Yüksek akımlı nicad pil şarj devresi mosfet bjt

Nacad şarj devresinin iki versiyonu var birincisi bjt (mje2955) transistörlü diğeri ise mosfetli (2sj295) devreler arasında fazla bir fark yok çıkış transistörü değiştirilmiş D1 ledi güç kaynağı girişini gösteriyor D2 ledi pilin dolduğunu gösteriyor D3 ledi ise devreye pil bağlandığını gösteriyor

Şarj akımı devredeki R8 direncinin değeri değiştirilerek arttırılabilir özellikle nicad pil kullanılan şarjlı matkap, şarj süpürge, model maket işleri ile uğraşan kişiler için ideal kaliteli bir şarj devresi zaten yazarda bu işler ile uğraşıyor maketlerinde kullandığı devreyi paylaşmış.

Nicad şarj cihazı, 12V ile çalıştırıldığında 1 ila 7 hücreyi 2 Ampere kadar şarj edecektir. Daha yüksek voltajlı bir güç kaynağına erişiminiz varsa, daha fazla hücre şarj edilebilir. Ne kadar voltaj gerektiğini hesaplamak için hücre başına 1,6 V artı 0,8 V devre kaybı olduğunu varsayalım. Bu nedenle 10 hücreyi şarj etmek için en az (1,6*10)+0,8=16,8V’a ihtiyacınız olacaktır.

Devre, PNP güç transistörü (Q2) kullanan bir sabit akım üreteci ve yüksek kazançlı bir LM358 opamp kullanan tepe tespitli kapatma devresi olmak üzere iki bölümden oluşur. Şarj döngüsünü başlatmak için, SW1 anahtarı anlık olarak kapatılır ve C1’in boşalmasına neden olur. IC1’in evirme girişi artık ters çevirmeyen girişinden daha yüksek olduğundan, çıkışı düşük olur ve Q1’i açar. Bu, kırmızı “şarj” LED’ini (D2) yakar ve pili şarj etmeye başlayan Q2’yi açmak için R6 ve R7 aracılığıyla yaklaşık 80mA sağlar. Şarj akımı, aküye giderken R8 üzerinden akar. R8’deki voltaj yaklaşık 0,6V’u aştığında, Q3 açılmaya başlar ve Q2’nin tabanından akımı çalar. Bu, çıkış akımını R8’in değeri tarafından belirlenen bir miktarda düzenler.

Şarjın bittiğini tespit etmek için bir Nicad pilinin ‘zirve’ etkisinden faydalanıyoruz. Şarj işlemi sırasında pildeki voltaj, daha fazla şarj depolanamayana kadar sürekli olarak yükselir; bu noktada fazla enerjinin ısı olarak dağıtılması gerekir. Akü sıcaklığında ortaya çıkan artış, voltajın küçük bir miktar düşmesine neden olur (hücre başına 7 mV kadar az). Bu devrede, pil gerilimi C1 kondansatöründe depolanan zaman gecikmeli bir versiyonla karşılaştırılarak tepe noktası tespiti elde edilir. Akü voltajı yükseldiğinde, C1’deki voltaj C3’teki voltajın gerisinde kalır, bu nedenle IC1 çıkışını düşük tutar. C1’deki voltaj C3’ten daha yüksek olursa, akü voltajı şimdi düşüyor olmalıdır. IC1’in evirmeyen girişi artık tersleyen girişinden daha yüksek olduğundan, çıkışı yükselir, Q1’i kapatır ve şarj döngüsünü durdurur.

Q4, şarjın sonunda çıkış akımının kapalı tutulmasını sağlamak için şarj akımını izler. Akım önceden ayarlanan miktarın yarısının altına düşerse, Q4 açılır ve ters çevrilmeyen IC1 girişini yükseğe zorlar, böylece şarjı kalıcı olarak durdurur. Bu, tepe algılamada veya akü voltajı besleme voltajına çok yaklaşırsa (örn. akünün bağlantısı kesilirse) gerçekleşir. R11 ve R12 ile birlikte turuncu “güç” gösterge LED’i (D3), Q4 temelinde 0,9 V’luk bir voltaj referansı sağlar. Baz ve yayıcı arasında 0,6V çıkarılarak, Q4, R8 üzerindeki voltaj 0,3V’un altına düştüğünde açılır.

Ne yazık ki, bir LM358 opamp’ın girişleri, besleme voltajından yalnızca 1,5 V daha azına kadar düzgün çalışır. Mevcut güç kaynağı voltajını tam olarak kullanmak için opamp girişlerini bu seviyenin altında tutmak gerekir. Şarj altındaki pil 10V’a ulaştığında R9 yaklaşık 1,5V düşer (R5 ve D5’ten geçen akım nedeniyle). Daha düşük voltajlarda kademeli olarak daha az düşer, bu nedenle hassasiyeti gereksiz yere düşürmez.

Başka bir sorun da, bir LM358’in çıkışının besleme rayına kadar gitmemesi, ancak bunun yalnızca yaklaşık 1,2 V altında yönetebilmesidir. Bu nedenle, Q1 ve Q2 tamamen kapanmayabilir, bu da “pil” LED’inin olmaması gerektiği halde yanık kalmasına neden olabilir. Bu nedenle, Q2’nin tamamen kapanmasını sağlamak için R14 eklendi.

Halihazırda dolu olan bir pili şarj etmeye çalışırsanız, çok hızlı bir şekilde doruğa ulaşabilir. R3 ve C2’nin zaman sabiti oldukça uzun olduğundan (20 saniyeden fazla), C2’nin hemen en az %90 şarja ulaşmasını sağlamak için D4 eklendi, böylece tepe algılama devresini şarjın bitmesi için “hazırladı” sinyal kaçırılmaz.

Güvenilirliği artırmak için birkaç parça daha eklendi. C5 ve R10, akım regülatörünün yüksek frekans kararlılığını sağlar, C4 ve C6, güç kaynağı gürültüsünü yumuşatır ve C1 ve C3, hassas tepe algılama devresindeki gürültüyü ortadan kaldırır. R1, R2 ve R10, sırasıyla Q4, SW1 ve Q3 boyunca aşırı akımları sınırlar.

Bu devreyi hazır parçaları kullanmak için tasarladım, pahalı veya egzotik IC’ler gerekli değil! IC1 için birçok farklı opamp kullanılabilir, sadece ortak mod giriş voltajı aralığının, çıkış salınımının ve öngerilim akımının yeterince iyi olduğundan emin olun. Önyargı akımı 100nA’dan az olmalıdır. Giriş ofset voltajı 3mV’den az olmalıdır. Bu, LM358A veya AD708 (daha iyi) gibi yüksek özellikli bir parça, boş ayarlı bir opamp (bir trim-pot eklenmesi gerekir) veya düşük ofset voltajı için tek bir parça seçerek elde edilebilir. Transistörler, PNP oldukları, makul akım kazancına sahip oldukları ve gücü kaldırabildikleri sürece hemen hemen tipler olabilir.

D1, D2 ve D3 LED’leri istediğiniz renkte olabilir. “Güç” için sarı, “şarj” için kırmızı ve “pil” için yeşil kullandım. R11’deki voltaj düşüşünü kontrol edin ve gerekirse değerini 0,9V olacak şekilde ayarlayın. Bazı LED’ler farklı voltajları düşürür, örn. Kırmızı veya sarı LED için 1,8V ve yeşil için 2,2V ile karşılaştırıldığında, mavi LED’ler tipik olarak yaklaşık 4V kullanır.

Q2 oldukça sıcak olabilir pil sayısı gücüne göre soğutucu gerekebilir

Aşırı voltajı emmesi gerektiğinden, yüksek akımda 6 hücre veya daha azını şarj etmek. İyi bir soğutucu üzerine monte edilmelidir. Dirençler R7 ve R8 de oldukça ısınacaktır. Belirtilenden daha düşük dereceler kullanmayın.

C2 düşük sızıntıya sahip olmalıdır. Bu kapasitörden geçen aşırı kaçak akım tepe algılama hassasiyetini azaltacağından bu çok önemlidir. Elektrolitikler, özellikle uzun süre depolanmışlarsa, genellikle bu sorundan muzdariptir. Sızıntı genellikle kapasitörü ‘oluşturarak’ azaltılabilir, bunu birkaç saatliğine çalışma gerilimi uygulayarak yaparsınız. Tantal kondansatörlerin sızıntısı daha düşüktür, ancak büyük boyutlarda olması zordur (gerekli değeri oluşturmak için birkaçını paralel olarak bağlamanız gerekebilir).

Şarj Akımını Ayarlama

R8’in değerini ayarlayarak, şarj akımı pilinize uyacak şekilde ayarlanabilir. İstenen her akım için uygun bir direnç seçmek üzere bir anahtar bağlayabilirsiniz. Çoğu Nicad, 30 dakikada güvenli bir şekilde şarj edilebilir, bu da kapasitelerinin iki katına veya 2C’ye karşılık gelir (örneğin, 300mAh’lik bir hücre 600mA’da şarj edilebilir). 12 V’luk bir beslemeyle, tepe voltajı 11,2 V’un (hücre başına 1,6 V) altında tutmak için 7 hücreli bir paketin daha düşük bir oranda şarj edilmesi gerekebilir, aksi takdirde erken kapanma meydana gelebilir. Pik etkisi çok zayıf olduğundan ve gözden kaçabileceğinden, 1C’den daha düşük akımda şarj edilmesi önerilmez.

Mevcut R8 (Ohm) derecesi
250mA 3,3 0,5W
500mA 1,5 1W
1A 0,68 2W
1,5A 0,47 2W
2A 0,33 3W

Bu resimler, şarj cihazımı küçük bir proje kutusuna takılmış ve daha iyi soğutma için soğutucu dışarıya monte edilmiş olarak gösteriyor. Üç konumlu anahtar, 500mA, 1A veya 2A şarj akımlarını seçer. Çıkış terminalleri çıplak kablolar veya muz fişleri alabilir (fotoğraflarda Sermos konektörlü kısa bir kablo takılıdır).

Kolaylık sağlamak için, prototipleme için iyi olan ancak montaj hatalarına eğilimli olan Veroboard’daki devreyi kurdum. Bu nedenle artık tek taraflı bir PCB tasarladım. Henüz bu pano düzenini test etmediğimi unutmayın. İçinde herhangi bir hata olduğunu düşünüyorsanız, lütfen bana bildirin! Tahta boyutları 2,5 x 2,5 inçtir ve 300 dpi’de yazdırıldığında gerçek boyutta olmalıdır (resmi indirmek için, tam resmi görmek için küçük resme tıklayın, ardından sağ tıklayın ve ‘Resmi farklı kaydet’i seçin).

“Güç” LED’ini yakacak olan 12V Besleme girişlerine uygun bir DC güç kaynağı bağlayın. Şimdi Nicad paketinizi çıkışa bağlayın (doğru kutuplara dikkat ederek!). Paket voltajının en az 2,4 V olması koşuluyla, “batarya” LED’i yanmalıdır (yanmıyorsa, ya kötü bir bağlantı vardır ya da kutuplar terstir). “Başlat” düğmesine bir saniye basın ve “şarj” LED’i yanmalıdır. Nicad’ın zirve yapmasını bekleyin, bu sırada “Şarj” LED’i sönmelidir.

Şarj olan bir pili gözetimsiz BIRAKMAYIN! Paket sıcaklığını düzenli olarak kontrol edin. Şarj işlemi makul bir süre sonunda otomatik olarak durmazsa veya paket ısınırsa derhal bağlantısını kesin. Şarj işlemi çok erken durursa paketinizdeki bir hücre diğerlerinden daha erken doruğa ulaşmış olabilir, bu nedenle “Başlat” düğmesine tekrar basabilirsiniz. Ancak, paket sıcaksa yeniden başlatmayın.

“Pil” LED’ine yavaşça boşalmasını önlemek için şarj ettikten hemen sonra paketin bağlantısını kesin (600mAh 7,2V’luk bir paket saatte yaklaşık %1 şarj kaybeder).

Şarjın ne zaman bittiğini görmek için LED’leri periyodik olarak kontrol etmek yerine, sesli bir göstergenin olması güzel olmaz mıydı? Bu devre yapar…

CHRG, şarj cihazındaki LM358 opamp’ın 1. piminden alınır. Açılışta /CHRG yüksektir, dolayısıyla IC1A çıkışı düşüktür ve IC1B çıkışı yüksek kalır. ‘Başlat’ düğmesine basıldığında, /CHRG azalır. IC1A bunu tersine çevirir ve C3’ün R2 üzerinden şarj olmaya başlamasına neden olur. Yaklaşık 2 saniye sonra C3’teki voltaj, IC1B, C1 ve R1 tarafından oluşturulan osilatörü etkinleştirecek kadar yüksektir. Bu, IC1D’ye beslenen yaklaşık 2kHz frekanslı bir kare dalga üretir. Ancak /CHRG, IC1D’ye de bağlı olduğundan 2kHz tonunun piezo hoparlöre ulaşmasını engeller. Şarjın sonunda /CHRG yüksek değere döner, ancak osilatör C3 boşalana kadar (2 saniye daha) çalışmaya devam eder. IC1D artık etkindir, bu nedenle hoparlör etkinleştirilir. IC1C, daha fazla gürültü için hoparlöre giden voltajı iki katına çıkarır!

Devre, küçük bir kart üzerine monte edilebilecek kadar basittir. +12V güç kaynağı IC1’in 14. pimine bağlanır ve Topraklama 7. pime gider.

Daha Yüksek Akım için P kanal MOSFET Kullanma

Orijinal devrenin şarj akımı, çıkış transistörü daha fazlasını kaldıramadığı için değil, çok fazla temel akıma ihtiyaç duyduğu için 2A ile sınırlıdır. FET’ler akım yerine voltaj tarafından kontrol edilir, bu nedenle çok daha düşük sürücü gereksinimleri vardır.

Bipolar çıkış transistörünün bir P-Kanal MOSFET ile değiştirilmesi, FET’in dayanabileceği kadar yüksek şarj akımı sağlar (uygun bir R8 değeriyle, örn. 0,1 4A için 5 Ohm). Hem R8 hem de FET, yüksek akımlarda çok ısınabilir, bu nedenle yeterince derecelendirildiklerinden ve soğutma bloklarına sahip olduklarından emin olun! 4A’da 4 hücreden daha azını şarj etmek pratik değildir çünkü FET çok ısınır.

R7 ve R14 değerlerinin değiştiğini ve R6’nın artık pozitif besleme rayına bağlandığını unutmayın.

Devrenin eagle cad ile hazırlanmış pcb çizimi var;