O post discute um simples circuito de carregador NiCd com proteção automática de sobrecarga e carregamento constante de corrente.
Quando se trata de carregar corretamente uma célula Nickel-Cádmio, é estritamente recomendável que o processo de carregamento seja interrompido ou cortado assim que atingir o nível completo de carga. Não seguir isso pode afetar negativamente a vida útil da célula, reduzindo significativamente sua eficiência de backup.
O simples circuito de carregador Ni-Cad apresentado abaixo aborda efetivamente o critério de sobrecarga, incluindo instalações como um carregamento de corrente constante, bem como cortar a oferta quando o terminal celular atinge o valor total de carga.
Principais Características e Vantagens
- Corte automático no nível de carga total
- Corrente constante durante todo o carregamento.
- Indicação de LED para corte total de carga.
- Permite que o usuário adicione mais etapas para carregar até 10 células NiCd simultaneamente.
Diagrama do circuito
Como funciona
A configuração simples detalhada aqui é projetada para carregar uma única célula ‘AA’ de 500 mAh com a taxa de carga recomendada de cerca de 50 mA, no entanto, poderia ser convenientemente personalizada baratamente para carregar várias células juntas, repetindo a área mostrada em linhas pontilhadas.
A tensão de alimentação do circuito é adquirida a partir de um transformador, retificador de ponte e regulador de IC 5 V.
A célula é carregada com um transistor T1 que é configurado como uma fonte de corrente constante.
O T1, por outro lado, é controlado por um comparador de tensão usando um acionamento TTL Schmitt N1. Durante o tempo em que a célula carrega a tensão terminal da célula é mantida em torno de 1,25 V.
Este nível parece ser inferior ao limiar positivo do gatilho de N1, que mantém a saída de N1 alta, e a saída de N2 se torna baixa, permitindo que T1 obtenha a tensão de viés base através do potencial divisor R4/R5.
Enquanto a célula Ni-Cd for carregada, o LED D1 permanece iluminado. Assim que a célula se aproxima do estado de carga total, sua tensão terminal sobe para aproximadamente 1,45 V. Devido a isso, o limiar positivo do gatilho do N1 sobe fazendo com que a saída do N2 suba.
Esta situação desliga instantaneamente o T1. A célula agora pára de carregar e também o LED D1 está desligado.
Como o limite de ativação positivo do N1 é de aproximadamente 1,7 V e é controlado por uma tolerância específica, R3 e P1 são incorporados para alterá-lo para 1,45 V. O limite negativo do gatilho do gatilho Schmitt é em torno de 0,9 V, que passa a ser menor do que a tensão terminal até mesmo de uma célula completamente descarregada.
Isso implica que a conexão de uma célula descarregada em circuito nunca acionará o carregamento para iniciar automaticamente. Por esta razão, um botão de partida S1 está incluído que, quando pressionado, tira a entrada de NI baixa.
Para carregar mais células, a parte do circuito revelada na caixa pontilhada pode ser repetida separadamente, uma para cada bateria.
Isso garante que, independentemente dos níveis de descarga das células, cada uma delas seja carregada individualmente ao nível correto.
Projeto do PCB e sobreposição de componentes
No projeto do PCB abaixo de duas etapas são duplicadas para permitir que duas células Nicad sejam carregadas simultaneamente a partir de uma única placa configurada.
Carregador Ni-Cad usando um Resistor
Este carregador simples em particular poderia ser construído com peças que poderiam ser vistas em quase qualquer recipiente de lixo de construtor. Para uma vida útil ótima (número de ciclos de carregamento) as baterias Ni-Cad devem ser carregadas com uma corrente relativamente constante.
Isso é muitas vezes realizado facilmente carregando através de um resistor de uma tensão de alimentação muitas vezes maior do que a tensão da bateria. A mudança na tensão da bateria, pois as cargas provavelmente terão influência mínima na corrente de carga. O circuito proposto é composto apenas por um transformador, retificador de diodo e resistor de série, conforme indicado na figura 1.
A imagem gráfica associada facilita o valor necessário do resistor da série a ser determinado.
Uma linha horizontal é desenhada através da tensão do transformador no eixo vertical até que cruze a linha de tensão da bateria especificada. Em seguida, uma linha puxada verticalmente para baixo a partir deste ponto para atender o eixo horizontal posteriormente nos fornece o valor de resistor necessário em ohms.
Por exemplo, a linha pontilhada demonstra que se a tensão do transformador for de 18 V e a bateria ni-cd a ser carregada for de 6 V, então o valor de resistência será em torno de 36 ohms para o controle de corrente pretendido.
Esta resistência indicada é calculada para entregar 120 mA, enquanto para algumas outras taxas correntes de carregamento o valor resistor precisará ser reduzido adequadamente, por exemplo, 18 ohms para 240 mA, 72 ohms para 60 mA etc. D1.
Circuito do carregador NiCad usando controle de corrente automática
As baterias de níquel-cádmio geralmente requerem um carregamento constante de corrente. O circuito carregador NiCad abaixo mostrado é desenvolvido para fornecer 50mA a quatro células de 1,25V (tipo AA), ou 250mA a quatro células de 1,25V (tipo C) conectadas em série, mesmo que possa simplesmente ser modificada para vários outros valores de carregamento.
No discutido circuito do carregador NiCad, r1 e R2 fixam a tensão de saída fora de carga para aproximadamente 8V.
A corrente de saída viaja por meio de R6 ou R7, e à medida que sobe o transistor Tr1 é gradualmente ligado.
Isso faz com que o ponto Y aumente, ligando o transistor Tr2 e permitindo que o ponto Z se torne menos positivo.
O processo, consequentemente, diminui a tensão de saída e tem uma tendência a baixar a corrente. Um nível de equilíbrio é finalmente atingido, o que é determinado pelo valor de R6 e R7.
A dioda D5 inibe a bateria que está sendo carregada, fornecendo o fornecimento para a saída ic1 em caso de 12V ser removido, o que poderia causar sérios danos ao IC.
O FS2 é incorporado para proteger contra danos às baterias que estão sob carga.
A escolha do R6 e do R7 é feita através de alguma tentativa e erro, o que significa que você precisará de um ammeter com um alcance adequado, ou, se os valores R6 e R7 forem genuinamente conhecidos, então a queda de tensão entre eles pode ser calculada através da Lei de Ohm.
Carregador ni-cd usando um amplificador de uma única operação
Este circuito carregador Ni-Cd foi projetado para carregar baterias NiCad padrão de tamanho AA. Um carregador especial é recomendado principalmente para células NiCad pela razão de possuir uma resistência interna extremamente baixa, resultando em uma corrente de carregamento aumentada mesmo que a tensão utilizada seja apenas um pouco maior.
O carregador deve, portanto, incluir um circuito para restringir a corrente de carga a um limite correto. Neste circuito, T1, D1, D2 e C1 funcionam como um tradicional step-down, isolamento, retificador de ondas completas e circuito de filtragem DC. As partes adicionais oferecem o regulamento atual.
O IC1 é empregado como um comparador com um estágio tampão separado Q1, fornecendo uma funcionalidade de corrente de saída appositely alta neste design. A entrada não invertida do IC1 é fornecida com uma tensão de referência de 0,65 V apresentada através do R1 e D3. A entrada invertida é conectada ao solo através do R2 dentro dos níveis de corrente quiescente, permitindo que a saída fique completamente positiva. Tendo uma célula NiCad presa ao longo da saída, uma alta corrente pode fazer um esforço para via R2, fazendo com que uma quantidade equivalente de tensão se desenvolva através do R2.
Pode apenas aumentar para 0,6V, no entanto, uma tensão crescente neste ponto inverte os potenciais de entrada das entradas IC1, fazendo com que a tensão de saída seja reduzida, e reduzindo a tensão em torno de R2 volta 0,65 V. A maior corrente de saída (e também a corrente de carga recebida) é, como resultado, a corrente gerada com 0,65 V em 10 ohms, ou 65 mA colocados de forma simples.
A maioria das células AA NiCad possui uma corrente de carga preferencial ótima de no máximo 45 ou 50 mA, e para esta categoria R2 deve ser aumentada para 13 ohms para que você possa ter a corrente de carga apropriada.
Algumas variedades de carregador rápido podem funcionar com 150 mA, e isso exige baixar R2 para 4,3 ohms (3,3 ohms mais 1 ohm em série no caso de uma parte ideal não pode ser adquirida).
Além disso, o T1 precisa ser melhorado para uma variante com uma classificação atual de 250 mA., e o Q1 deve ser instalado usando um pequeno dissipador de calor. O dispositivo pode facilmente carregar até quatro células (6 células quando o T1 é atualizado para um tipo de 12 V), e tudo isso deve ser anexado em série sobre a saída, e não em paralelo.
Circuito carregador Universal NiCad
A Figura 1 exibe o diagrama completo do carregador NiCad universal. Uma fonte atual é desenvolvida usando os transistores T1, T2 e T3, que oferecem uma corrente de carregamento constante.
A fonte atual só fica ativa quando as células NiCad são anexadas da maneira correta. O ICI está posicionado para verificar a rede verificando a polaridade de tensão nos terminais de saída. Se as células forem manipuladas corretamente, o pino 2 do IC1 não é capaz de se tornar tão positivo quanto no pino 3.
Como resultado, a saída do IC1 fica positiva e obtém uma corrente base para T2, que liga a fonte atual. O limite de origem atual pode ser fixado usando S1. Uma corrente de 50 mA, 180 mA e 400 mA pode ser predefinida assim que os valores de R6,R7 e RB forem determinados. Colocar S1 no ponto 1 mostra que as células NiCad podem ser carregadas, a posição 2 é destinada a células C e a posição 3 é reservada de células D.
Peças diversas TR1 = transformador 2 x 12 V/0,5 AS1 = 3 interruptor de posiçãoS2 = 2 interruptor de posição
A fonte atual funciona usando um princípio muito básico. O circuito é conectado como uma rede de feedback atual. Imagine que s1 estar na posição 1 e a saída IC1 é positiva. T2 e 13 agora começam a receber uma corrente base e iniciam a condução. A corrente através desses transistores constitui uma tensão em torno do R6, que aciona o T1 em operação.
Uma corrente crescente em torno do R6 significa que o T1 pode conduzir com maior força, minimizando assim a corrente de unidade base para os transistores T2 e T3.
O segundo transistor pode neste momento realizar menos e o aumento inicial da corrente é restrito. Uma corrente razoavelmente constante por meio de R3 e as células NiCad anexadas assim é implementada.
Alguns LEDs ligados à fonte atual indicam o status operacional do carregador NiCad em qualquer instante. O IC1 tem uma tensão positiva quando as células NiCad estiverem ligadas da maneira correta iluminando o LED D8.
Se as células não estiverem conectadas com a polaridade correta, o potencial positivo no pino 2 do IC1 será maior que o pino 3, fazendo com que a saída do comparador op amp se torne 0 V.
Nesta situação, a fonte atual permanecerá desligada e o LED D8 não acenderá. Uma condição idêntica pode ocorrer no caso de nenhuma célula estar conectada para carregamento. Isso pode acontecer porque o pino 2 terá uma tensão aumentada em comparação com o pino 3, devido à queda de tensão em D10.
O carregador só será ativado quando uma célula composta de um mínimo de 1 V é juntada. O LED D9 mostra que a fonte atual está operando como uma fonte atual.
Isso pode parecer bastante peculiar, porém uma corrente de entrada gerada pelo IC1 simplesmente não é adequada, o nível de tensão também precisa ser grande o suficiente para reforçar a corrente.
Isso implica que o fornecimento deve ser sempre maior do que a tensão através das células NiCad. Somente nesta situação a diferença potencial será suficiente para o feedback atual T1 dar o pontapé inicial, iluminando o LED D9.
PCB Design
Usando IC 7805
O diagrama do circuito abaixo demonstra um circuito carregador ideal para uma célula ni-cad.
Isso emprega um IC regulador 7805 para fornecer um 5V constante através de um resistor, o que faz com que a corrente dependa do valor do resistor, em vez do potencial celular.
O valor do resistor deve ser ajustado em relação ao tipo que é usado para carregar; qualquer valor entre 10 Ohm a 470 Ohm poderia ser usado dependendo da classificação mAh celular. Devido à natureza flutuante do IC 7805 em relação ao potencial do solo, este projeto poderia ser aplicado para o carregamento de células nicad individuais ou séries de algumas células.
Usando corrente constante baseada em 7805 e LED
O próximo circuito depende de um regulador de tensão 7805 que lida com uma carga fixa R1, e uma carga variável na forma de duas baterias NiCd. O resultado é bastante perceptível: tensão e carga são constantes. O dispositivo completo, incluindo o regulador de tensão e a carga R1, poderia posteriormente ser ligado em série a uma carga potencial variada, que é neste caso específico nossa bateria de níquel cádmio que vai ser carregada, e temos a corrente permanecendo totalmente constante. Esta situação é, certamente, sempre assumindo que a tensão de entrada é adequadamente alta.
O circuito inclui um pequeno recurso extra que é o LED conectado em série com o pino de terra do regulador lC. Este LED está configurado para funcionar como um indicador de carregamento NiCd.
Uma corrente predeterminada de 8mA +/-1 mA, que é determinada pela corrente de saída preferencial e que deve ser incorporada a esta corrente de saída, executada por meio do LED. Ao fixar o valor do resistor R1, é crucial remepar sobre os 1,5 V extras lançados através do LED.
Como já considerado, esta fonte atual é utilizada como a corrente de carregamento para baterias NiCad. Ao contrário das baterias de chumbo-ácido, as baterias NiCd devem ser carregadas com uma corrente constante.
NiCads típicos precisam ser carregados com uma corrente que deve ser 1/10º valor de sua classificação mAH, e cobrado por uma duração aproximada de 14 horas.
É sempre recomendado garantir que a célula NiCd seja totalmente descarregada e, em seguida, rapidamente conectada a um carregador. Isso permitirá que a célula tenha uma vida útil mais longa e forneça maior número de ciclos de carga/descarga.
Carregando célula ni-cd de uma fonte de 12V
O princípio mais fundamental para um carregador de bateria é que sua tensão de carregamento deve ser mais do que a tensão nominal da bateria. Por exemplo, uma bateria de 12 V deve ser carregada a partir de uma fonte de 14 V.
Neste circuito carregador Ni-Cd de 12V, é utilizado um duplo-duplo de tensão baseado no popular IC de 555. Como a saída 3 do chip está conectada alternadamente entre a tensão de alimentação de +12 V e a terra, o IC oscila.
C3 é cobrado através de D2 e D3 a quase 12 V quando o pino 3 é uma lógica baixa. O momento do pino 3 é lógico alto, a tensão de junção de C3 e D3 aumenta para 24 V devido ao terminal negativo de C3 que está plugado a +12 V, e o próprio capacitor possui uma carga do mesmo valor. Então, diodo D3 torna-se tendencioso reverso, mas D4 conduz apenas o suficiente para C4 para ser cobrado acima de 20 V. Isso é mais do que suficiente para o nosso circuito.
O 78L05 no IC2 posições atua como um fornecedor atual que acontece de manter sua tensão de saída, Un, de aparecer em R3 a 5 V. A corrente de saída, eun, pode ser simplesmente calculado a partir da equação:
Iη = Uη / R3 = 5 / 680 = 7,4 mA
As propriedades do 78L05 incluem desenhar a corrente em si como o terminal central (geralmente aterrado) dá a nossa em torno de 3 mA.
A corrente de carga total é de cerca de 10 mA e isso é um bom valor para carregar constantemente baterias NiCd. Para exibir que a corrente de carregamento está fluindo, um LED está incluído no circuito.
Gráfico de corrente de carregamento
A Figura 2 retrata as propriedades da corrente de carregamento contra a tensão da bateria. É bastante evidente que o circuito não é inteiramente perfeito, pois a bateria de 12 V será carregada com uma corrente medindo apenas cerca de 5 mA. Algumas razões para isso:
- A tensão de saída do circuito parece cair com a corrente crescente.
- A queda de tensão através do 78L05 é em torno de 5 V. Mas, um adicional de 2,5 V deve ser incluído para garantir que o IC funcione com precisão.
- Através do LED, provavelmente há uma queda de tensão de 1,5 V.
Considerando tudo isso, uma bateria NiCd de 12 V com uma capacidade nominal de 500 mAh poderia ser carregada ininterruptamente usando uma corrente de 5 mA. No total, é apenas 1% de sua capacidade.
Carregando 8 células em série com corte automático
Com uma corrente constante de até 100mA, este circuito pode carregar até oito baterias 1,25 V Nicad. O carregador tropeça e o carregamento pára quando a tensão da bateria atinge um limiar predefinido. A tensão de uma célula Nicad sobe à medida que é carregada, atingindo um máximo de cerca de 1,45 V quando completamente carregada.
NOTA: O 3º trimestre deve ser 8550 ou BD140
Quando a tensão de uma bateria de oito células atinge 11,6 V, ela é completamente carregada. A corrente de carregamento sugerida por uma célula Nicad é geralmente 10% de sua classificação mAh, ou 50 mA para uma bateria de 500 mAh. Conecte um voltímetro aos terminais A e B para completar o circuito. PR1 é definido para a tensão de viagem apropriada, que neste caso é de 11V6 para oito baterias.
Em seguida, entre os terminais C e D, um miliampere é anexado. A corrente de carregamento mínima é ajustada por PR2 quando o botão de reset SW1 é brevemente pressionado. Entre os terminais C e D, a bateria agora pode ser anexada. O LED 2 acende assim que o SW1 é empurrado, indicando que a bateria está carregando.
A corrente de carregamento reduz para zero quando a tensão da bateria atinge a tensão de viagem predefinida, e o LED 1 acende, mostrando que a bateria está completamente carregada.
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Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
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Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
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