,5 А в начале заряда до нуля в конце (для литиевого аккумулятора емкостью около 1 А/ч это допустимо)). За пару часов режима зарядки аккумулятор набирает до 80 % своей емкости.

Детали и конструкция

Особый элемент конструкции — трансформатор.

Трансформатор в этой схеме можно использовать только с разрезным ферритовым сердечником. Рабочая частота преобразователя довольно велика, поэтому для трансформаторного железа нужен только феррит. А сам преобразователь — однотактный, с постоянным подмагничиванием, поэтому сердечник должен быть разрезным, с диэлектрическим зазором (между его половинками прокладывают один-два слоя тонкой трансформаторной бумаги).

Лучше всего взять трансформатор от ненужного или неисправного аналогичного устройства. В крайнем случае его можно намотать самому: сечение сердечника 3…5 мм2, обмотка I— 450 витков проводом диаметром 0,1 мм, обмотка II— 20 витков тем же проводом, обмотка III— 15 витков проводом диаметром 0,6…0, 8 мм (для выходного напряжения 4…5 В). При намотке требуется строгое соблюдение направления намотки, иначе устройство будет плохо работать, или не заработает совсем (придется прикладывать усилия при налаживании — см. выше). Начало каждой обмотки (на схеме) вверху.

Транзистор VT1 — любой мощностью 1 Вт и больше, током коллектора не менее 0,1 А, напряжением не менее 400 В. Коэффициент усиления по току h31э должен быть больше 30. Идеально подходят транзисторы MJE13003, KSE13003 и все остальные типа 13003 любой фирмы. В крайнем случае, применяют отечественные транзисторы КТ940, КТ969.

К сожалению, эти транзисторы рассчитаны на предельное напряжение 300 В, и при малейшем повышении сетевого напряжения выше 220 В они будут пробиваться. Кроме того, они боятся перегрева, т. е. требуется их установка на теплоотвод. Для транзисторов KSE13003 и MJE13003 теплоотвод не нужен (в большинстве случаев цоколевка — как у отечественных транзисторов КТ817).

Транзистор ѴТ2 может быть любым маломощным кремниевым, напряжение на нем не должно превышать 3 В; это же относится и к диодам VD2, VD3. Конденсатор С5 и диод VD4 должны быть рассчитаны на напряжение 400…600 В, диод VD5 должен быть рассчитан на максимальный ток нагрузки.

Диодный мост VD1 должен быть рассчитан на ток 1 А, хотя потребляемый схемой ток не превышает сотни миллиампер — потому что при включении происходит довольно мощный бросок тока, а увеличивать сопротивление резистора R1 для ограничения амплитуды этого броска нельзя — он будет сильно нагреваться.

Вместо моста VD1 можно поставить 4 диода типа 1N4004…4007 или КД221 с любым буквенным индексом. Стабилизатор DA1 и резистор R6 можно заменить на стабилитрон, напряжение на выходе схемы будет на 1,5 В больше напряжения стабилизации стабилитрона.

«Общий» провод показан на схеме только для упрощения графики, его нельзя заземлять и (или) соединять с корпусом устройства. Высоковольтная часть устройства должна быть хорошо изолирована.

Элементы устройства монтируют на плате из фольгированного стеклотекстолита в пластмассовый (диэлектрический) корпус, в котором просверливают два отверстия для индикаторных светодиодов. Хорошим вариантом (использованным автором) является оформление платы устройства в корпус от использованной батареи типа А3336 (без понижающего трансформатора).

Литература: Андрей Кашкаров — Электронные самоделки.

Схема импульсного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

На данный момент существует много схем зарядных устройств, в том числе и импульсных, которые позволяют зарядить аккумулятор автомобиля. Часть таких устройств, к сожалению, обладают существенными недостатками, выраженными в значительных габаритах, дороговизне комплектующих, сложности самостоятельной сборки или недостаточной выходной мощности. Представленная ниже схема не обладает такими минусами, но к тому же еще имеет следующие преимущества:

Все эти функции возможны в одном зарядном устройстве, которое вполне под силу собрать самостоятельно, тщательно подбирая компоненты и припаивая их на свои места. Схема импульсного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора:

Рис. 1. Схема импульсного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

На первый взгляд схема может показаться сложной, но на самом деле она будет достаточно компактной, при своей функциональности. Элементная база ЗУ широко распространена, и на большинство деталей вполне можно найти аналоги, как импортные, так и отечественные. Все номиналы подписаны на схеме. 

 

Краткий принцип работы и особенности сборки

Регулировка выходного тока выставляется в пределах 2,5А – 7А, чего вполне достаточно для зарядки большинства аккумуляторов. Резистором R14 подстраивается необходимый ток заряда конкретного аккумулятора исходя из расчета одной десятой части его емкости. В зависимости от выбранного режима, ток разряда АКБ будет составлять 2,5 Ампера, или 0,65 Ампер при выставлении режима десульфитация. Изменяя значения резисторов R35 и R36, можно изменять время разряда и заряда аккумулятора. R35 отвечает за заряд, а R36 – за разряд. В схеме установлено время заряда 17с, а разряда – 5с. Мощность, потребляемая устройством, составляет 30 Вт, при минимальном токе заряда и достигает 90 Вт при использовании максимального тока заряда. 

Теперь о режимах работы зарядного устройства. При выставлении кнопки SA2 в положение, которое указано на схеме устройства и при включенной кнопке SA1 происходит обычный заряд аккумулятора, с возможностью выбрать необходимый ток заряда. SA2, выставленная в режим десульфитации, позволяет перейти к цикличному заряду-разряду батарее, который продолжается до момента достижения напряжения аккумулятора 14,5 В. Кнопка SB1 задает режим разряда АКБ до указанного напряжения, а затем автоматически происходит заряд до 14,5В методом десуфитации. При достижении конечного напряжения, устройство прекращает заряд и отключается, что очень удобно, так как не требуется постоянно наблюдать за напряжением на клеммах аккумулятора. Для восстановления аккумулятора предусмотрен отдельный режим, который задается нажиманием кнопки SA3. Зарядка ведется непрерывно в этом случае, так что придется наблюдать самостоятельно за процессом.

В схему дополнительно можно подключить охлаждение при помощи вентилятора, что позволит значительно уменьшить радиаторы и обеспечить надежный теплоотвод. При этом, габариты конечного устройства уменьшаться, равно, как и вес прибора. Подключение производится согласно следующей схеме на рис. 2:

Рис. 2. Схема подключения

 

Трансформатор был намотан на основе взятого из отечественного телевизора УПИМЦТ. Все обмотки удаляются и мотаются новые. Первичная обмотка самодельного трансформатора мотается в два провода, вторичная тоже в два, а третья обмотка мотается в семь проводов. Все обмотки состоят из провода ПЭВ 2. Первичная обмотка из 91-го витка, а вторичная – из 4-ех витков. Диаметр провода – 0,5 мм. Для третьей обмотки использован провод диаметром 0,6 мм, количеством витков 9. Наматывать провод необходимо без перехлестов. За этим нужно следить внимательно, так как это не только трансформатор по схеме, но и дросселя. Изоляция между обмотками была осуществлена бумагой, но можно использовать несколько слоев скотча. Начала и концы обмоток помечаются отдельно, чтобы ничего не спутать. 

R26 – это шунт, состоящий из кусочка нихрома в диаметре 2 мм сопротивлением 0,1 Ом. В схеме предусмотрена индикация процесса заряда. Можно использовать отдельное устройство, в самостоятельном исполнении, приобретенное на радио-рынке или в магазине электронных компонентов. Можно использовать индикацию из старых магнитофонов, одна из которых под названием М4761. Предусмотрена схема самостоятельной сборки на рис. 3:

Рис. 3. Схема самостоятельной сборки

 

Разводку платы можно осуществить самостоятельно при помощи любой, предназначенной, для этого, программой. Можно использовать готовый вариант:

Рис. 4. Печатная плата устройства

 

Настройка несложная. Собрав ЗУ, потребуется выкрутить две лампочки HL1 и HL3. При подключенном аккумуляторе, регулируя R34, выставляется напряжение в 10,5 Вольт, до момента загорания лампочки HL2. Напряжение 14,2 Вольта достигается регулированием резистора R31, о чем сигнализирует выключение этой же лампочки. Выкрученные лампы следует включить обратно и можно пользоваться собранным своими руками импульсным зарядным устройством для автомобильных аккумуляторов.

Автор: RadioRadar

Зарядные устройства

Доброе время суток. Сегодня речь пойдет об ЗУ для АКБ. ( автоматическом зарядном устройстве для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей) После поездки по городу на своей машине, я поставил ее в гараж и забыл выключить подфарники, и только на третье сутки когда нужно было срочно  ехать по делам, я обратил внимание что аккумулятор полностью мертв. И тогда задумался об ЗУ, и тут наткнулся на данную схему. Первоисточник и автор схемы указан в низу статьи. 

В этой статье речь пойдет о том, как из компьютерного блока питания формата АТ/АТХ и самодельного блока управления изготовить довольно-таки «умное» зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. К ним относятся т.н. «УПС-овые», автомобильные и другие АКБ широкого применения.

Описание
Устройство предназначено для зарядки и тренировки (десульфатации) свинцово-кислотных АКБ ёмкостью от 7 до 100 Ач, а также для приблизительной оценки уровня их заряда и емкости. ЗУ имеет защиту от неправильного включения батареи (переполюсовки) и от короткого замыкания случайно брошенных клемм. В нём применено микроконтроллерное управление, благодаря чему осуществляются безопасные и оптимальные алгоритмы зарядки: IUoU или IUIoU, с последующей «добивкой» до 100%-го уровня зарядки. Параметры зарядки можно подстроить под конкретный аккумулятор (настраиваемые профили) или выбрать уже заложенные в управляющей программе. Конструктивно зарядное устройство состоит из блока питания АТ/АТХ, который нужно немного доработать и блока управления на МК ATmega16A.
Всё устройство свободно монтируется в корпусе того же блока питания. Система охлаждения (штатный кулер БП) включается/отключается автоматически.
Достоинства данного ЗУ — его относительная простота и отсутствие трудоёмких регулировок, что особенно актуально для начинающих радиолюбителей.

1. Режим зарядки — меню «Заряд». Для аккумуляторов емкостью от 7Ач до 12Ач по умолчанию задан алгоритм IUoU. Это значит:
— первый этап- зарядка стабильным током 0.1С до достижения напряжения14.6В
— второй этап-зарядка стабильным напряжением 14.6В, пока ток не упадет до 0,02С
— третий этап-поддержание стабильного напряжения 13.8В, пока ток не упадет до 0.01С. Здесь С — ёмкость батареи в Ач.
— четвёртый этап — «добивка». На этом этапе отслеживается напряжение на АКБ. Если оно падает ниже 12.7В, включается заряд с самого начала.
Для стартерных АКБ (от 45 Ач и выше) применяем алгоритм IUIoU. Вместо третьего этапа включается стабилизация тока на уровне 0.02C до достижения напряжения на АКБ 16В или по прошествии времени около 2-х часов. По окончанию этого этапа зарядка прекращается и начинается «добивка». Это — четвёртый этап. Процесс заряда проиллюстрирован графиками рис.1 и рис.2.

2. Режим тренировки (десульфатации) — меню «Тренировка». Здесь осуществляется тренировочный цикл: 
10 секунд — разряд током 0,01С, 5 секунд — заряд током 0.1С. Зарядно-разрядный цикл продолжается, пока напряжение на АКБ не поднимется до 14.6В. Далее — обычный заряд.

3. Режим теста батареи. Позволяет приблизительно оценить степень разряда АКБ. Батарея нагружается током 0,01С на 15 секунд, затем включается режим измерения напряжения на АКБ.

4. Контрольно-тренировочный цикл (КТЦ). Если предварительно подключить дополнительную нагрузку и включить режим «Заряд» или «Тренировка», то в этом случае, сначала будет выполнена разрядка АКБ до напряжения 10. 8В, а затем включится соответствующий выбранный режим. При этом измеряются ток и время разряда, таким образом, подсчитывается примерная емкость АКБ. Эти параметры отображаются на дисплее после окончания зарядки (когда появится надпись «Батарея заряжена») при нажатии на кнопку «выбор». В качестве дополнительной нагрузки можно применить автомобильную лампу накаливания. Ее мощность выбирается, исходя из требуемого тока разряда. Обычно его задают равным 0.1С — 0.05С (ток 10-ти или 20-ти часового разряда).
Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево», «вправо», «выбор». Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню.

Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля — П1 и П2. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM-е).
Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор», выбрать «установки», «параметры профиля», профиль П1 или П2. Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор». Стрелки «влево» или «вправо» сменятся на стрелки «вверх» или «вниз», что означает готовность параметра к изменению. Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM.

Значения настроек:

1. «Алгоритм заряда». Выбирается IUoU или IUIoU. См. графики на рис.1 и рис.2.
2. «Емкость АКБ». Задавая значение этого параметра, мы задаем ток зарядки на первом этапе I=0.1C, где С- емкость АКБ В Ач. (Таким образом, если нужно задать ток заряда, например 4.5А, следует выбрать емкость АКБ 45Ач).
3. «Напряжение U1». Это напряжение, при котором заканчивается первый этап зарядки и начинается второй. По умолчанию задано значение 14.6В.
4. «Напряжение U2». Используется только, если задан алгоритм IUIoU. Это напряжение, при котором заканчивается третий этап зарядки. По умолчанию — 16В.
5. «Ток 2-го этапа I2». Это значение тока, при котором заканчивается второй этап зарядки. Ток стабилизации на третьем этапе для алгоритма IUIoU. По умолчанию задано значение 0.2С.
6. «Окончание заряда I3». Это значение тока, по достижению которого зарядка считается оконченной. По умолчанию задано значение 0.01С.
7. «Ток разряда». Это значение тока, которым осуществляется разряд АКБ при тренировке зарядно-разрядными циклами.

Выбор и переделка блока питания.
В нашей конструкции мы используем блок питания от компьютера. Почему? Причин несколько. Во–первых, это — практически готовая силовая часть. Во-вторых, это же и корпус нашего будущего устройства. В-третьих, он имеет малые габариты и вес. И, в-четвёртых, его можно приобрести практически на любом радиорынке, барахолке и в компьютерных сервисных центрах. Как говорится, дёшево и сердито.
Из всего многообразия моделей блоков питания нам лучше всего подходит блок формата АТX, мощностью не менее 250 Вт. Нужно только учесть следующее. Подходят лишь те блоки питания, в которых применён ШИМ-контроллер TL494 или его аналоги (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4). Можно также применить и БП формата AT, только придется изготовить еще маломощный блок дежурного питания (дежурку) на напряжение 12В и ток 150-200мА. Разница между AT и ATX – в схеме начального запуска. АТ запускается самостоятельно, питание микросхемы ШИМ–контроллера берётся с 12-вольтовой обмотки трансформатора. В ATX для начального питания микросхемы служит отдельный источник 5В, называемый «источник дежурного питания» или «дежурка».

Итак, блок питания имеется. Сначала необходимо его проверить на исправность. Для этого его разбираем, вынимаем предохранитель и вместо него подпаиваем лампу накаливания 220 вольт мощностью 100-200Вт. Если на задней панели БП имеется переключатель сетевого напряжения, то он должен быть установлен на 220В. Включаем БП в сеть. Блок питания АТ запускается сразу, для ATX нужно замкнуть зелёный и чёрный провода на большом разъёме. Если лампочка не светится, кулер вращается, а все выходные напряжения в норме — значит, нам повезло и наш блок питания рабочий. В противном случае, придётся заняться его ремонтом. Оставляем лампочку пока на месте.

Для переделки БП в наше будущее зарядное устройство, нам потребуется немного изменить «обвязку» ШИМ-контроллера. Несмотря на огромное разнообразие схем блоков питания, схема включения TL494 стандартная и может иметь пару вариаций, в зависимости от того, как реализованы защиты по току и ограничения по напряжению. Схема переделки показана на рис.3. 

На ней показан только один канал выходного напряжения: +12В. Остальные каналы: +5В,-5В, +3,3В не используются. Их обязательно нужно отключить, перерезав соответствующие дорожки или выпаяв из их цепей элементы. Которые, кстати, нам могут и пригодиться для блока управления. Об этом — чуть позже.
Красным цветом обозначены элементы, которые устанавливаются дополнительно. Конденсатор С2 должен иметь рабочее напряжение не ниже 35В и устанавливается взамен существующего в БП. После того, как «обвязка» TL494 приведена к схеме на рис.3, включаем БП в сеть. Напряжение на выходе БП определяется по формуле: Uвых=2,5*(1+R3/R4) и при указанных на схеме номиналах должно составлять около 10В. Если это не так, придется проверить правильность монтажа. На этом переделка закончена, можно убирать лампочку и ставить на место предохранитель.

Схема и принцип работы.

Схема блока управления показана на рис.4.

Она довольно проста, так как все основные процессы выполняет микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа, в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4,C9,R7,C11. Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера — встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10R11, Зарядный и разрядный ток измеряются следующим образом. Падение напряжения с измерительного резистора R8 через делители R5R6R10R11 подается на усилительный каскад, который находится внутри МК и подключен к выводам PA2, PA3. Коэффициент его усиления устанавливается программно, в зависимости от измеряемого тока. Для токов меньше 1А коэффициент усиления (КУ) задается равным 200, для токов выше 1А КУ=10. Вся информация выводится на ЖКИ, подключенный к портам РВ1-РВ7 по четырёхпроводной шине.
Защита от переполюсовки выполнена на транзисторе Т1, сигнализация неправильного подключения — на элементах VD1,EP1 ,R13. При включении зарядного устройства в сеть транзистор Т1 закрыт низким уровнем с порта РС5, и АКБ отключена от зарядного устройства. Подключается она только при выборе в меню типа АКБ и режима работы ЗУ. Этим обеспечивается также отсутствие искрения при подключении батареи. При попытке подключить аккумулятор в неправильной полярности сработает зуммер ЕР1 и красный светодиод VD1, сигнализируя о возможной аварии. В процессе заряда постоянно контролируется зарядный ток. Если он станет равным нулю (сняли клеммы с АКБ), устройство автоматически переходит в главное меню, останавливая заряд и отключая батарею. Транзистор Т2 и резистор R12 образуют разрядную цепь, которая участвует в зарядно-разрядном цикле десульфатирующего заряда (режим тренировки) и в режиме теста АКБ. Ток разряда 0.01С задается с помощью ШИМ с порта PD5. Кулер автоматически выключается, когда ток заряда падает ниже 1,8А. Управляет кулером порт PD4 и транзистор VT1.

Детали и конструкция.

Микроконтроллер. В продаже обычно встречаются в корпусе DIP-40 или TQFP-44 и маркируются так: ATMega16А-PU или ATMega16A-AU. Буква после дефиса обозначает тип корпуса: «P»- корпус DIP, «A»- корпус TQFP. Встречаются также и снятые с производства микроконтроллеры ATMega16-16PU, ATMega16-16AU или ATMega16L-8AU. В них цифра после дефиса обозначает максимальную тактовую частоту контроллера. Фирма- производитель ATMEL рекомендует использовать контроллеры ATMega16A (именно с буквой «А») и в корпусе TQFP, то есть, вот такие: ATMega16A-AU, хотя в нашем устройстве будут работать все вышеперечисленные экземпляры, что и подтвердила практика. Типы корпусов отличаются также и количеством выводов (40 или 44) и их назначением. На рис.4 изображена принципиальная схема блока управления для МК в корпусе DIP.
Резистор R8 –керамический или проволочный, мощностью не менее 10 Вт, R12- 7-10Вт. Все остальные- 0.125Вт. Резисторы R5,R6,R10 и R11 нужно применять с допустимым отклонением 0.1-0.5%. Это очень важно! От этого будет зависеть точность измерений и, следовательно, правильная работа всего устройства.
Транзисторы T1 и Т2 желательно применять такие, как указаны на схеме. Но если придется подбирать замену, то необходимо учитывать, что они должны открываться напряжением на затворе 5В и, конечно же, должны выдерживать ток не ниже 10А. Подойдут, например, транзисторы с маркировкой 40N03GР, которые иногда используются в тех же БП формата АТХ, в цепи стабилизации 3.3В. 
Диод Шоттки D2 можно взять из того же БП, из цепи +5В, которая у нас не используется. Элементы D2, Т1 иТ2 через изолирующие прокладки от радиатора размещаются на одном радиаторе площадью 40 квадратных сантиметров. Зумер EP1- со встроенным генератором, на напряжение 8-12 В, громкость звучания можно подрегулировать резистором R13.
Жидкокристаллический индикатор – Wh2602 или аналогичный, на контроллере HD44780, KS0066 или совместимых с ними. К сожалению, эти индикаторы могут иметь разное расположение выводов, так что, возможно, придется разрабатывать печатную плату под свой экземпляр.

Программа
Управляющая программа содержится в папке «Программа» Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие:
Запрограммированы (установлены в 0 это значит там нужно поставить галочки):
CKSEL0
CKSEL1
CKSEL3
SPIEN
SUT0
BODEN
BODLEVEL
BOOTSZ0
BOOTSZ1

все остальные — незапрограммированы (установлены в 1).

Наладка.
Итак, блок питания переделан и выдает напряжение около 10В. При подключении к нему исправного блока управления с прошитым МК, напряжение должно упасть до 0.8..15В. Резистором R1 устанавливается контрастность индикатора. Наладка устройства заключается в проверке и калибровке измерительной части. Подключаем к клеммам аккумулятор, либо блок питания напряжением 12-15В и вольтметр. Заходим в меню «Калибровка». Сверяем показания напряжения на индикаторе с показаниями вольтметра, при необходимости, корректируем кнопками «<» и «>». Нажимаем «Выбор». Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками «<» и «>» нужно выставить нулевые показания тока. Нагрузка (аккумулятор) при этом автоматически отключается, так что ток заряда отсутствует. В идеальном случае там должны быть нули или очень близкие к нулю значения. Если это так, это говорит о точности резисторов R5,R6,R10,R11,R8 и хорошем качестве дифференциального усилителя. Нажимаем «Выбор». Аналогично — калибровка для КУ=200. «Выбор». На дисплее отобразится «Готово» и через 3 сек. устройство перейдет в главное меню.
Калибровка окончена. Поправочные коэффициенты хранятся в энергонезависимой памяти. Здесь стоит отметить, что если при самой первой калибровке значение напряжения на ЖКИ сильно отличается от показаний вольтметра, а токи при каком — либо КУ сильно отличаются от нуля, нужно применить (подобрать) другие резисторы делителя R5,R6,R10,R11,R8, иначе в работе устройства возможны сбои. При точных резисторах (с допуском 0,1-0,5%) поправочные коэффициенты равны нулю или минимальны. На этом наладка заканчивается. Если же напряжение или ток зарядного устройства на каком-то этапе не возрастает до положенного уровня или устройство «выскакивает» в меню, нужно ещё раз внимательно проверить правильность доработки блока питания. Возможно, срабатывает защита.

Весь материал одним архивом можно скачать здесь1.87 MB

А вот Фото что получилось у меня.

Вместо лампочки которая стоит в качестве нагрузки можно пременить не сложную схему электроной нагрузки которая отлично работает!

Автор данной разработки: Sergey212

 

Печатная плата в lay 

Обсудить на форуме.

Источник: http://electronics-lab.ru 

Электрическая схема зарядного устройства

Неуклонная тенденция развития портативной электроники практически ежедневно заставляет рядового пользователя сталкиваться с зарядкой аккумуляторов своих мобильных устройств. Будь вы владельцем мобильного телефона, планшета, ноутбука или даже автомобиля, так или иначе вам неоднократно придётся столкнуться с зарядкой аккумуляторов этих устройств. На сегодняшний день рынок выбора зарядных устройств настолько обширен и велик, что в этом многообразии довольно тяжело сделать грамотный и правильный выбор зарядного устройства, подходящего к типу используемого аккумулятора. К тому же, сегодня существуют более 20-и типов аккумуляторов с различным химическим составом и основой. Каждый из них имеет свою специфику работы заряда и разряда. В силу экономической выгоды современное производство в этой сфере сейчас сконцентрировано преимущественно на выпуске свинцово-кислотных (гелевых) (Pb), никель – металл — гидридных (NiMH), никель – кадмиевых (NiCd) аккумуляторов и аккумуляторов на основе лития – литий-ионных (Li-ion) и литий-полимерных (Li-polymer). Последние из указанных, кстати, активно используются в питании портативных мобильных устройств. Главным образом литиевые аккумуляторы заслужили популярность за счёт применения относительно недорогих химических компонентов, большого количества циклов перезаряда (до 1000), высокой удельной энергии, низкой степени саморазряда, а так же способности удерживать ёмкость при отрицательных значениях температуры.

Электрическая схема зарядного устройства литиевых аккумуляторов, применяемых в мобильных гаджетах сводится к обеспечению их в процессе заряда постоянным напряжением, превышающим на 10 – 15 % номинальное. К примеру, если для питания мобильного телефона используется литий-ионная батарея на 3,7 В., то для её заряда необходим стабилизированный источник питания достаточной мощности для поддержания напряжения заряда не выше 4,2В – 5В. Именно поэтому большинство портативных зарядных устройств, идущих в комплекте с устройством, выпускают на номинальное напряжение 5В, обусловленное максимальным напряжением питания процессора и заряда батареи с учётом встроенного стабилизатора.

Конечно, не стоит забывать и о контроллере заряда, который берёт на себя основной алгоритм заряда батареи, а так же опрос её состояния. Современные литиевые аккумуляторы, выпускаемые для мобильных устройств с малыми токами потребления, уже идут со встроенным контроллером. Контроллер выполняет функцию ограничения тока заряда в зависимости от текущей ёмкости аккумулятора, отключает подачу напряжения устройству в случае критического разряда батареи, защищает батарею в случае короткого замыкания нагрузки (литиевые батареи очень чувствительны к большому току нагрузки и имеют свойство сильно нагреваться и даже взрываться). С целью унификации и взаимозаменяемости литий-ионных аккумуляторов ещё в 1997 году компании Duracell и Intel разработали управляющую шину опроса состояния контроллера, его работы и заряда с названием SMBus. Под эту шину были написаны драйвера и протоколы. Современные контроллеры и сейчас используют основы алгоритма заряда, прописанные этим протоколом. В плане технической реализации существует множество микросхем, способных реализовать контроль заряда литиевых аккумуляторов. Среди них выделяется серия MCP738xx, MAX1555 от MAXIM, STBC08 или STC4054 с уже встроенным защитным n-канальным MOSFET транзистором, резистором определения тока заряда и диапазоном напряжения питания контроллера от 4,25 до 6,5 Вольт. При этом у последних микросхем от STMicroelectronics значение напряжения заряда аккумулятора 4,2 В. имеет разброс всего +/- 1%, а зарядный ток может достигать 800 мА, что позволит реализовать зарядку аккумуляторов ёмкостью до 5000 мА/ч.

Рассматривая алгоритм заряда литий-ионных аккумуляторов стоит сказать, что это один из немногих типов, предусматривающих паспортную возможность зарядки током до 1С (100% ёмкости аккумулятора). Таким образом, аккумулятор ёмкостью в 3000 ма/ч может заряжаться током до 3А. Однако, частая зарядка большим «ударным» током хоть и существенно сократит её время, но в то же время довольно быстро снизит ёмкость аккумулятора и приведёт его в негодность. Из опыта проектирования электрических схем зарядных устройств скажем, что оптимальным значением зарядки литий-инного (полимерного) аккумулятора является значение 0,4С – 0,5С от его ёмкости.

Значение тока в 1С допускается лишь в момент начального заряда батареи, когда ёмкость аккумулятора достигает приблизительно 70% своей максимальной величины. Примером может стать работа зарядки смартфона или планшета, когда первоначальное восстановление ёмкости происходит за короткое время, а оставшиеся проценты набираются медленно.

На практике довольно часто случается эффект глубокого разряда литиевого аккумулятора, когда его напряжение опускается ниже 5% его ёмкости. В этом случае контроллер не в состоянии обеспечить достаточный пусковой ток для набора начальной ёмкости заряда. (Именно поэтому не рекомендуется разряжать такие аккумуляторы ниже 10%). Для решения таких ситуаций необходимо аккуратно разобрать аккумулятор и отключить встроенный контроллер заряда. Далее необходимо к выводам аккумулятора подсоединить внешний источник заряда, способный выдать ток не менее 0,4С ёмкости аккумулятора и напряжение не выше 4,3В (для аккумуляторов на 3,7В.). Электрическая схема зарядного устройства для начальной стадии зарядки таких аккумуляторов может примениться из примера ниже.

Данная схема состоит из стабилизатора тока в 1А. (задаётся резистором R5) на параметрическом стабилизаторе LM317D2T и импульсном регуляторе напряжения LM2576S-adj. Напряжение стабилизации, определяется обратной связью на 4-ю ногу стабилизатора напряжения, то есть соотношением сопротивлений R6 и R7, которыми на холостом ходу выставляется максимальное напряжение зарядки аккумулятора. Трансформатор должен на вторичной обмотке выдавать 4,2 – 5,2 В переменного напряжения. Тогда после стабилизации мы получим 4,2 – 5В постоянного напряжения, достаточного для заряда вышеупомянутого аккумулятора.

Никель – металл — гидридные аккумуляторы (NiMH) чаще всего можно встретить в исполнении корпусов стандартных батареек – это формфактор ААА (R03), АА (R6), D, С, 6F22 9В. Электрическая схема зарядного устройства для NiMH и NiCd аккумуляторов должна в себя включать нижеперечисленные функциональные возможности, связанные со спецификой алгоритма заряда этого типа аккумуляторов.

У различных аккумуляторов (даже с одинаковыми параметрами) со временем меняются химические и емкостные характеристики. В итоге возникает необходимость организовывать алгоритм заряда каждого экземпляра индивидуально, поскольку в процессе зарядки (особенно большими токами, что допускают никелевые аккумуляторы) избыточный перезаряд влияет на быстрый перегрев аккумулятора. Температура в процессе заряда выше 50 градусов из-за химически необратимых процессов распада никеля полностью погубит аккумулятор. Таким образом, электрическая схема зарядного устройства должна иметь функцию контроля температуры аккумулятора. Для увеличения срока службы и количества циклов перезаряда никелевого аккумулятора желательно каждую его банку разрядить до напряжения не ниже 0,9В. током порядка 0,3С от его ёмкости. К примеру, аккумулятор с 2500 – 2700 мА/ч. разрядить на активную нагрузку током в 1А. Так же зарядное устройство должно поддерживать зарядку с «тренировкой», когда в течении нескольких часов происходит циклический разряд до 0,9В с последующим зарядом током 0,3 – 0,4С. Исходя из практики таким образом можно оживить до 30% убитых никелевых аккумуляторов, причём никель-кадмиевые аккумуляторы «реанимации» поддаются гораздо охотнее. По времени заряда электрические схемы зарядных устройств могут делиться на «ускоренные» (ток заряда до 0,7С с временем полного заряда 2 – 2,5ч.), «средней длительности» (0,3 – 0,4С – заряд за 5 – 6ч.) и «классические» (ток 0,1С – время заряда 12 – 15ч.). Конструируя зарядное устройство для NiMH или NiCd аккумулятора, так же можно воспользоваться общепринятой формулой расчёта времени заряда в часах:

T = (E/I) ∙ 1.5

где Е – ёмкость аккумулятора, мА/ч.,
I – ток заряда, мА,
1,5 – коэффициент для компенсации КПД во момент зарядки.
К примеру, время заряда аккумулятора ёмкостью 1200 мА/ч. током 120 мА (0,1С) будет:
(1200/120)*1,5 = 15 часов.

Из опыта эксплуатации зарядных устройств для никелевых аккумуляторов стоит отметить, что чем ниже зарядный ток, тем больше циклов перезаряда перенесёт элемент. Паспортные циклы, как правило, производитель указывает при зарядке аккумулятора током 0,1С с наиболее длительным временем заряда. Степень заряженности банок зарядное устройство может определять через измерение внутреннего сопротивления за счёт разницы падения напряжения в момент заряда и разряда определённым током (метод ∆U).

Итак, учитывая всё вышеизложенное, одним из наиболее простых решений для самостоятельной сборки электрической схемы зарядного устройства и в то же время обладающей высокой эффективностью является схема Виталия Спорыша, описание которой без труда можно найти в сети.

Основными преимуществами данной схемы является возможность зарядки как одного, так и двух последовательно соединённых аккумуляторов, термоконтроль заряда цифровым термометром DS18B20, контроль и измерение тока в процессе заряда и разряда, автоотключение по завершению зарядки, возможность зарядки аккумулятора в «ускоренном» режиме. Кроме того, с помощью специально написанного программного обеспечения и дополнительной платы на микросхеме — преобразователе TTL уровней MAX232 возможен вариант контроля зарядки на ПК и дальнейшей её визуализации в виде графика. К недостаткам стоит отнести необходимость наличия независимого двухуровневого питания.

Аккумуляторы на основе свинца (Pb) довольно часто можно встретить в устройствах с большим потреблением тока: автомобилях, электромобилях, бесперебойниках, в качестве источников питания различного электроинструмента. Нет смысла перечислять их достоинства и недостатки, которые можно разыскать на многих сайтах на просторах сети. В процессе реализации электрической схемы зарядного устройства для таких аккумуляторов следует различать два режима зарядки: буферный и циклический.

Буферный режим зарядки предусматривает одновременное подключение к аккумулятору и зарядного устройства, и нагрузки. Такое подключение можно наблюдать в блоках бесперебойного питания, автомобилях, ветряных и солнечных энергосистемах. При этом, во время подзаряда устройство является ограничителем тока, а когда аккумулятор набирает свою ёмкость – переходит в режим ограничения напряжения для компенсации саморазряда. В этом режиме аккумулятор выступает в роли суперконденсатора. Циклический режим предусматривает отключение зарядного устройства по завершению зарядки и его повторное подключение в случае разряда батареи.

Схемных решений по зарядке данных аккумуляторов в Интернете достаточно много, поэтому рассмотрим некоторые из них. Для начинающего радиолюбителя для реализации простого зарядного устройства «на коленках» отлично подойдёт электрическая схема зарядного устройства на микросхеме L200C от STMicroelectronics. Микросхема представляет собой АНАЛОГОВЫЙ регулятор тока с возможностью стабилизации напряжения. Из всех преимуществ, которые имеет эта микросхема – это простота схемотехники. Пожалуй, на этом все плюсы и заканчиваются. Согласно даташиту на эту микросхему, максимальный ток заряда может достигать 2А, что теоретически позволит зарядить аккумулятор ёмкостью до 20 А/ч напряжением (регулируемым) от 8 до 18В. Однако, как оказалось на практике, минусов у этой микросхемы гораздо больше, чем плюсов. Уже при зарядке 12 амперного cвинцово-гелевого SLA аккумулятора током 1,2А микросхема требует радиатор площадью не менее 600 кв. мм. Хорошо подходит радиатор с вентилятором от старого процессора. Согласно документации к микросхеме, к ней можно прикладывать напряжение до 40В. На самом деле, если подать по входу напряжение более 33В. – микросхема сгорает. Данное зарядное требует довольно мощный источник питания, способный выдать ток не менее 2А. Согласно приведённой схеме вторичная обмотка трансформатора должна выдавать не более 15 – 17В. переменного напряжения. Значение выходного напряжения, при котором зарядное устройство определяет, что аккумулятор набрал свою ёмкость, определяется значением Uref на 4-й ножке микросхемы и задаётся резистивным делителем R7 и R1. Сопротивления R2 – R6 создают обратную связь, определяя граничное значение зарядного тока аккумулятора. Резистор R2 в то же время определяет его минимальное значение. При реализации устройства не стоит пренебрегать значением мощности сопротивлений обратной связи и лучше применять такие номиналы, какие указаны в схеме. Для реализации переключения зарядного тока лучшим вариантом станет применение релейного переключателя, к которому подключаются сопротивления R3 – R6. От использования низкоомного реостата лучше отказаться. Данное зарядное устройство способно заряжать аккумуляторы на свинцовой основе ёмкостью до 15 А/ч. при условии хорошего охлаждения микросхемы.

Существенно уменьшить габариты зарядки свинцовых аккумуляторов небольшой ёмкости (до 20 А/ч.) поможет электрическая схема зарядного устройства на импульсном 3А. стабилизаторе тока с регулировкой напряжения LM2576-ADJ.

Для зарядки свинцово-кислотных или гелевых аккумуляторных батарей ёмкостью до 80А/ч. (к примеру, автомобильных). Отлично подойдёт импульсная электрическая схема зарядного устройства универсального типа представленная ниже.

Схема была успешно реализована автором этой статьи в корпусе от компьютерного блока питания ATX. В основе её элементной базы лежат радиоэлементы, большей частью взятые из разобранного компьютерного блока питания. Зарядное устройство работает как стабилизатор тока до 8А. с регулируемым напряжением отсечки заряда. Переменное сопротивление R5 устанавливает значение максимального тока заряда, а резистор R31 устанавливает его граничное напряжение. В качестве датчика тока используется шунт на R33. Реле K1 необходимо для защиты устройства от изменения полярности подключения к клеммам аккумулятора. Импульсные трансформаторы T1 и Т21 в готовом виде были так же взяты из компьютерного блока питания. Работает электрическая схема зарядного устройства следующим образом:

1. включаем зарядное устройство с отключённой батареей (клеммы зарядки откинуты)

2. выставляем переменным сопротивлением R31(на фото верхнее) напряжение заряда. Для свинцового 12В. аккумулятора оно не должно превышать 13,8 – 14,0 В.

3. При правильном подключении зарядных клемм слышим, как щёлкает реле, и на нижнем индикаторе видим значение тока заряда, которое выставляем нижним переменным сопротивлением (R5 по схеме).

4. Алгоритм заряда спроектирован таким образом, что устройство заряжает аккумулятор постоянным заданным током. По мере накопления ёмкости значение зарядного тока стремится к минимальному значению, а «дозаряд» происходит за счёт выставленного ранее напряжения.

Полностью посаженый свинцовый аккумулятор не включит реле, как и собственно саму зарядку. Поэтому важно предусмотреть принудительную кнопку подачи мгновенного напряжения от внутреннего источника питания зарядного устройства на управляющую обмотку реле К1. При этом следует помнить, что в момент нажатой кнопки защита от переполюсовки будет отключена, поэтому нужно перед принудительным пуском обратить особое внимание на правильность подключения клемм зарядного устройства к аккумулятору. Как вариант, возможен запуск зарядки от заряженного аккумулятора, а уж потом перебрасываем клеммы зарядки на требуемый посаженный аккумулятор. Разработчика схемы можно найти под ником Falconist на различных радиоэлектронных форумах.

Для реализации индикатора напряжения и тока была применена схема на pic-контроллере PIC16F690 и «супердоступных деталях», прошивку и описание работы которой можно найти в сети.

Данная электрическая схема зарядного устройства, конечно же, не претендует на звание «эталонной», но она в полной мере способна заменить дорогостоящие зарядные устройства промышленного производства, а по функциональности может даже значительно превзойти многие из них. В окончании стоит сказать, что последняя схема универсального зарядного устройства рассчитана главным образом на человека, подготовленного в радиоконструировании. Если же вы только начинаете, то лучше в мощном зарядном устройстве применить гораздо более простые схемы на обычном мощном трансформаторе, тиристоре и системе его управления на нескольких транзисторах. Пример электрической схемы такого зарядного устройства приведён на фото ниже.

Смотрите также схемы:

Зарядные устройства



Источники питания

Устройство предназначено для заряда аккумуляторов током, содержащим отрицательную составляющую (асимметричным током). Как показывает практика, при таком зарядном токе заметно повышается емкость батареи (до 15%), сокращается время, формовки активного вещества аккумуляторов и повышается стабильность разрядного тока.



Источники питания

«Сели» батарейки, и как всегда ─ не вовремя :- (, скорее всего, у каждого, имеющего дело с мобильными устройствами, возникала такая проблема. Что многие в таком случае делают: выбрасывают отработанный источник питания, покупают новый, и история повторяется.



Источники питания

 

В статье рассматривается схема несложного устройства, дополнив которым ваше зарядное устройство (ЗУ), процесс зарядки может быть автоматизирован. Так же оно поможет содержать ваш аккумулятор в заряженном состоянии в период длительного хранения, что способствует значительному увеличению его срока службы.



Источники питания

Устройство имеет простую схему, позволяет питать маломощную низковольтную аппаратуру и заряжать аккумуляторы. Это именно то, что нужно радиолюбителю-новичку.



Источники питания

 

Предлагаемое зарядное устройство разработано для зарядки стабильным током. Устройство несложно доработать и для зарядки 12-вольтовых аккумуляторов(вариант), подходит оно (без доработки) и для зарядки 6-вольтовых аккумуляторов. Схема зарядного устройства очень проста (см. рисунок).



Источники питания

 

В статье описано зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов, позволяющее устанавливать зарядный ток до 10 А и автоматически отключать зарядку аккумулятора при достижении установленного напряжения на нем. В статье приведены принципиальные схемы, рисунки монтажа деталей, печатной платы, конструкции устройства и дана методика его наладки.



Источники питания

Очень часто маломощные аккумуляторы необходимо зарядить в полевых условиях, где отсутствует питающая сеть 220 В/50 Гц. В этом случае выход из положения — использование энергии автомобильного генератора. Схема, предназначенная для этого, описывается в данной статье.



Источники питания

 

В данной статье представленна схема автономного зарядного устройство для мобильных телефонов. В нем может быть испозован любой тип аккумуляторов: пальчиковых типоразмера АА или ААА, дисковых аккумуляторов типа Д-0,5 или Д-0,25 и т.п.



Источники питания

В холодное время года старые автомобильные аккумуляторы начинают «капризничать» и их приходится подзаряжать. В большинстве случаев автолюбителю нужно к утру подзарядить слабый аккумулятор и для этого не обязательно иметь сложное зарядное устройство (ЗУ).



Источники питания

Давно уже известен тот факт, что заряд электрохимических источников питания асимметричным током, при соотношении Iзар: Iразр = 10:1, в частности кислотных аккумуляторов, приводит к устранению сульфатации пластин в батарее, т. е. к восстановлению их емкости, что, в свою очередь, продлевает срок службы батареи. Не вcегда есть вероятность находиться около зарядного устройства и все время контролировать процесс зарядки, поэтому зачастую либо систематически недозаряжают батареи, либо перезаряжают их, что, конечно же, не продлевает срок их службы.

Учебное пособие по физике: Энергия: зарядка для работы

Электрические цепи предназначены для выполнения полезной функции. Простое перемещение заряда от терминала к терминалу мало полезно, если электрическая энергия, которой обладает заряд, не преобразуется в другую полезную форму. Оснащение цепи аккумулятором и проводом, ведущим от положительной клеммы к отрицательной без электрического устройства (лампочка, звуковой сигнал, двигатель и т. Д.), Приведет к высокой скорости потока заряда. Такая цепь обозначается как короткое замыкание .При быстром прохождении заряда между терминалами скорость потребления энергии будет высокой. Такая схема нагревает провода до высокой температуры и довольно быстро истощает батарею. Когда цепь оснащена лампочкой, звуковым сигналом или двигателем, электрическая энергия, подаваемая на заряд аккумулятором, преобразуется в другие формы в электрическом устройстве. Лампочка, звуковой сигнал и двигатель обычно называют нагрузкой . В лампочке электрическая энергия преобразуется в полезную световую энергию (и некоторую бесполезную тепловую энергию).В бипере электрическая энергия преобразуется в звуковую. А в двигателе электрическая энергия преобразуется в механическую.

Электрическая цепь — это просто инструмент преобразования энергии. Энергия подается в схему от электрохимического элемента, батареи, генератора или другого источника электроэнергии. И энергия передается по цепи к нагрузке в месте расположения нагрузки. Скорость, с которой происходит это преобразование энергии, имеет большое значение для тех, кто проектирует электрические цепи для полезных функций.Мощность — скорость, с которой выполняется механическая работа — была введена в блоке 5 физического кабинета. Здесь мы обсудим мощность с точки зрения электричества; хотя контекст изменился, сущностный смысл концепции власти останется прежним. Мощность — это скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой. Электроэнергия подается на нагрузку от источника энергии, такого как электрохимический элемент. Вспомните из Урока 1, что ячейка действительно работает с зарядом, чтобы переместить его с терминала низкой энергии на терминал высокой энергии.Работа, совершаемая с зарядом, эквивалентна изменению электрической потенциальной энергии заряда. Таким образом, электрическая мощность, как и механическая мощность, — это скорость, с которой выполняется работа. Как и ток, мощность — это величина скорости. Его математическая формула выражается на основе на раз.

Независимо от того, идет ли речь о энергии, полученной зарядом в источнике энергии, или о энергии, потерянной зарядом в нагрузке, электрическая мощность относится к скорости, с которой заряд изменяет свою энергию. В электрохимической ячейке (или другом источнике энергии) изменение является положительным изменением (то есть приростом энергии), а при нагрузке изменение является отрицательным изменением (то есть потерей энергии). Таким образом, мощность часто называют скоростью изменения энергии, и ее уравнение выражается как изменение энергии за время. Как и механическая мощность, единицей электрической мощности является Вт , сокращенно Вт . (Совершенно очевидно, что важно не путать символ W как единицу мощности с символом W для количества работы, выполняемой источником энергии при зарядке.) Ватт мощности эквивалентен доставке 1 джоуля энергии каждую секунду. Другими словами:

1 ватт = 1 джоуль в секунду

Когда наблюдается, что электрическая лампочка рассчитана на 60 ватт, то каждую секунду к лампочке передается 60 джоулей энергии. 120-ваттные лампочки потребляют 120 джоулей энергии каждую секунду. Отношение энергии, доставленной или затраченной устройством ко времени, равно мощности устройства .

Киловатт-час

Электроэнергетические компании, обеспечивающие дома энергией, ежемесячно выставляют счет на оплату потребленной электроэнергии в этих домах.Типичный счет может быть очень сложным, когда в нем есть ряд строк, в которых указывается плата за различные аспекты коммунальных услуг. Но где-то в счете будет плата за количество потребленных киловатт-часов электроэнергии. Что такое киловатт-час? Это единица мощности? время? энергия? или какое-то другое количество? И когда мы платим за электроэнергию, которую мы используем, за что именно мы платим?

Тщательный осмотр агрегата киловатт-час дает ответы на эти вопросы.Киловатт — это единица мощности, а час — это единица времени. Таким образом, киловатт • час — это единица мощности • времени. Если мощность = Δэнергия / время, то мощность • время = Δэнергия. Итак, единица мощности • время — это единица энергии. Киловатт • час — это единица энергии. Когда электроэнергетическая компания взимает с домохозяйства плату за использованное электричество, они взимают плату за электроэнергию. Коммунальная компания в США отвечает за обеспечение того, чтобы разность электрических потенциалов на двух основных проводах дома составляла от 110 до 120 вольт.А поддержание этой разницы потенциалов требует энергии.

Распространено заблуждение, что коммунальные предприятия поставляют электроэнергию в виде носителей заряда или электронов. Дело в том, что мобильные электроны, которые находятся в проводах в наших домах, будут там, независимо от того, существует ли коммунальная компания или нет. Электроны приходят с атомами, которые составляют провода наших домашних цепей. Коммунальная компания просто предоставляет энергию, которая вызывает движение носителей заряда в бытовых цепях.И когда они взимают с нас несколько сотен киловатт-часов электроэнергии, они выставляют нам счет за электроэнергию.

Разница электрических потенциалов на двух вставках бытовой электросети зависит от страны. Используйте виджет Household Voltages ниже, чтобы узнать значения напряжения в домашних условиях для различных стран (например, США, Канады, Японии, Китая, Южной Африки и т. Д.).

Расчетная мощность

Скорость, с которой энергия передается в лампочку по цепи, связана с разностью электрических потенциалов, установленной на концах цепи (т.е.е. номинальное напряжение источника энергии) и ток, протекающий по цепи. Взаимосвязь между мощностью, током и разностью электрических потенциалов может быть получена путем объединения математических определений мощности, разности электрических потенциалов и тока. Мощность — это скорость, с которой энергия добавляется в цепь или удаляется из нее аккумулятором или нагрузкой. Ток — это скорость, с которой заряд движется мимо точки в цепи. А разность электрических потенциалов на двух концах цепи — это разность потенциальной энергии на заряд между этими двумя точками. В форме уравнения эти определения можно сформулировать как

Уравнение 3, приведенное выше, можно изменить, чтобы показать, что изменение энергии на двух концах цепи является произведением разности электрических потенциалов и заряда — ΔV • Q. Подставив это выражение для изменения энергии в уравнение 1, вы получите следующее уравнение :

В приведенном выше уравнении в числителе стоит Q , а в знаменателе — t .Это просто ток; и, как таковое, уравнение можно переписать как

Электрическая мощность — это просто произведение разности электрических потенциалов и силы тока. Чтобы определить мощность батареи или другого источника энергии (то есть скорость, с которой он передает энергию в цепь), нужно просто взять разность электрических потенциалов, которую он устанавливает во внешней цепи, и умножить ее на ток в цепи. Чтобы определить мощность электрического устройства или нагрузки, нужно просто взять разность электрических потенциалов на устройстве (иногда называемую падением напряжения) и умножить ее на ток в устройстве.

Как обсуждалось выше, мощность, подаваемая на электрическое устройство в цепи, связана с током в устройстве и разностью электрических потенциалов (то есть напряжением), приложенной к устройству. Используйте виджет Electric Power ниже, чтобы исследовать влияние переменного тока и напряжения на мощность.

Проверьте свое понимание

1.Назначение каждой цепи — подавать энергию для работы различных электрических устройств. Эти устройства предназначены для преобразования энергии текущего заряда в другие формы энергии (например, световую, тепловую, звуковую, механическую и т. Д.). Используйте полные предложения, чтобы описать преобразования энергии, которые происходят в следующих устройствах.

а. Дворники на авто

г. Схема размораживания автомобиля

г. Фен

2.Определить …

а. … ток в 60-ваттной лампочке, подключенной к 120-вольтовой розетке.

г. … ток в 120-ваттной лампочке, подключенной к 120-вольтовой розетке.

г. … мощность пилы, которая потребляет ток 12 ампер при подключении к розетке на 120 вольт.

г. … мощность тостера, потребляющего 6 ампер тока при подключении к розетке на 120 вольт.

e. … ток в 1000-ваттной микроволновой печи, подключенной к розетке на 120 вольт.

3. Ваша 60-ваттная лампочка подключена к домашней розетке на 110 вольт и оставлена ​​включенной на 3 часа. Коммунальная компания взимает с вас 0,11 доллара за киловатт • час. Объясните, как можно рассчитать стоимость такой ошибки .

4. Альфредо деДарк часто оставляет бытовую технику включенной без уважительной причины (по крайней мере, по словам его родителей).Семья деДарк платит 10 центов за киловатт-час (т. Е. 0,10 доллара за кВт • час) за электроэнергию. Выразите свое понимание взаимосвязи между мощностью, электрической энергией, временем и затратами, заполнив таблицу ниже.

Номинальная мощность

(Ватт)

Время

(часы)

Используемая энергия

(киловатт-час)

Стоимость

(центов)

Стоимость

($)

Лампа на 60 Вт 1 0.060 кВт • час 0,6 ¢ 0,006 $
Лампа на 60 Вт 4
Лампа 120 Вт 2
Лампа на 100 Вт 10 кВт-ч
Лампа на 60 Вт 1000 ¢ 10 долларов США
100 60 кВт-ч

Веб-сайт класса физики

Электрические схемы: обзор набора проблем

Этот набор из 34 задач нацелен на вашу способность определять такие параметры цепи, как ток, сопротивление, разность электрических потенциалов, мощность и электрическая энергия, на основе словесных описаний и диаграмм физических ситуаций, относящихся к электрическим цепям. Проблемы варьируются по сложности от очень простых и простых до очень сложных и сложных. Более сложные задачи обозначены цветом , синие задачи .

Текущий

Когда заряд течет по проводам электрической цепи , считается, что в проводах присутствует ток. Электрический ток — это измеримое понятие, которое определяется как скорость , с которой заряд проходит через точку в цепи.Его можно определить, измерив количество заряда, протекающего по площади поперечного сечения провода в цепи. Как величина скорости, ток (I) выражается следующим уравнением

I = Q / т

где Q — количество заряда, протекающего через точку за период времени t. Стандартной метрической единицей измерения величины тока является ампер, часто сокращенно Ампер или А. Ток в 1 ампер эквивалентен 1 кулону заряда, протекающего через точку за 1 секунду.Поскольку количество заряда, проходящего через точку в цепи, связано с количеством мобильных носителей заряда (электронов), которые проходят через эту точку, ток также может быть связан с количеством электронов и временем. Чтобы установить эту связь между током и числом электронов, нужно знать количество заряда на одном электроне.

Q электрон = 1,6 x 10 -19 C

Сопротивление

Когда заряд течет по цепи, он встречает сопротивление или препятствие для его прохождения.Как и ток, сопротивление — это измеримый термин. Величина сопротивления, обеспечиваемого сечением провода, зависит от трех переменных: материала, из которого сделан провод, длины провода и площади поперечного сечения провода. Одним из физических свойств материала является его удельное сопротивление — мера способности материала сопротивляться прохождению заряда через него. Значения удельного сопротивления для различных проводящих материалов обычно указаны в учебниках и справочниках. Зная значение удельного сопротивления (ρ) материала, из которого состоит провод, а также его длину (L) и площадь поперечного сечения (A), его сопротивление (R) можно определить с помощью приведенного ниже уравнения.

R = ρ • L / A

Стандартная метрическая единица измерения сопротивления — Ом (сокращенно греческой буквой Ом ).

Основная трудность с использованием приведенного выше уравнения связана с единицами выражения различных величин. Удельное сопротивление (ρ) обычно выражается в Ом • м. Таким образом, длина должна быть выражена в м, а площадь поперечного сечения — в м 2 . Многие провода круглые и имеют круглое сечение.Таким образом, площадь поперечного сечения в приведенном выше уравнении можно рассчитать, зная радиус или диаметр провода, используя формулу для площади круга.

A = π • R 2 = π • D 2 /4

Соотношение напряжение-ток-сопротивление

Величина тока, протекающего в цепи, зависит от двух переменных. Ток обратно пропорционален общему сопротивлению (R) цепи и прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к цепи. Разность электрических потенциалов (ΔV), приложенная к цепи, — это просто напряжение, подаваемое источником энергии (батареи, розетки и т. Д.). Для домов в США это значение близко к 110–120 вольт. Математическая взаимосвязь между током (I), напряжением и сопротивлением выражается следующим уравнением (которое иногда называют уравнением закона Ома ).

Мощность

Электрические цепи — это энергия.Энергия включается в цепь батареей или поставщиком электроэнергии. Элементы схемы (свет, нагреватели, двигатели, холодильники и даже провода) преобразуют эту электрическую потенциальную энергию в другие формы энергии, такие как световая энергия, звуковая энергия, тепловая энергия и механическая энергия. Мощность означает скорость, с которой энергия передается или преобразуется устройством или цепью. Это скорость, с которой энергия теряется или приобретается в любом заданном месте в цепи. Таким образом, общее уравнение мощности —

.

P = ΔE / т

Потеря (или усиление) энергии — это просто произведение разности электрических потенциалов между двумя точками и количества заряда, который перемещается между этими двумя точками за период времени t. Таким образом, потеря (или усиление) энергии равна просто ΔV • Q. Когда это выражение подставляется в вышеприведенное уравнение, уравнение мощности становится

P = ΔV • Q / т

Поскольку отношение Q / t, найденное в приведенном выше уравнении, равно току (I), приведенное выше уравнение также можно записать как

P = ΔV • I

Комбинируя уравнение закона Ома с приведенным выше уравнением, можно получить два других уравнения мощности.Их

P = I 2 • R P = ΔV 2 / R

Стандартная метрическая единица измерения мощности — Вт . В единицах измерения ватт эквивалентен усилителю • Вольт, усилителю 2 • Ом и вольт 2 / Ом.

Затраты на электричество

Коммерческая энергетическая компания взимает с домохозяйств ежемесячную плату за поставленную энергию.В счете за услуги обычно указывается количество энергии, потребленной в течение месяца, в единицах киловатт • часов . Эта единица — единица мощности, умноженная на единицу времени, — это единица энергии. Домохозяйство обычно оплачивает счет, исходя из количества кВт • ч электроэнергии, потребленной в течение месяца. Таким образом, задача определения стоимости использования конкретного прибора в течение заданного периода времени довольно проста. Сначала необходимо определить мощность и преобразовать ее в киловатты.Затем эту мощность необходимо умножить на время использования в часах, чтобы получить потребляемую энергию в единицах кВт • час. Наконец, это количество энергии должно быть умножено на стоимость электроэнергии из расчета $ / кВт • час, чтобы определить стоимость в долларах.

Эквивалентное сопротивление

Довольно часто цепь состоит из более чем одного резистора. Хотя каждый резистор имеет собственное индивидуальное значение сопротивления, общее сопротивление цепи отличается от сопротивления отдельных резисторов, составляющих цепь.Величина, известная как эквивалентное сопротивление , указывает полное сопротивление цепи. Концептуально эквивалентное сопротивление — это сопротивление, которое один резистор будет иметь для того, чтобы оказывать такое же общее влияние на сопротивление, как и комбинация резисторов, которые присутствуют. Таким образом, если в схеме есть три резистора с эквивалентным сопротивлением 25 Ом, то один резистор 25 Ом может заменить три отдельных резистора и оказать влияние на схему, эквивалентное .Значение эквивалентного сопротивления (R eq ) учитывает отдельные значения сопротивления резисторов и способ их подключения.

Есть два основных способа включения резисторов в электрическую цепь. Их можно подключить последовательно или параллельно . Резисторы, соединенные последовательно, подключаются последовательно, так что весь заряд, который проходит через первый резистор, также проходит через другие резисторы.При последовательном соединении весь заряд, протекающий по цепи, проходит через все отдельные резисторы. Таким образом, эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов является суммой индивидуальных значений сопротивлений этих резисторов.

R экв = R 1 + R 2 + R 3 +… (последовательные соединения)

Резисторы, которые соединены параллельно, подключаются бок о бок, так что заряд, приближающийся к резисторам, разделяется на два или более разных пути.Параллельно подключенные резисторы характеризуются наличием участков разветвления, в которых заряд разветвляется по разным путям. Заряд, который проходит через один резистор, не проходит через другие резисторы. Эквивалентное сопротивление параллельно соединенных резисторов меньше значений сопротивлений всех отдельных резисторов в цепи. Хотя это может быть не совсем интуитивно понятным, уравнение эквивалентного сопротивления параллельно соединенных резисторов дается уравнением с несколькими взаимными членами.

1 / R eq = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 +… (параллельное соединение)

Анализ последовательной цепи

Некоторые проблемы второй половины этого набора относятся к последовательным цепям. Нередко проблема сопровождается чертежом или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов. Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют последовательную цепь с питанием от трех ячеек и с тремя последовательно включенными резисторами (лампочками).

Если представить заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по его пути, когда он проходит через полный контур, становится очевидным, что заряд проходит через все резисторы последовательно. Таким образом, он соответствует критериям последовательной цепи. Знание того, что схема является последовательной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

R экв = R 1 + R 2 + R 3 +… (последовательные соединения)

Ток последовательной цепи в резисторах такой же, как и в батарее. Поскольку нет ответвлений в местах, где заряд разделяется на пути, можно сказать, что ток в батарее равен току в резисторе 1, равен току в резисторе 2 и равен току в резисторе 3 .. … В форме уравнения можно записать, что

I аккумулятор = I 1 = I 2 = I 3 =… (последовательные цепи)

Когда заряд проходит через резисторы в последовательной цепи, происходит падение электрического потенциала, когда он проходит через каждый резистор. Это падение электрического потенциала на каждом резисторе определяется током через резистор и сопротивлением резистора. Это согласуется с уравнением закона Ома, описанным выше (ΔV = I • R). Поскольку ток (I) в каждом отдельном резисторе одинаковый, логично сделать вывод, что резисторы с наибольшим сопротивлением (R) будут иметь наибольшую разность электрических потенциалов (ΔV), приложенную к ним.

Разность электрических потенциалов на отдельных резисторах схемы часто обозначается как , падение напряжения .Эти падения напряжения последовательно соединенных резисторов математически связаны с электрическим потенциалом или номинальным напряжением ячеек или батареи, которые питают цепь. Если заряд приобретает 12 В электрического потенциала при прохождении через батарею электрической цепи, то он теряет 12 В при прохождении через внешнюю цепь. Это падение электрического потенциала на 12 В является результатом серии отдельных падений электрического потенциала, проходящего через отдельные резисторы последовательной цепи. Эти отдельные падения напряжения (разность электрических потенциалов) в сумме дают общее падение напряжения в цепи. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV аккумулятор = ΔV 1 + ΔV 2 + ΔV 3 +… (последовательные цепи)

где ΔV аккумулятор — это электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 — это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение последовательных схем и их анализа можно найти в Учебном пособии по физике.

Анализ параллельных цепей

Самые последние проблемы в этом наборе относятся к параллельным цепям. Опять же, нет ничего необычного в том, что проблема сопровождается чертежом или схемой, показывающей расположение батарей и резисторов.Рисунок и соответствующая принципиальная схема ниже представляют собой параллельную цепь с питанием от трех ячеек и имеющую три параллельно включенных резистора (лампочки).

Если представить заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по своему пути, когда он проходит через полный контур, становится очевидным, что заряд достигает места разветвления до достижения резистора. В месте разветвления, которое иногда называют узлом, заряд проходит по одному из трех возможных путей через резисторы.Вместо того, чтобы проходить через каждый резистор, один заряд будет проходить через один резистор во время полного цикла вокруг цепи. Таким образом, он соответствует критериям параллельной цепи. Знание того, что цепь является параллельной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

1 / R eq = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 +… (параллельное соединение)

В месте разветвления заряд разделяется на отдельные пути.Таким образом, ток в отдельных путях будет меньше, чем ток вне путей. Общий ток в цепи и ток в батарее равны сумме тока в отдельных проводящих путях. В форме уравнения можно записать, что

I аккумулятор = I 1 + I 2 + I 3 +… (параллельные цепи)

Текущие значения этих отдельных ветвей контролируются двумя величинами — сопротивлением резистора в ветви и разностью электрических потенциалов (ΔV), приложенной к ветви.В соответствии с уравнением закона Ома, рассмотренным выше, можно сказать, что ток в ветви 1 равен разности электрических потенциалов на ветви 1, деленной на сопротивление ветви 1. Аналогичные утверждения можно сделать и для других ветвей. В форме уравнения можно сказать, что

I 1 = ΔV 1 / R 1 I 2 = ΔV 2 / R 2 I 3 = ΔV 3 / R 3

Эклектические разности потенциалов (ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 ) на отдельных резисторах часто называют падениями напряжения. Подобно последовательным цепям, любой заряд, покидающий батарею, должен испытывать такое же падение напряжения, как и усиление, которое он обнаруживает при прохождении через батарею. Но в отличие от последовательных цепей, в параллельной цепи заряд проходит только через один резистор. Таким образом, падение напряжения на этом резисторе должно равняться разности электрических потенциалов на батарее. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV аккумулятор = ΔV 1 = ΔV 2 = ΔV 3 +… (параллельные цепи)

где ΔV аккумулятор — это электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 — это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение параллельных схем и их анализа можно найти в Учебном пособии по физике.

Привычки эффективного решателя проблем

Эффективный решатель проблем по привычке подходит к физической проблеме таким образом, чтобы отражать набор дисциплинированных привычек. Хотя не все эффективные специалисты по решению проблем используют один и тот же подход, все они имеют общие привычки.Эти привычки кратко описаны здесь. Эффективное решение проблем …

  • … внимательно читает задачу и создает мысленную картину физической ситуации. При необходимости они набрасывают простую схему физической ситуации, чтобы помочь визуализировать ее.
  • … идентифицирует известные и неизвестные величины и записывает их в организованном порядке, часто записывая их на самой диаграмме. Они приравнивают заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины (например,г., ΔV = 9,0 В; R = 0,025 Ом; Я = ???).
  • … строит стратегию решения неизвестной величины; стратегия, как правило, сосредоточена вокруг использования физических уравнений и в значительной степени зависит от понимания принципов физики.
  • … определяет подходящую (ые) формулу (ы) для использования, часто записывая их. При необходимости они выполняют необходимое преобразование количеств в правильные единицы.
  • … выполняет подстановки и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

Подробнее …

Дополнительная литература / Учебные пособия:

Следующие страницы Учебного пособия по физике могут оказаться полезными, чтобы помочь вам в понимании концепций и математики, связанных с этими проблемами.

Набор проблем электрических цепей

Просмотреть набор задач

Электрические схемы Решения с аудиогидом

Просмотрите решение проблемы с аудиогидом:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34

Импульсная, линейная и импульсная зарядка T

Аннотация: Существует три метода зарядки Li + аккумуляторов: импульсный, линейный и импульсный. У каждого метода есть свои преимущества и недостатки. Зарядка в импульсном режиме сводит к минимуму рассеивание мощности в широком диапазоне напряжений адаптера переменного тока, но занимает больше места на плате и увеличивает сложность по сравнению с линейной и импульсной зарядкой. Линейные зарядные устройства небольшие и отлично подходят для шумочувствительного оборудования, но рассеиваемая мощность высока. Импульсные зарядные устройства небольшие и эффективные, но для них требуется адаптер переменного тока с ограничением тока. Выберите метод оплаты, исходя из приоритета стоимости, площади и эффективности.

Зарядка Li + аккумуляторов в мобильных телефонах и КПК — это баланс.С одной стороны, большой ток необходим для быстрой замены энергии, расходуемой из батареи при передаче голоса или данных. С другой стороны, зарядное устройство должно быть маленьким, чтобы поместиться в постоянно уменьшающемся форм-факторе мобильного телефона и коммуникативного КПК. Знание типов доступных зарядных устройств и компромиссов между ними позволяет разработчику выбрать правильное зарядное устройство для конкретного приложения.

Требования к зарядным устройствам Li +

Зарядное устройство Li + аккумулятора должно ограничивать зарядный ток и максимальное напряжение аккумулятора.Разработчики должны проконсультироваться с производителем батареи, чтобы определить, что требуется для безопасной зарядки конкретной батареи. Другие функции часто добавляются для продления срока службы батарей или работы зарядного устройства. К ним относятся снижение зарядного тока для переразряженных элементов, обнаружение неисправных элементов, мониторинг напряжения аккумулятора и / или измерение уровня топлива, ограничение входного тока, выключение зарядного устройства после завершения заряда, автоматический перезапуск зарядки после частичного разряда, индикация состояния заряда и управление включением / отключением внешнего зарядного устройства.

Эти функции могут быть реализованы в самом зарядном устройстве, в ASIC или дискретной схеме, или, возможно, в программном обеспечении микроконтроллера. Разработчики схем решают, какие функции включить и как их реализовать, в зависимости от конкретного приложения и приемлемого уровня стоимости или сложности.

Типы зарядных устройств Li +

Зарядные устройства Li + бывают трех типов: импульсные, линейные и импульсные. Основное различие между этими топологиями — это размер и стоимость vs.компромисс производительности, который они предлагают. Зарядные устройства

с импульсным режимом обычно больше и сложнее, и для них требуется большой пассивный выходной LC-фильтр; дополнительное пространство на плате повышает эффективность.

Линейные и импульсные зарядные устройства занимают мало места на плате и требуют минимум внешних компонентов. Хотя линейному зарядному устройству может не потребоваться много места на плате для размещения ИС и ее внешних компонентов, ему может потребоваться дополнительная площадь на плате для рассеивания тепла, выделяемого проходным транзистором зарядного устройства.Импульсные зарядные устройства не представляют этой проблемы. Тем не менее, для них требуется адаптер переменного тока с ограничением по току, который обычно стоит дороже.

Импульсные зарядные устройства

На рисунке 1 показана схема типичного импульсного зарядного устройства Li +. Он использует контроллер зарядного устройства батареи MAX1737 Li + с двумя n-канальными MOSFET для понижения напряжения адаптера переменного тока до напряжения батареи. Рассеиваемая мощность этой схемы остается ниже примерно 1 Вт во всем диапазоне напряжений батареи и в широком диапазоне напряжений адаптера переменного тока.Эту схему можно легко масштабировать, чтобы можно было заряжать до четырех последовательных ячеек токами до 4 А.

Рис. 1. Зарядное устройство MAX1737 Switch Mode Li +.

Импульсные зарядные устройства имеют стабильно низкую рассеиваемую мощность при больших колебаниях входного напряжения и напряжения батареи, что является несомненным преимуществом перед линейными зарядными устройствами. Зарядные устройства с импульсным режимом также имеют преимущество перед импульсными зарядными устройствами: они хорошо работают в широком диапазоне входного напряжения, что позволяет использовать меньший и более дешевый сетевой адаптер переменного тока, чем при использовании импульсного зарядного устройства. Основными недостатками зарядного устройства такого типа являются его размер и сложность. Контроллер вместе со своими внешними переключателями и LC-фильтром занимает больше места на плате, чем другие типы зарядных устройств. К другим недостаткам относятся электромагнитные помехи и электрические помехи, вызванные переключающим действием зарядного устройства, и излучение, вызванное индуктором выходного фильтра. Фиксированная частота переключения контроллера, однако, позволяет легко фильтровать электрические шумы, но необходимо соблюдать осторожность при компоновке схемы и выборе компонентов, чтобы предотвратить проблемы с помехами.

Схема зарядного устройства, показанная на рисунке 1, включает в себя множество других функций, которые увеличивают как срок службы батареи, так и работу системы. Например, контроллер схемы зарядного устройства позволяет установить ограничение на ток, протекающий в цепи. Когда этот ток повышается до предела, контроллер автоматически снижает ток, заряжающий аккумулятор, ограничивая ток, который может течь на вход схемы. Поскольку зарядное устройство ограничивает входной ток, для питания цепи можно использовать адаптер переменного тока меньшего размера и, как правило, более дешевый.

Зарядное устройство включает в себя конечный автомат, который выключает зарядное устройство после завершения зарядки и автоматически перезапускает зарядку, когда часть заряда слилась с аккумулятора. Функции безопасности включают бережную предварительную зарядку чрезмерно разряженных батарей при пониженном токе и возможность обнаружения неисправных батарей. Кроме того, индикаторы заряда и состояния могут напрямую управлять светодиодами или связываться с микроконтроллером.

Линейные зарядные устройства

Один из способов минимизировать размер и сложность зарядного устройства — использовать линейное зарядное устройство.В линейном зарядном устройстве используется проходной транзистор (обычно MOSFET, но иногда и биполярный транзистор) для понижения напряжения адаптера переменного тока до напряжения батареи. Количество внешних компонентов намного меньше: для линейных зарядных устройств требуются входные и выходные байпасные конденсаторы, а иногда и внешний проходной транзистор, а также резисторы для установки пределов напряжения и тока.

Основная проблема линейного зарядного устройства — это рассеивание мощности. Зарядное устройство просто понижает напряжение адаптера переменного тока до напряжения аккумулятора.Рассеиваемая мощность проходного элемента равна напряжению адаптера минус напряжение аккумулятора, умноженное на зарядный ток. В случае зарядного устройства 1 А, регулируемого напряжения адаптера переменного тока 5 В ± 10% и напряжения батареи, которое варьируется от 4,2 В до 2,5 В, рассеиваемая мощность может составлять от 0,3 Вт до 3,0 Вт.

На рисунке 2 показано типичное линейное зарядное устройство Li +. В этой схеме используется MAX1898 и внешний полевой МОП-транзистор с p-каналом для снижения напряжения адаптера переменного тока до напряжения батареи. Этот тип зарядного устройства намного проще, чем тип переключателя, главным образом потому, что пассивный LC-фильтр не требуется.Он рассеивает наибольшую мощность, когда напряжение батареи минимально, поскольку разница между фиксированным входным напряжением и напряжением батареи наибольшая в этом состоянии. MAX1898 включает в себя функцию (называемую состоянием предварительной квалификации ), которая снижает ток зарядки для любого напряжения батареи менее 2,5 В. Поэтому в наихудшем случае рассеяние мощности происходит, когда уровень заряда батареи чуть выше номинального порога предварительной квалификации 2,5 В и входное напряжение находится на максимальном уровне. Для входа 5 В ± 10% максимальное входное напряжение равно 5.5В. С учетом допуска минимальное напряжение предварительной квалификации MAX1898 составляет 2,375 В. Таким образом, в худшем случае рассеиваемая мощность проходного транзистора составляет 3,125 Вт на ампер зарядного тока. При больших токах зарядки (около 1 А) из-за большого рассеивания мощности маленький мобильный телефон или КПК может сильно нагреваться, что может снизить его производительность. К сожалению, уменьшение зарядного тока для устранения проблем рассеивания мощности увеличивает время зарядки. Выбор между дополнительным нагревом и временем дополнительной зарядки может быть затруднен в зависимости от области применения.

Рис. 2. Линейное зарядное устройство MAX1898 Li +.

Даже с учетом проблемы рассеивания мощности, связанной с линейной зарядкой, она может быть лучшим выбором для беспроводных устройств. Поскольку нет переключающего действия и не требуются индукторы, линейные зарядные устройства имеют более низкие кондуктивные и излучаемые эмиссии, чем другие типы зарядных устройств. Благодаря такому снижению шума линейное зарядное устройство может стать подходящим решением для чувствительных к шуму беспроводных устройств.

MAX1898 включает в себя: индикатор зарядки, который может напрямую управлять светодиодом или микроконтроллером, схему пониженного напряжения аккумулятора, которая снижает ток зарядки для чрезмерно разряженных аккумуляторов, таймер для выключения зарядного устройства после завершения зарядки и регулируемый порог перезапуска до автоматически возобновляет зарядку, если аккумулятор разряжен.Вывод ISET устанавливает зарядный ток и показывает его уровень, пока зарядное устройство регулирует напряжение. Напряжение на выводе ISET можно контролировать с помощью АЦП или компаратора, чтобы определить, когда ток зарядки аккумулятора упал до достаточно низкого уровня; либо этот уровень, либо встроенный таймер можно использовать для прекращения зарядки. Контроллер также включает выходной контакт, который указывает состояние зарядки (/ CHG \), и комбинированный входной и выходной контакт (EN / OK), который указывает на наличие входного напряжения и включает зарядное устройство.

Импульсные зарядные устройства

Третий тип зарядного устройства Li +, импульсное зарядное устройство, обладает некоторыми преимуществами как импульсных, так и линейных зарядных устройств. Подобно импульсному зарядному устройству, импульсное зарядное устройство работает эффективно. Когда напряжение заряжаемой батареи низкое, проходной транзистор остается включенным и проводит входной ток источника непосредственно к батарее. Когда напряжение батареи достигает напряжения регулирования батареи, зарядное устройство подает импульс входного тока для достижения желаемого зарядного тока, таким образом регулируя напряжение батареи на желаемом пределе напряжения. Поскольку транзистор не работает в своей линейной области во время этой части цикла зарядки, а действует как переключатель, и рассеиваемая мощность намного ниже, чем у линейного зарядного устройства. Поскольку импульсному зарядному устройству не требуется выходной LC-фильтр, оно меньше, чем импульсное зарядное устройство.

На рисунке 3 показано импульсное зарядное устройство MAX1736 Li +. Он не уступает линейному зарядному устройству по простоте и небольшому количеству внешних компонентов. Благодаря меньшему рассеянию мощности компромисс между временем зарядки и рассеиваемой мощностью не следует рассматривать как линейное зарядное устройство.

Рисунок 3. Импульсное зарядное устройство Li +.

Однако к импульсному зарядному устройству предъявляются особые требования. Во-первых, источник входного напряжения, который питает зарядное устройство, должен быть ограничен по току. Текущий предел должен быть достаточно точным; настенные кубы с таким уровнем точности не так универсальны, как кубики без точного ограничения тока. К тому же они дороже. Однако в некоторых случаях ограничение тока адаптера переменного тока указывается достаточно точно, чтобы гарантировать, что неисправность в устройстве, которое он питает, не создаст угрозы безопасности.Если по той или иной причине требуется точное ограничение входного тока, то при его использовании для зарядки не требуется никаких дополнительных затрат.

MAX1736 автоматически заряжает аккумулятор при малом токе 6 мА, когда напряжение аккумулятора ниже 2,5 В, чтобы предотвратить его повреждение в чрезмерно разряженном состоянии. Однако контроллер не прекращает зарядку автоматически. В большинстве случаев он прекращает зарядку после того, как зарядный ток упадет ниже некоторого порога, обычно 10% от предельного зарядного тока.Чтобы установить этот режим прекращения заряда, вывод GATE MAX1736 используется для непосредственного управления входом микроконтроллера. Измеряя рабочий цикл напряжения на выводе GATE, микропроцессор определяет средний ток. В случае 10%, когда рабочий цикл на выводе GATE упадет ниже 10%, микроконтроллер завершит зарядку. Микроконтроллер также может отключить MAX1736, управляя контактом EN. Когда входной источник отсутствует или на контакте EN низкий уровень заряда батареи уменьшается до 2 мкА, чтобы зарядное устройство не разряжало батарею после завершения зарядки.

Заключение

Зарядные устройства импульсного режима рассеивают мало энергии в широком диапазоне входного и зарядного напряжения и тока, но имеют большую стоимость и сложность, чем другие типы. Линейные зарядные устройства меньше и менее сложны, чем устройства, работающие в режиме переключения, но в большинстве случаев они рассеивают больше энергии. Импульсные зарядные устройства рассеивают значительно меньше энергии и занимают небольшую площадь на плате, но требуют более дорогих адаптеров переменного тока, которые ограничивают потребляемый от них ток. Лучший выбор появляется только после того, как взвесит, какие из этих различных факторов являются наиболее важными для конкретного дизайна.

Аналогичная версия этой статьи была опубликована в ноябрьском номере журнала Wireless Design and Development за ноябрь 2001 года.

Быстрая зарядка литий-ионного аккумулятора: обзор

Основные моменты

Литература по быстрой зарядке рассматривается в многомасштабной перспективе.

Учитываются экстремальные температуры и неоднородности температуры / тока.

Альтернативные протоколы быстрой зарядки подвергаются критической оценке.

В настоящее время отсутствуют надежные бортовые методы обнаружения литиевых покрытий.

Связи между производительностью на уровне ячеек и упаковки до сих пор недостаточно понятны.

Реферат

В последние годы литий-ионные батареи стали предпочтительной аккумуляторной технологией для портативных устройств, электромобилей и энергосистем. В то время как все большее число производителей автомобилей вводят в свое предложение электрифицированные модели, беспокойство по поводу дальности хода и время, необходимое для подзарядки аккумуляторов, по-прежнему вызывают беспокойство. Известно, что высокие токи, необходимые для ускорения процесса зарядки, снижают энергоэффективность и вызывают увеличение емкости и снижение мощности. Быстрая зарядка — это многомасштабная проблема, поэтому для понимания и улучшения производительности быстрой зарядки требуется понимание от атомарного до системного уровня. В настоящей статье содержится обзор литературы по физическим явлениям, ограничивающим скорость зарядки аккумуляторов, механизмам деградации, которые обычно возникают в результате зарядки при высоких токах, и подходам, которые были предложены для решения этих проблем.Особое внимание уделяется низкотемпературной зарядке. Представлены и критически оценены альтернативные протоколы быстрой зарядки. Изучаются последствия для безопасности, в том числе возможное влияние быстрой зарядки на характеристики теплового разгона. Наконец, выявляются пробелы в знаниях и даются рекомендации относительно направления будущих исследований. Подчеркивается необходимость разработки надежных бортовых методов обнаружения литиевого покрытия и механической деградации. Надежные стратегии оптимизации зарядки на основе моделей определены как ключ к обеспечению быстрой зарядки в любых условиях.Стратегии управления температурой для охлаждения аккумуляторов во время зарядки и их предварительного нагрева в холодную погоду признаны критически важными, с особым упором на методы, позволяющие достичь высоких скоростей и хорошей однородности температуры.

Ключевые слова

Литий-ионный аккумулятор

Быстрая зарядка

Литиевое покрытие

Протоколы зарядки

Электромобили

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2019 Авторы. Опубликовано Elsevier B.V.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

LiPo батареи и безопасность для начинающих — CNY Drones

Основы электрооборудования

Наиболее важные термины, которые необходимо понимать в электрической цепи, — это напряжение , сопротивление , ток и мощность . Простая аналогия, используемая для понимания этих терминов. Представьте контур батареи как трубу, по которой мы пытаемся прокачать воду, как на картинке ниже:

  • Напряжение — это давление воды , которое толкает воду по трубе.Напряжение измеряется в вольтах и ​​отображается как V
  • .

  • Сопротивление — это размер трубы . Если труба шире, через нее будет течь больше воды. Когда труба меньше, сопротивление больше. Сопротивление измеряется в Ом или Ом.
  • Ток , сколько воды выходит из трубы. Сила тока измеряется в амперах, амперах или А.

Если вы знаете любое из двух чисел, вы можете вычислить третье:

  • Напряжение = ток x сопротивление
  • Ток (Амперы) = напряжение / сопротивление
  • Сопротивление = напряжение / ток

Еще одно важное понятие — электрическая мощность .Это просто напряжение x ток. Вернемся к аналогии с водой: вы берете напряжение или давление воды и умножаете его на силу тока, или на то, сколько воды на самом деле выходит. Мощность — это единиц измерения «жесткости» воды, выходящей из трубы.

Почему это важно? Он говорит нам, сколько работы мы можем сделать с электричеством.

Представьте, что вы пытаетесь тушить пожар с помощью пожарного шланга.

  • Если из трубы выходит много воды, но выходит медленно (без давления), то пожар нельзя потушить.
  • Если вода потечет быстро, а воды очень мало, то пожар потушить нельзя.
  • Если вода выходит быстро (, высокое напряжение, ) И много воды (, высокое напряжение, ), то можно потушить пожар.

Электроэнергия подобна способности пожарного шланга тушить пожар. Мощность измеряется в ваттах (Вт).

  • Ватт = Вольт x Ампер
  • Ампер = Ватт / Вольт
  • Вольт = Ватт / Ампер

Еще один важный момент, который необходимо знать об электрических системах, — это разница между цепью серии и параллельной цепью .

  • В цепи серии ток через каждый из компонентов одинаков, а напряжение в цепи является суммой напряжений на каждом компоненте.
  • В схеме , параллельной , напряжение на каждом из компонентов одинаково, а полный ток представляет собой сумму токов, протекающих через каждый компонент.

LiPo аккумулятор: основные сведения

Литий-полимерные батареи

, более известные как LiPo, обладают высокой плотностью энергии, высокой скоростью разряда и малым весом, что делает их отличным кандидатом для RC-приложений.

Изучив основы работы с LiPo батареями, вы сможете прочитать и понять их характеристики.

Напряжение аккумулятора и количество ячеек (S)

Батареи LiPo

, используемые в RC, состоят из отдельных ячеек , соединенных последовательно , поэтому напряжение аккумулятора складывается из напряжений ячеек. Каждая ячейка стандартной LiPo батареи имеет номинальное напряжение 3,7 В . Поэтому напряжение батареи часто называют количеством ячеек в батарее (также известное как «S»).

1S = 1 ячейка = 3,7 В
2S = 2 ячейки = 7,4 В
3S = 3 ячейки = 11,1 В
4S = 4 ячейки = 14,8 В
5S = 5 ячеек = 18,5 В
6S = 6 ячеек = 22,2 В

Например, мы называем батарею 14,8 В «4-элементной» или «4S» батареей.

Напряжение

напрямую влияет на частоту вращения бесщеточных двигателей, поэтому вы можете использовать батареи с большим количеством ячеек для увеличения скорости вашего квадрокоптера, если ваш двигатель / ESC и другая электроника поддерживают более высокое напряжение. Но аккумулятор с большим количеством ячеек той же емкости тяжелее, поскольку содержит больше ячеек.

Литий-полимерная батарея предназначена для работы в безопасном диапазоне напряжений от 3 В до 4,2 В .

Разряд ниже 3 В может вызвать необратимую потерю рабочих характеристик и даже повреждение аккумулятора.

Перезарядка выше 4,2 В может быть опасной и, в конечном итоге, вызвать пожар.

Однако рекомендуется прекратить разрядку, когда она достигнет 3,5 В, по причинам исправности аккумулятора. Например, для 3S Lipo максимальное напряжение составляет 12,6 В, и вы должны приземлиться, когда напряжение достигнет 10.5 В (при 3,5 В на ячейку).

Емкость и размер LiPo аккумулятора

Емкость LiPo-аккумулятора измеряется в мАч (миллиампер-час). « мАч » — это, по сути, показатель того, сколько тока вы можете потреблять от аккумулятора в течение часа, пока он не разрядится.

Например, для Lipo емкостью 1300 мАч потребуется час для полной разрядки, если вы потребляете от него постоянный ток 1,3 А. Если ток потребления удвоится до 2,6 А, продолжительность уменьшится вдвое (1,3 / 2.6 = 0,5). Если вы потребляете 39 А тока без перерыва, этот пакет будет длиться только 2 минуты (1,3 / 39 = 1/30 часа).

Увеличение емкости аккумулятора может увеличить время полета, но он также станет тяжелее и крупнее в физических размерах. Существует компромисс между вместимостью и весом, который влияет на время полета и маневренность самолета.

Чем выше емкость, тем выше ток разряда, как вы увидите в следующем разделе.

C Рейтинг (скорость разряда)

Батареи

Lipo для квадрокоптеров в наши дни имеют рейтинг C.Зная рейтинг C и емкость батареи, мы можем рассчитать безопасный, непрерывный максимальный ток разряда LiPo батареи.

Максимальный ток разряда = C-рейтинг * Емкость

Например, батарея 50C емкостью 1300 мАч имеет расчетный максимальный непрерывный ток разряда 65 А.

Некоторые батареи имеют два класса C: «непрерывный» и «пакетный». Рейтинг серийной съемки применяется только в течение короткого периода времени (например, 10 секунд).

Хотя рейтинг C может быть полезным инструментом, он стал в основном маркетинговым инструментом, и о нем не всегда точно сообщают.

Если рейтинг C слишком низкий, аккумулятор будет с трудом подавать ток на ваши двигатели, и ваш квадроцикл будет недостаточно мощным. Вы можете даже повредить аккумулятор, если потребляемый ток превышает допустимый уровень безопасности.

Разъемы

Практическое правило: разъем аккумулятора должен соответствовать тому, который вы используете на своем коптере. Если у вас еще нет квадроцикла, выберите его и придерживайтесь его.

Все батареи Lipo поставляются с 2 наборами проводов / разъемов: балансировочный провод и главный провод или разрядный провод (за исключением батарей 1S, у которых есть только главный провод).В LiPo батареях используется довольно много разных разъемов. Основные отличия заключаются в форме, весе и номинальном токе.

1S Разъемы для батарей

Разъемы

1S крошечные и имеют очень низкий ток. Они обычно используются в щеточных микрокоптерах или «Tiny Whoop».

Разъемы для батарей 2S-6S

В этой категории вы найдете гораздо больше различных типов разъемов для батарей, на самом деле не все здесь перечислены. Но большинство из них используются не так часто, поэтому о них можно не беспокоиться.Для мини-квадроциклов наиболее популярным разъемом, вероятно, является XT60.

Однако, поскольку XT60 рассчитан только на 60 А, а мини-квадроциклы работают при все более высоких токах и напряжениях, вскоре мы можем увидеть изменения в используемых популярных разъемах.

Остаток

Балансный провод в основном используется для балансировки заряда, чтобы гарантировать равные напряжения всех элементов. Это также позволяет контролировать напряжение каждой ячейки.

Количество проводов в балансировочном проводе начинается с 3 для 2S LiPo, и с каждым приращением количества ячеек количество проводов также увеличивается на 1.

LiHV

LiHV — это другой тип LiPo-аккумулятора, HV означает «высокое напряжение». Они более энергоемкие, чем традиционные LiPo батареи, и позволяют заряжать до 4,35 В на элемент . Однако существуют разные обзоры относительно долговечности LiHV, поскольку у них может снизиться производительность раньше, чем у обычных LiPo.

Когда вы заряжаете LiHV аккумуляторы, такие как стандартные LiPo, до 4,20 В на элемент, они работают примерно одинаково.Однако, когда вы полностью заряжаете их до 4,35 В на элемент, вы получаете следующие преимущества:

  • При полностью заряженном аккумуляторе HVLi напряжение выше, чем у обычных LiPo (на 4S, HVLi составляет 17,4 В, LiPo составляет 16,8 В), поэтому ваши двигатели будут работать тяжелее на более высоких оборотах, и ваш квадроцикл теоретически может летать быстрее
  • Во-вторых, LiHV может хранить больше энергии, чем LiPo на единицу веса, поэтому теоретически (опять же) вы получаете более длительное время полета. Hyperion (компания, которая производит эти HVLi-аккумуляторы, которые я тестирую) заявляет, что их емкость на 10% больше, чем у стандартных LiPo того же размера и веса
  • Наконец, HVLi хорошего качества имеет меньшее провисание напряжения при высоком дросселе.
Можете ли вы зарядить свой обычный липо до 4?35В?

Итак, вы можете задаться вопросом: «Могу ли я перезарядить свой обычный липо до более высокого напряжения, например 4,30 В или даже 4,35 В, чтобы получить больше мощности и увеличить время полета? Ответ НЕТ !!! Это чрезвычайно опасно и может вызвать пожар из-за разного химического состава клеток.

Как заряжать LiPo

Тип зарядки

  • Balance charge — Зарядное устройство контролирует напряжение каждой ячейки и может заряжать их по отдельности, пытаясь поддерживать их на одном уровне напряжения.Это самый безопасный и рекомендуемый способ зарядки LiPo аккумулятора
  • Прямая зарядка (быстрая зарядка) — вы заряжаете только главный провод, а зарядное устройство не контролирует напряжение каждой ячейки. Обычно это происходит быстрее, но это может привести к несбалансированному напряжению ячеек, и аккумулятор может быть заряжен не на 100%
  • Зарядка накопителя — Зарядное устройство доводит каждую ячейку аккумулятора до напряжения накопления, которое составляет 3,80–3,85 В
  • Разряд — Зарядное устройство пытается разрядить Lipo аккумулятор (очень медленно, даже медленнее, чем зарядка)

Зачем нужен баланс?

Каждая ячейка в батарее немного отличается, после того, как батарея разрядится, вы можете обнаружить, что все напряжения ячеек различаются.

Если бы мы напрямую заряжали эту несбалансированную батарею, не контролируя напряжение каждой ячейки, есть вероятность, что некоторые элементы могут оказаться ниже 4,2 В (не полностью заряжены), и, что было бы хуже, некоторые из них могут перейти на БОЛЕЕ 4,2 В . Если вы помните, напряжение LiPo-элементов никогда не должно превышать 4,2 В, иначе они станут опасными. Помните, перезаряд = опасно!

Большинство современных зарядных устройств Lipo являются программируемыми и позволяют балансировать зарядку, и они должны позаботиться об этом автоматически.

Правила безопасности

Неправильное обращение с LiPo батареями может стать причиной пожара. Пожалуйста, внимательно прочтите эти правила безопасности перед тем, как брать в руки / заряжать аккумуляторы.

  • Берите литий-полимерную батарею за корпус, а не за выводы — провода можно выдернуть из хрупких паяных соединений.
  • Заряжайте аккумулятор в безопасном месте — очень важно найти пожаробезопасное место для зарядки аккумуляторов. Использование мешка Lipo-safe — хороший вариант, некоторые даже строят для него бункер.Ящик с боеприпасами — дешевое, но эффективное решение.
  • Не заряжайте аккумулятор сразу после использования, подождите, пока он полностью остынет.
  • Рекомендуется заряжать аккумулятор при 1С или меньше.
  • Никогда не заряжайте аккумулятор без присмотра — регулярно проверяйте, не нагревается ли аккумулятор или не начинает ли набухать, если да, немедленно прекратите зарядку.
  • Ни в коем случае не используйте и не заряжайте поврежденный аккумулятор — не заряжайте его, если он вздулся (опух) или имеет другие видимые признаки повреждения.
  • Убедитесь, что количество ячеек и тип батареи правильно установлены на вашем зарядном устройстве, чтобы соответствовать количеству ячеек и типу вашей батареи.
  • Не перезаряжайте, хотя обычно этим занимается зарядное устройство, рекомендуется регулярно проверять напряжение элементов.
  • Не оставляйте аккумулятор на солнце или в горячей машине.

Связанные

Простые электронные схемы для начинающих и студентов инженерных специальностей

Как правило, успех первых проектов играет жизненно важную роль в области электроники для карьеры студентов-инженеров.Многие студенты бросают электронику из-за неудачной первой попытки. После нескольких неудач у ученика остается неправильное представление о том, что эти проекты, работающие сегодня, могут не сработать завтра. Таким образом, мы предлагаем новичкам начать со следующих проектов, которые дадут результат с первой попытки и дадут мотивацию для вашей собственной работы. Прежде чем продолжить, вы должны знать, как работает и используется макетная плата. В этой статье приведены 10 лучших простых электронных схем для начинающих и мини-проекты для студентов инженерных специальностей, но не для проектов последнего года обучения.Следующие схемы относятся к базовым и малым категориям.

Что такое простые электронные схемы?

Соединение различных электрических и электронных компонентов с помощью соединительных проводов на макетной плате или путем пайки на печатной плате с образованием цепей, которые называются электрическими и электронными цепями. В этой статье давайте обсудим несколько простых проектов электроники для начинающих, которые построены с использованием простых электронных схем.

Простые электронные схемы для начинающих

Список из 10 основных простых электронных схем, обсуждаемых ниже, очень полезен для новичков при выполнении практики, проектирование этих схем помогает справиться со сложными схемами.

Схема освещения постоянного тока

Источник постоянного тока используется для небольшого светодиода, который имеет два вывода, а именно анод и катод. Анод — + ve, катод — –ve. Здесь в качестве нагрузки используется лампа с двумя выводами, положительным и отрицательным. Клеммы + ve лампы подключены к анодной клемме батареи, а клемма –ve батареи подключена к клемме –ve батареи. Переключатель подключен между проводами для подачи постоянного напряжения на светодиодную лампу.

Освещение постоянного тока Простая электронная схема

Сигнализация дождя

Следующая схема защиты от дождя используется для подачи сигнала тревоги, когда идет дождь. Эта схема используется в домах для защиты выстиранной одежды и других вещей, которые уязвимы для дождя, когда они проводят дома большую часть времени на работе. Необходимые компоненты для построения этой схемы — это зонды. Резисторы 10 кОм и 330 кОм, транзисторы BC548 и BC 558, батарея 3 В, конденсатор 01 мФ и динамик.

Цепь аварийной сигнализации о дожде

Когда дождевая вода контактирует с датчиком в указанной выше цепи, через цепь протекает ток, чтобы активировать транзистор Q1 (NPN), а также транзистор Q1 делает активным транзистор Q2 (PNP).Таким образом, транзистор Q2 проводит, и затем ток через динамик генерирует звук зуммера. Пока зонд не соприкоснется с водой, эта процедура повторяется снова и снова. В приведенной выше схеме построен колебательный контур, который изменяет частоту тона, и, таким образом, тон может быть изменен.

Простой монитор температуры

Эта схема выдает индикацию с помощью светодиода, когда напряжение батареи падает ниже 9 вольт. Эта схема идеальна для контроля уровня заряда небольших батарей 12 В. Эти батареи используются в системах охранной сигнализации и портативных устройствах. Работа этой схемы зависит от смещения клеммы базы транзистора T1.

Простая электронная схема монитора температуры

Когда напряжение батареи превышает 9 вольт, напряжение на клеммах база-эмиттер будет таким же. Это отключает и транзисторы, и светодиод. Когда напряжение батареи падает ниже 9 В из-за использования, базовое напряжение транзистора T1 падает, а напряжение его эмиттера остается неизменным, поскольку конденсатор C1 полностью заряжен.На этом этапе клемма базы транзистора T1 становится + ve и включается. Конденсатор C1 разряжается через светодиодный индикатор

Схема датчика касания

Схема датчика касания состоит из трех компонентов, таких как резистор, транзистор и светоизлучающий диод. Здесь и резистор, и светодиод подключены последовательно с положительным питанием к клемме коллектора транзистора.

Простая электронная схема сенсорного датчика

Выберите резистор, чтобы установить ток светодиода примерно на 20 мА. Теперь подключите соединения на двух открытых концах: одно соединение идет к плюсовому проводу, а другое — к клемме базы транзистора. Теперь прикоснитесь к этим двум проводам пальцем. Коснитесь этих проводов пальцем, тогда загорится светодиод!

Схема мультиметра

Мультиметр — это важная, простая и базовая электрическая схема, которая используется для измерения напряжения, сопротивления и тока. Он также используется для измерения параметров постоянного и переменного тока. Мультиметр включает в себя гальванометр, подключенный последовательно с сопротивлением.Напряжение в цепи можно измерить, поместив щупы мультиметра в цепь. Мультиметр в основном используется для проверки целостности обмоток двигателя.

Мультиметр Простая электронная схема

Схема светодиодного мигающего индикатора

Конфигурация схемы светодиодного мигающего индикатора показана ниже. Следующая схема построена с использованием одного из самых популярных компонентов, таких как таймер 555 и интегральные схемы. Эта цепь будет мигать светодиодом ON и OFF через равные промежутки времени.

LED Flasher Простая электронная схема

Слева направо в схеме конденсатор и два транзистора устанавливают время, необходимое для включения или выключения светодиода. Изменяя время, необходимое для зарядки конденсатора, чтобы активировать таймер. Таймер IC 555 используется для определения времени, в течение которого светодиод остается включенным и выключенным.

Включает в себя сложную схему внутри, но поскольку она заключена в интегральную схему. Два конденсатора расположены с правой стороны таймера, и они необходимы для правильной работы таймера.Последняя часть — это светодиод и резистор. Резистор используется для ограничения тока светодиода. Так что он не повредит

Невидимая охранная сигнализация

Схема невидимой охранной сигнализации построена на фототранзисторе и ИК-светодиоде. Когда на пути инфракрасных лучей нет препятствий, сигнал тревоги не будет издавать звуковой сигнал. Когда кто-то пересекает инфракрасный луч, раздается звуковой сигнал. Если фототранзистор и инфракрасный светодиод заключены в черные трубки и правильно соединены, дальность действия цепи составляет 1 метр.

Простая электронная схема охранной сигнализации

Когда инфракрасный луч падает на фототранзистор L14F1, он защищает BC557 (PNP) от проводимости, и в этом состоянии зуммер не генерирует звук. Когда инфракрасный луч прерывается, фототранзистор выключается, позволяя транзистору PNP работать, и звучит зуммер. Закрепите фототранзистор и инфракрасный светодиод на обратной стороне в правильном положении, чтобы зуммер не работал. Отрегулируйте переменный резистор, чтобы установить смещение транзистора PNP.Здесь можно использовать и другие типы фототранзисторов вместо LI4F1, но L14F1 более чувствителен.

Светодиодная схема

Светоизлучающий диод — это небольшой компонент, излучающий свет. Использование светодиода дает много преимуществ, потому что оно очень дешевое, простое в использовании, и мы можем легко понять, работает схема или нет, по ее индикации.

LED Простая электронная схема

При прямом смещении дырки и электроны через переход перемещаются вперед и назад.В этом процессе они будут объединяться или иным образом устранять друг друга. Через некоторое время, если электрон перейдет из кремния n-типа в кремний p-типа, то этот электрон объединится с дыркой и исчезнет. Он делает один полный атом, и он более стабилен, поэтому он будет генерировать небольшое количество энергии в виде фотонов света.

В условиях обратного смещения положительный источник питания отводит все электроны, присутствующие в переходе. И все отверстия будут тянуться к отрицательной клемме.Таким образом, переход обеднен носителями заряда, и ток через него не течет.

Анод — длинный штифт. Это вывод, который вы подключаете к наиболее положительному напряжению. Катодный вывод должен подключаться к наиболее отрицательному напряжению. Для работы светодиода они должны быть правильно подключены.

Простой метроном светочувствительности с использованием транзисторов

Любое устройство, которое производит регулярные метрические тики (удары, щелчки), мы можем назвать его метрономом (устанавливаемое количество ударов в минуту). Здесь галочки означают фиксированный регулярный слуховой пульс. Синхронизированное визуальное движение, такое как качание маятника, также включено в некоторые метрономы.

Простая электронная схема метронома светочувствительности

Это простая схема метронома светочувствительности, использующая транзисторы. В этой схеме используются два типа транзисторов, а именно номер транзистора 2N3904 и 2N3906, составляющие цепь исходной частоты. Звук из громкоговорителя будет увеличиваться и уменьшаться по частоте в звуке. LDR используется в этой схеме LDR означает светозависимый резистор, также мы можем назвать его фоторезистором или фотоэлементом.LDR — это регулируемый светорезистор.

Если интенсивность падающего света увеличивается, сопротивление LDR уменьшается. Это явление называется фотопроводимостью. Когда ведущий световой проблесковый маячок приближается к LDR в темной комнате, он получает свет, тогда сопротивление LDR понижается. Это повысит или повлияет на частоту источника, частоту звукового контура. Дерево непрерывно ласкает музыку из-за изменения частоты в цепи. Просто посмотрите на приведенную выше схему для получения других подробностей.

Схема сенсорного сенсорного переключателя

Принципиальная схема сенсорного сенсорного переключателя показана ниже. Эта схема может быть построена на IC 555 в режиме моностабильного мультивибратора. В этом режиме эта ИС может быть активирована путем создания высокого логического уровня в ответ на вывод 2. Время, необходимое для генерации выходного сигнала, в основном зависит от номиналов конденсатора (C1) и переменного резистора (VR1).

Чувствительный переключатель на основе касания

После касания сенсорной пластины контакт 2 микросхемы будет перемещен к менее логическому потенциалу, например, ниже 1/3 Vcc.Состояние выхода может быть возвращено с низкого на высокий по времени, чтобы активировать стадию запуска реле. Как только конденсатор C1 разряжен, активируются нагрузки. Здесь нагрузки подключаются к контактам реле, и управление им может осуществляться через контакты реле.

Электронный глаз

Электронный глаз в основном используется для наблюдения за гостями у основания входной двери. Вместо звонка он подключается к двери с помощью LDR. Каждый раз, когда посторонний человек пытается открыть дверь, тень этого человека падает на LDR.Затем немедленно активируется схема, чтобы генерировать звук с помощью зуммера.

Electronic Eye

Проектирование этой схемы может быть выполнено с использованием логического элемента, например, НЕ с использованием ИС D4049 CMOS. Эта ИС имеет шесть отдельных вентилей НЕ, но в этой схеме используется только один вентиль НЕ. Как только выход логического элемента НЕ высокий, а вход pin3 меньше по сравнению с 1/3 ступени источника напряжения. Точно так же, когда уровень напряжения питания увеличивается выше 1/3, выход становится низким.

Выход этой схемы имеет два состояния, например 0 и 1, и в этой схеме используется батарея 9 В.Контакт 1 в схеме может быть подключен к источнику положительного напряжения, а контакт 8 подключен к клемме заземления. В этой схеме LDR играет основную роль в обнаружении тени человека, и его значение в основном зависит от яркости падающей на него тени.

Схема делителя потенциала построена через резистор 220 кОм и LDR, подключенные последовательно. Как только LDR получает меньше напряжения в темноте, он получает больше напряжения от делителя напряжения. Это разделенное напряжение можно использовать как вход затвора НЕ.Когда: LDR становится темным и входное напряжение этого затвора уменьшается до 1/3 напряжения, тогда на контакте 2 появляется высокое напряжение. Наконец, будет активирован зуммер для воспроизведения звука.

FM-передатчик с использованием UPC1651

Ниже показана схема FM-передатчика, работающего с 5 В постоянного тока. Эта схема может быть построена с кремниевым усилителем, например ICUPC1651. Коэффициент усиления по мощности этой схемы находится в широком диапазоне, например 19 дБ, тогда как частотная характеристика составляет 1200 МГц. В этой схеме аудиосигналы можно принимать с помощью микрофона. Эти звуковые сигналы поступают на второй вход микросхемы через конденсатор С1. Здесь конденсатор действует как фильтр шума.

FM-передатчик

FM-модулированный сигнал допустим на контакте 4. Здесь этот контакт 4 является выходным контактом. В приведенной выше схеме LC-цепь может быть сформирована с использованием катушки индуктивности и конденсатора, таких как L1 и C3, так что могут формироваться колебания. Таким образом, изменяя конденсатор C3, можно изменять частоту передатчика.

Автоматический светильник для уборной

Вы когда-нибудь думали о какой-либо системе, которая способна включать свет в вашей уборной, когда вы входите в нее, и выключать свет, когда вы выходите из ванной?

Действительно ли возможно включить свет в ванной, просто войдя в ванную, и выключить, просто выйдя из ванной? Да, это так! С автоматической домашней системой вам вообще не нужно нажимать какой-либо переключатель, наоборот, все, что вам нужно сделать, это открыть или закрыть дверь — и все. Чтобы получить такую ​​систему, все, что вам нужно, это нормально замкнутый переключатель, OPAMP, таймер и лампа 12 В.

Необходимые компоненты

Схема подключения

OPAMP IC 741 — это одиночная микросхема OPAMP, состоящая из 8 контактов. Контакты 2 и 3 являются входными контактами, контакт 3 — неинвертирующим контактом, а контакт 2 — инвертирующим контактом. Фиксированное напряжение через устройство делителя потенциала подается на контакт 3, а входное напряжение через переключатель подается на контакт 2.

Используемый переключатель — нормально замкнутый переключатель SPST. Выходной сигнал OPAMP IC подается на микросхему таймера 555, которая при запуске (низким напряжением на входном выводе 2) генерирует высокий логический импульс (с напряжением, равным его источнику питания 12 В) на своем выходном контакте. 3. Этот выходной контакт подключен к лампе 12 В.

Принципиальная схема

Автоматическое освещение для уборной

Работа схемы

Переключатель размещается на стене таким образом, что, когда дверь открывается, полностью толкая ее к стене, нормально закрытый переключатель открывается когда дверь касается стены. Используемый здесь OPAMP работает как компаратор. Когда переключатель разомкнут, инвертирующий терминал подключается к источнику питания 12 В, и напряжение приблизительно 4 В подается на неинвертирующий терминал.

Теперь, когда напряжение на неинвертирующем выводе меньше, чем на инвертирующем выводе, на выходе OPAMP генерируется низкий логический импульс. Он поступает на вход ИС таймера через схему делителя потенциала. ИС таймера запускается при низком логическом сигнале на своем входе и генерирует высокий логический импульс на своем выходе.Здесь таймер работает в моностабильном режиме. Когда лампа получает этот сигнал 12 В, она светится.

Аналогично, когда человек выходит из туалета и закрывает дверь, переключатель возвращается в свое нормальное положение и закрывается. Поскольку неинвертирующий терминал OPAMP находится под более высоким напряжением по сравнению с инвертирующим терминалом, на выходе OPAMP высокий логический уровень. Это не может запустить таймер; поскольку таймер не выводит сигнал, лампа выключается.

Автоматический дверной звонок

Вы когда-нибудь задумывались? как легко было бы, если бы вы пошли к себе домой из офиса, очень уставший и подошел к двери, чтобы ее закрыть.Внезапно внутри звонит звонок, затем кто-то открывает дверь, не нажимая.

Вы могли подумать, что это похоже на сон или иллюзию, но это не так; это реальность, которой можно достичь с помощью нескольких основных электронных схем. Все, что требуется, — это расположение датчиков и цепь управления для срабатывания сигнализации на основе входного сигнала датчика.

Необходимые компоненты

Схема подключения

Используемый датчик — это ИК-светодиод и фототранзистор, расположенные рядом друг с другом.Выходной сигнал сенсорного блока поступает на микросхему таймера 555 через транзистор и резистор. Вход для таймера подается на вывод 2.

На сенсорный блок подается напряжение 5 В, а на вывод 8 микросхемы таймера подается напряжение Vcc 9 В. К выходному выводу 3 таймера подключен зуммер. Другие контакты таймера IC подключаются аналогичным образом, так что таймер работает в моностабильном режиме.

Принципиальная схема

Автоматический дверной звонок

Работа цепи

Инфракрасный светодиод и фототранзистор расположены так, чтобы при нормальной работе фототранзистор не светился и не проводил ток.Таким образом, транзистор (поскольку он не получает никакого входного напряжения) не проводит.

Так как входной контакт 2 таймера находится на высоком логическом уровне, он не срабатывает и зуммер не звонит, так как он не получает никакого входного сигнала. Если человек приближается к двери, свет, излучаемый светодиодом, принимается этим человеком и отражается обратно. Фототранзистор принимает этот отраженный свет и затем начинает проводить.

Когда этот фототранзистор проводит, транзистор смещается и тоже начинает проводить.Контакт 2 таймера получает низкий логический сигнал, и таймер запускается. Когда этот таймер запускается, на выходе генерируется высокий логический импульс 9 В, и когда зуммер получает этот импульс, он срабатывает и начинает звонить.

Простая сигнализация о дождевой воде

Хотя дождь необходим всем, особенно для сельскохозяйственных секторов, временами его последствия разрушительны, и даже многие из нас часто избегают дождя, опасаясь промокнуть, особенно когда идет дождь тяжело.Даже если мы заперты в машине, внезапный сильный ливень ограничивает нас и застревает под сильным дождем. Лобовое стекло работающего автомобиля в таких условиях становится делом довольно хлопотным.

Следовательно, час должен иметь систему индикаторов, которая может указывать на возможность дождя. Компоненты такой простой схемы включают OPAMP, таймер, зуммер, два датчика и, конечно же, несколько основных электронных компонентов. Разместив эту схему внутри вашего автомобиля, дома или в любом другом месте, а датчики снаружи, вы можете разработать простую систему для обнаружения дождя.

Необходимые компоненты

Схема подключения

В качестве компаратора используется OPAMP IC LM741. Два датчика предусмотрены в качестве входа для инвертирующего терминала OPAMP таким образом, что когда дождевая вода попадает на датчики, они соединяются вместе. На неинвертирующий вывод подается фиксированное напряжение через устройство делителя потенциала.

Выходной сигнал OPAMP на контакте 6 подается на контакт 2 таймера через подтягивающий резистор.Контакт 2 таймера 555 является контактом срабатывания. Здесь таймер 555 подключен в моностабильном режиме, так что, когда он запускается на выводе 2, выходной сигнал генерируется на выводе 3 таймера. Конденсатор емкостью 470 мкФ подключен между выводом 6 и землей, а конденсатор емкостью 0,01 мкФ подключен между выводом 5 и землей. Между контактами 7 и питанием Vcc подключен резистор 10 кОм.

Принципиальная схема

Простая система аварийной сигнализации о дождевой воде

Работа контура

Когда нет дождя, датчики не соединяются между собой (здесь вместо датчиков используется кнопка с ключом), и, следовательно, нет подачи напряжения на инвертирующий вход OPAMP. Поскольку на неинвертирующий терминал подается фиксированное напряжение, на выходе OPAMP высокий логический уровень. Когда этот сигнал подается на входной контакт таймера, он не срабатывает и выход отсутствует.

Когда начинается дождь, датчики соединяются между собой каплями воды, поскольку вода является хорошим проводником тока, и поэтому ток начинает течь через датчики, и на инвертирующий вывод OPAMP подается напряжение. Это напряжение больше, чем фиксированное напряжение на неинвертирующем выводе, и тогда, в результате, выходной сигнал OPAMP находится на низком логическом уровне.

Когда это напряжение подается на вход таймера, таймер срабатывает и генерируется высокий логический уровень на выходе, который затем передается на зуммер. Таким образом, при обнаружении дождевой воды зуммер начинает звонить, указывая на дождь.

Мигающие лампы с таймером 555

Все мы любим фестивали, и поэтому, будь то Рождество, Дивали или любой другой праздник, первое, что приходит в голову, — это украшение. Что может быть в таком случае лучше, чем применить свои знания в области электроники для украшения вашего дома, офиса или любого другого места? Хотя существует много типов сложных и эффективных систем освещения, здесь мы сосредоточимся на простой схеме мигающей лампы.

Основная идея здесь состоит в том, чтобы изменять интенсивность ламп с интервалом в одну минуту, и для этого мы должны обеспечить колебательный вход на переключатель или реле, управляющее лампами.

Необходимые компоненты

Подключение цепи

В этой системе таймер 555 используется в качестве генератора, способного генерировать импульсы с интервалом максимум 10 минут. Частоту этого временного интервала можно регулировать с помощью переменного резистора, подключенного между разрядным выводом 7 и выводом 8 Vcc таймера IC.Значение другого резистора установлено на 1 кОм, а конденсатор между контактами 6 и 1 установлен на 1 мкФ.

Выход таймера на выводе 3 подан на параллельную комбинацию диода и реле. В системе используется реле с нормально замкнутыми контактами. В системе используются 4 лампы: две из которых соединены последовательно, а две другие пары последовательно соединенных ламп соединены параллельно друг другу. Переключатель DPST используется для управления переключением каждой пары ламп.

Принципиальная схема

Мигающие лампы с использованием таймера 555

Работа схемы

Когда эта схема получает источник питания 9 В (также может быть 12 или 15 В), таймер 555 генерирует колебания на своем выходе.Диод на выходе используется для защиты. Когда на катушку реле поступают импульсы, на нее подается питание.

Предположим, общий контакт переключателя DPST подключен таким образом, что верхняя пара ламп получает питание 230 В переменного тока. Поскольку переключение реле меняется из-за колебаний, яркость ламп также меняется, и они кажутся мигающими. То же самое происходит и с другой парой ламп.

Зарядное устройство с SCR и таймером 555

В настоящее время все электронные устройства, которые вы используете, зависят от источника питания постоянного тока для своей работы. Обычно они получают этот источник питания от дома переменного тока и используют схему преобразователя для преобразования этого переменного тока в постоянный.

Однако в случае сбоя питания можно использовать аккумулятор. Но основная проблема батарей — это их ограниченный срок службы. Тогда что делать дальше? Есть способ, как можно использовать аккумуляторные батареи. Далее самая большая проблема — это эффективная зарядка аккумуляторов.

Для решения такой проблемы разработана простая схема с использованием SCR и таймера 555, обеспечивающая контролируемую зарядку и разрядку аккумулятора с индикацией.

Компоненты цепи

Подключение цепи

Питание 230 В подается на первичную обмотку трансформатора. Вторичная обмотка трансформатора подключена к катоду кремниевого управляющего выпрямителя (SCR). Затем анод SCR подключается к лампе, а затем параллельно подключается аккумулятор. Затем комбинация из двух резисторов (R5 и R4) подключается последовательно с потенциометром 100 Ом на батарее. Используется таймер 555 в моностабильном режиме, который запускается последовательной комбинацией диода и транзистора PNP.

Принципиальная схема Зарядное устройство

с использованием SCR и таймера 555

Работа схемы

Понижающий трансформатор снижает напряжение переменного тока на первичной обмотке, и это пониженное напряжение переменного тока подается на вторичную. Используемый здесь тиристор действует как выпрямитель. В нормальном режиме работы, когда SCR проводит, он позволяет постоянному току течь в батарею. Когда аккумулятор заряжается, небольшой ток проходит через схему делителя потенциала R4, R5 и потенциометр.

Поскольку на диод поступает очень малый ток, он незначительно проводит. Когда это небольшое смещение применяется к транзистору PNP, он проводит. В результате транзистор заземлен, и на входной вывод таймера подается низкий логический сигнал, который запускает таймер. Затем выходной сигнал таймера подается на вывод затвора SCR, который запускается на проводимость.

Если аккумулятор полностью заряжен, он начинает разряжаться, и ток через устройство делителя потенциала увеличивается, и диод также начинает сильно проводить, а затем транзистор оказывается в области отсечки.При этом не запускается таймер, и в результате SCR не срабатывает, что прекращает подачу тока на батарею. Индикация заряда батареи отображается при помощи светящейся лампы.

Простые электронные схемы для студентов инженерных специальностей

Существует несколько простых электронных проектов для начинающих, которые включают проекты DIY (сделай сам), проекты без пайки и так далее. Беспаечные проекты можно рассматривать как проекты электроники для начинающих, поскольку это очень простые электронные схемы.Эти беспаечные проекты могут быть реализованы на макетной плате без пайки, следовательно, называются беспаечными проектами.

Проекты: датчик ночного освещения, индикатор уровня верхнего резервуара для воды, светодиодный диммер, полицейская сирена, звонок на основе сенсорной точки, автоматическое освещение задержки туалета, система пожарной сигнализации, полицейские огни, умный вентилятор, кухонный таймер и так далее. примеры простых электронных схем для начинающих.

Простые электронные схемы для начинающих

Smart Fan

Вентиляторы часто используются в электронных устройствах в жилых домах, офисах и т. Д., для вентиляции и предотвращения удушья. Этот проект предназначен для сокращения потерь электроэнергии за счет автоматического переключения.

Схема интеллектуального вентилятора

Проект интеллектуального вентилятора представляет собой простую электронную схему, которая включается, когда человек находится в комнате, и вентилятор выключается, когда человек выходит из комнаты. Таким образом можно уменьшить количество потребляемой электроэнергии. Блок-схема интеллектуального вентилятора

Электронная схема интеллектуального вентилятора состоит из ИК-светодиода и фотодиода, используемого для обнаружения человека.Таймер 555 используется для управления вентилятором, если пара инфракрасного светодиода и фотодиода обнаруживает кого-либо, тогда срабатывает таймер 555.

Ночной светильник

Ночной светильник от www. edgefxkits.com

Ночной светильник — это одна из самых простых в разработке электронных схем, а также самая мощная схема для экономии электроэнергии за счет автоматического переключения света. Наиболее часто используемые электронные устройства — это фонари, но всегда трудно управлять ими, запоминая.

Блок-схема ночного света

Схема ночного освещения будет управлять светом в зависимости от интенсивности света, падающего на датчик, используемый в цепи. Светозависимый резистор (LDR) используется в качестве светового датчика в цепи, которая автоматически включает и выключает свет без какой-либо поддержки человека.

Светодиодный диммер

Светодиодный диммер

Светодиодные лампы предпочтительнее, поскольку они наиболее эффективны, долговечны и потребляют очень мало энергии. Функция затемнения светодиодов используется для различных целей, таких как запугивание, украшение и т. Д.Несмотря на то, что светодиоды предназначены для регулирования яркости, для повышения производительности можно использовать схемы регулирования яркости.

Блок-схема светодиодного диммера

Светодиодный диммер — это простые электронные схемы, разработанные с использованием микросхемы таймера 555, полевого МОП-транзистора, регулируемого предварительно установленного резистора и мощного светодиода. Схема подключена, как показано на рисунке выше, и яркость можно регулировать от 10 до 100 процентов.

Звонок на основе точки касания

Звонок на основе точки касания от

В нашей повседневной жизни мы обычно используем множество простых электронных схем, таких как звонок для вызова, ИК-пульт дистанционного управления для телевизора, переменного тока и т. Д., и так далее. Обычная система звонка состоит из переключателя, который запускает звук зуммера или загорается индикатор.

Блок-схема звонка на основе точки касания

Звонок вызова на основе точки касания представляет собой инновационную и простую электронную схему, разработанную для замены обычного звонка. Схема состоит из сенсорного датчика, микросхемы таймера 555, транзистора и зуммера. Если человеческое тело касается сенсорного датчика цепи, то напряжение, возникающее на сенсорной пластине, используется для запуска таймера.Таким образом, выходной сигнал таймера 555 становится высоким в течение фиксированного временного интервала (на основе постоянной времени RC). Этот выход используется для управления транзистором, который, в свою очередь, включает зуммер на этот промежуток времени и автоматически выключается после этого.

Пожарная сигнализация

Пожарная сигнализация

Самая важная электронная схема для дома, офиса, любого места, в котором есть вероятность пожара, — это система пожарной сигнализации. Всегда сложно даже представить себе пожарную аварию, поэтому система пожарной сигнализации помогает потушить пожар или спастись от пожара, уменьшить человеческие жертвы и материальный ущерб.

Блок-схема системы пожарной сигнализации

Простой электронный проект, построенный с использованием светодиодного индикатора, транзистора и термистора, может использоваться в качестве системы пожарной сигнализации. Этот проект можно использовать даже для индикации высоких температур (пожар вызывает высокие температуры), так что систему охлаждения можно включить, чтобы снизить температуру до ограниченного диапазона. Термистор (датчик температуры) используется для определения изменений температуры и, таким образом, изменяет вход транзистора. Таким образом, если диапазон температур превышает ограниченное значение, транзистор включит светодиодный индикатор, чтобы указать высокую температуру.

Это все о 10 лучших простых электронных схемах для начинающих, которые заинтересованы в разработке своих простых электронных схем. Мы надеемся, что эти типы схем будут полезны для начинающих, а также студентов-инженеров. Кроме того, любые вопросы, касающиеся проектов по электрике и электронике для студентов-инженеров, просьба оставлять отзывы, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, что такое активные и пассивные компоненты?

Фото:

Автоматическая зарядка конденсатора до регулируемого уровня напряжения для импульсного управления светодиодами

смоделировать эту схему — Схема, созданная с помощью CircuitLab

ОБНОВЛЕНИЕ

: я нарисовал предварительную схему (см. Выше) после полезных комментариев здесь.Теперь я использую токоограничивающие резисторы как на высокой, так и на низкой стороне (R1 и R2). Я использую фиксированный делитель напряжения 1:20 для измерения напряжения конденсатора; вместе с отдельным регулируемым источником напряжения 0 … + 5 В он может управлять компаратором (LM311). Я добавил в свою схему микросхему логического И, поэтому один сигнал HIGH от Arduino одновременно отключит конденсатор от источника питания и подключит его к светодиоду (только на короткое время, <2 мс, и только если конденсатор уже заряжено).

Что я до сих пор не могу понять, так это как настроить переключатель высокого давления. Использование MOSFET с p-каналом непросто. Возможно, что-то вроде этого: http://www.bristolwatch.com/ele/tr1.htm? Но мой источник напряжения пульсирует — возможно, добавление еще одного конденсатора (перед переключателем высокого напряжения для сглаживания пульсаций) поможет?

Вот одна экспериментальная схема того же типа, которую мне удалось найти: https://petermobbs. wordpress.com/2015/02/06/experiments-with-led-based-flash-gun-for-high-speed-photography / Мне нужно что-то подобное, но для значительно более мощных светодиодов (они используют светодиоды мощностью 3 Вт; я хочу использовать банк светодиодов COB 100 Вт на каждый цвет).Их экспериментальные данные показывают, что можно управлять светодиодами токами, намного превышающими его номинальные, — без какой-либо защиты от сверхтока (пока импульс короткий; <500 мкс в их тесте). Наблюдаемая линейная зависимость напряжения от тока означает, что светодиоды ведут себя как устройство с фиксированным импедансом при возбуждении короткими импульсами, что объясняет, почему не требуется токовая защита.

ОРИГИНАЛЬНЫЙ ТЕКСТ:

Я уже некоторое время раздумывал над идеей построить экспериментальную светодиодную вспышку для моей фотостудии на основе цветных (RGB) высокомощных светодиодов COB, приводимых в действие очень коротким импульсом (<5 мс) при значительном напряжении (возможно, в 3 раза выше номинального напряжения светодиодов (36 В в моем случае: светодиодный модуль RGB COB 3x33 Вт; я бы использовал три таких модуля в своей вспышке). Я видел данные экспериментальных исследований, демонстрирующие, что это должно быть возможно без разрушения светодиода, если между импульсами достаточно времени (> 2 с для моих целей).

Ядром этой схемы будут три идентичные схемы (для R, G, B), которые будут иметь большой конденсатор (скажем, 1000u x 250 В), заряжаемый непосредственно от сети переменного тока (120 В 60 Гц здесь, в Канаде) через выпрямитель на регулируемый значение напряжения в диапазоне 36 … 100 В. (Регулировка не требует программного управления; подойдет простой горшок + некоторые другие элементы.) Вот где я сейчас застрял.

Мой первый наивный взгляд на это, чтобы иметь компаратор (например, LM311) подается от источника стабилизированного опорного напряжения (скажем, 8.1V — я получил некоторые Zeners для этого значения) и уменьшенное напряжение (с делителем напряжения два-резистора) от конденсатора. Компаратор будет управлять полевым МОП-транзистором высокого напряжения, который будет находиться между выпрямителем и конденсатором. Делитель напряжения будет отрегулирован для достижения необходимого мне напряжения на конденсаторе.

Но меня беспокоит, что делитель напряжения будет слишком быстро разряжать конденсатор (падение напряжения на 1% после 10 с при нагрузке 1 МОм).Я хочу, чтобы моя светодиодная вспышка была полностью доступна для съемки в любое время после начальной зарядки (скажем, ~ 2 с). Если полевой МОП-транзистор постоянно открывается и закрывается, чтобы поддерживать заданное напряжение на конденсаторе, выстрел может произойти в одном из этих двух состояний случайным образом, что, вероятно, повлияет на точность вспышки.

Может быть, я могу использовать сигнал от микроконтроллера Arduino (который будет управлять импульсом разряда от конденсатора к светодиодам, когда я сделаю снимок, с другим задействованным MOSFET), чтобы на мгновение отключить цепь зарядки конденсатора во время выстрела?

Можно ли этого добиться с помощью одного полевого МОП-транзистора в зарядной части схемы?

Или, может быть, мои дизайнерские идеи полностью ошибочны?
Если да, то есть ли лучший способ управления импульсным перенапряжением светодиодов?

PS Назначение такого устройства — иметь мощную (~ 3кВт) светодиодную вспышку с программно регулируемым цветом (путем изменения длительности импульсов для R, G и B).

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *