Путеводитель в мир электроники. Книга 2 - Борис Семенов

Тем не менее, с начала 80 гг. XX в. некоторые американские фирмы начали выпускать гальванические элементы с гарантированным перезарядом (при условии использования «фирменного» зарядного устройства) [1]. Стоят такие элементы в два раза дороже обычных батареек, но это — вполне оправданные затраты, даже несмотря на то, что после каждого цикла «заряд-разряд» их емкость постепенно уменьшается, — в аккумуляторах она постоянна в течение всего срока эксплуатации, но аккумуляторы и стоят существенно дороже.

Многократная перезарядка большинства типов гальванических элементов возможна при выполнении следующих условий:

1. Нельзя доводить элемент до полного разряда, т. е. надо его ставить на подзаряд при снижении напряжения не ниже уровня в 1 В;

2. Подзарядку необходимо выполнять асимметричным током в режиме «заряд-разряд», при этом зарядный ток в 10 раз превышает разрядный;

3. Время процесса подзаряда не должно превышать 6…10 часов;

4. После окончания процесса необходимо, чтобы элемент 1…2 часа никуда не устанавливался, так как у него будет повышенное напряжение (до 1,85 В), которое постепенно вернется к номинальному (1,5 В).

А теперь посмотрим, как можно сделать собственное «фирменное» зарядное устройство для разных типов гальванических элементов.

«Таблетки» из серии СЦ

Элементы питания из серии СЦ часто используются в часах и разных игрушках. Если требуется восстановить у них заряд, схема для регенерации может быть очень простой и малогабаритной при выполнении ее с бестрансформаторным сетевым питанием. Несколько вариантов таких зарядных устройств показано на рис. 15.9.

Рис. 15.9. Три схемы зарядных устройств для миниатюрных элементов

В схеме на рис. 15.9, а зарядный ток (Iзар) элемента G1 протекает через цепь VD1-R1 в момент положительной полуволны сетевого напряжения. Величина Iзар зависит от величины R1. В момент отрицательной полуволны диод VD1 закрыт и разряд идет по цепи VD2-R2. Соотношение Iзар и Iразр выбрано 10:1. У каждого типа элемента серии СЦ своя емкость, но известно, что величина зарядного тока должна составлять примерно десятую часть от электрической емкости элемента питания. Например, для СЦ-21 (емкость 38 мАч) — Iзар = 3,8 мА, Iразр = 0,38 мА, для СЦ-59 (емкость 30 мА ч) — Iзар = 3 мА, Iразр = 0,3 мА. Близкие по емкости элементы можно заряжать от одного и того же зарядного устройства, но соответствующим образом изменив время зарядки.

На схеме указаны номиналы резисторов для регенерации элементов СЦ-59 и СЦ-21, а для других типов их легко определить, воспользовавшись соотношениями:

R1 = 220/(2·Iзар), R2 = 0,1·R1.

Установленный в схемах стабилитрон в работе зарядного устройства участия не принимает, но выполняет функцию защиты от поражения электрическим током — при отключенном элементе

G1 на выходных контактах напряжение не сможет возрасти больше, чем уровень стабилизации. Стабилитрон КС175 подойдет с любой последней буквой в обозначении или же может быть заменен двумя стабилитронами типа Д814А, включенными последовательно навстречу друг другу.

В качестве диодов VD1, VD2 подойдут любые выпрямительные с рабочим обратным напряжением не менее 400 В (КД243(Г — Ж), КД247(В — Е) и др.).

Аналогичный принцип работы имеют схемы, показанные на рис. 15.9, б и в. Они в особых пояснениях не нуждаются.

Для удобства эксплуатации во все схемы можно добавить светодиодный индикатор наличия сетевого напряжения, как это сделано в схеме на рис. 15.9, в или на «неонке» (см. вторую главу книги 1).

Для закрепления элементов при заряде можно сделать зажим на основе тонкой латунной пластины или деревянной бельевой прищепки, как это показано на рис. 15.10 (первый вариант более компактный). Восстанавливать таким образом элементы СЦ удается три-четыре раза, если их ставить вовремя на подзарядку, не допуская полного разряда (ниже 1 В).

Рис. 15.10. Варианты выполнения конструкции зажима для подключения элементов к зарядному устройству

Элементы типоразмера АА и ААА

Так как эти гальванические элементы для подзаряда требуют ток более 100 мА, для них зарядное устройство лучше делать на основе понижающего напряжение трансформатора. Проще всего зарядное устройство выполнить по схеме на рис. 15.11.

Рис. 15.11. Схема зарядного устройства для гальванических элементов

Как и предыдущие схемы, данное зарядное устройство обеспечивает асимметричный режим заряда (заряд током 150…160 мА, разряд — 15 мА). Два элемента заряжаются независимо друг от друга, и дефект одного из них не приведет к прекращению заряда другого. Ну а так как заряд проводится в течение одной полуволны сетевого напряжения, когда соответствующий диод открыт, то для получения действующего значения тока заряда 150 мА необходимо, чтобы ток в цепи был не менее 315 мА (15 мА ответвляется через разрядные резисторы).

Светодиод HL1 является индикатором наличия питающего напряжения, а назначение остальных элементов описано было ранее.

Схема не критична к выбору типа элементов. Выпрямительные диоды (VD2, VD3) подойдут с допустимым током не менее 0,5 А. Трансформатор (TV1) подойдет любой с напряжением во вторичной обмотке 4,5…10 В и допустимым током не менее 0,5 А (см. справочный раздел книги). Можно использовать трансформаторы из серии ТН — все они имеют хотя бы одну обмотку на 6,3 В.

Номиналы резисторов R1, R2 + R3 на схеме указаны для напряжения 10 В — для меньшего их соответственно придется уменьшить. Величину резисторов R2 + R3 лучше подобрать экспериментом для конкретного трансформатора, для чего в разрыв цепи от вторичной обмотки TV1 подключается миллиамперметр, а в гнезда устанавливаются разряженные гальванические элементы.

Плата для сборки не приводится, так как она выполняется под размер имеющегося свободного места в конкретном корпусе (топология простая, и вы ее легко разведете самостоятельно).

Конструкция зарядного устройства может быть выполнена на основе вилки с встроенным трансформатором. Из них есть такие корпуса, которые позволяют легко закрепить на верхней крышке контактную колодку (отсек) для установки гальванических элементов, рис. 15.12.

Рис. 15.12. Вид собранной конструкции зарядного устройства

Времязадающие управляющие автоматы

Время, в отличие от денег, накопить нельзя.

Борис Крутиер

Большинство проходящих процессов требует определенного времени. Довольно удобно, когда вместо вас за процессом следит электроника, в XXI веке живем все же. Электронный таймер может не только напомнить звуковым или световым сигналом о том, что уже пора выключить или включить (плиту, зарядное устройство и т. д.), но может сделать это и сам.

По схемотехнической реализации такие таймеры бывают двух типов: аналоговые и цифровые. С аналоговыми таймерами вы уже знакомы по главе 13.

Временной интервал у них задается при помощи цепи заряда конденсатора. Пороговый элемент срабатывает при достижении напряжения на конденсаторе определенного уровня, то есть переключает напряжение на выходе. Схема получается очень простой, но из-за технологического разброса номиналов элементов она требует много времени на настройку интервала (подбор может быть нужен даже в том случае, если времязадающие элементы использовать прецизионные высокоточные и дорогие). Есть еще два недостатка у таких схем, которые ограничивают их применение. Это невысокая точность формируемого интервала (обычно не более 1 % в лучшем случае) из-за влияния окружающей температуры и сложность получения больших временных интервалов (более 30 мин) из-за тока утечки в конденсаторах большой емкости.

В цифровых таймерах используют стабильный задающий генератор импульсов и счетчики импульсов (делители частоты). Увеличивая число счетчиков, можно получить таймер на любой интервал времени. При этом они полностью лишены недостатков аналоговых таймеров, ведь частоту задающего генератора можно легко измерить и подстроить по частотомеру или же воспользоваться кварцевым резонатором для стабилизации.

Таймер для зарядных устройств

При пользовании большинством простейших зарядных устройств необходимо следить за временем, так как они не имеют защиты от повреждения аккумуляторов избыточным зарядом. В наше время и без того дел хватает, чтобы еще помнить и об аккумуляторах. Проще поручить эту задачу электронному таймеру.