Простой зарядник для пальчикового аккумулятора
Автор: AcousticManiac
Опубликовано 18.04.2013
Создано при помощи КотоРед.
Доброго дня всем, сегодня я поведаю вам историю поиска и обретения мной одной полезной схемки. Началось все аж летом 2011 года, когда я прикупил недорогой MP3-плеер флешку Explay L12, в USB втыкаемую и единым мизинцем питаемую. Покупал принципиально под мизинец, ибо меня не устраивает ничтожный период работоспособности техники со встроенным Li-Ion/Li-Po аккумулятором, который даже подзарядить негде в пути в случае непредвиденной посадки, а тут во как хорошо, сдох мизинец-выкинул да вставил запаску-и еще две недели слушай (кроме шуток, реально две недели держится на Дураселле али Энерджайзере).
Первое врямя так и делал-гальванику юзал, благо маман, очень кстати работающая на хозтоварах, снабжала меня качественными и недорогими энергоносителями. Но потом захотелось мне на NiMH-аккумулятор пересесть, пущай, думаю, маман лучше продает батарейки, чем мне давать, авось больше денег в доме будет)). Купить-то мизинец оказалось не проблема, а вот найти зарядку-на удивление сложно. Дело в том, что большинство зарядок, имеющихся в продаже, заряжают по два-четыре пальца, а с одним работать наотрез отказываются. Одноканальные зарядки, знаю, бывают, но такую найти не удалось. И начал я рыскать по интернетам в поисках схемы, желательно работающей от 5в. USB, заодно привлекши к поискам здешних форумчан, открывши тему с просьбой о помощи, и радость моя была велика, когда я нашел вот это:
Но радость оказалась недолгой. После сборки оказалось, что оно нифига не хочет работать-мелкий транзистор и ОУ греются, напряжение на выходе не настраивается, в общем, ужос. Усы мои поникли, и я, запивая Вискас валерьянкой, пожаловался публично-мол, не робит, чего делать-то? Мне в ответ один добрый человек сказал, мол, и ОУ не подходящий тут, и вообще, перемороченная схема-мелкий транзистор лишний, индикаторы не по месту расставлены, и бла-бла-бла. В общем, по итогу рассуждений и опытов родилась вот такая схемка:
Действовать оно должно (и, надо полагать, таки действует) следующим образом: пока напряжение на неинвертирующем входе больше напряжения на инвертирующем, ОУ держит транзистор открытым. По мере заряда напряжение на неинвертирующем входе понижается, и, как только оно уравняется с напряжением на инвертирующем входе, ОУ хлопает дверью базой транзистора, закрывая его. Заряд, однако, прекращается не мгновенно, а постепенно, начиная с определенного понижения напряжения на неинвертирующем входе. Визуально это можно наблюдать по уменьшению яркости свечения HL1 до тех пор, пока он вообще даже в кромешной тьме не потухнет полностью, это и будет официальным и безоговорочным концом зарядки. Ток заряда зависит от сопротивления R2, у меня при 15 Ом ток заряда получился
190мА. Мощность этого резистора должна быть лучше не менее 2вт., ибо даже при моем незначительном токе он греется весьма заметно (на нем рассеивается около 0,5вт)
Налаживание сводится к подстройке напряжения окончания заряда. Для этого вместо батарейки вставляем в гнездо резистор на 100 Ом и подстроечником R6 выставляем напряжение на клеммах в районе 1,45-1,47в.. Выставили напряжение? Молодцы, теперь можно вставлять палец и втыкать зарядник в источник питания. Загорятся оба светодиода, и, если HL2 будет светить постоянно, так как всего лишь индицирует наличие питания, то HL1, как уже было сказано, укажет своим угасанием, что заряду конец). Ну а о настройке тока уже сказано. Добавлю лишь, что в прилагаемом файле с печатками я дублировал R2 и ввел переключатель, чтобы установить разными сопротивлениями разный зврядный ток.
Немного о деталях: Помимо необходимости в мощном токозадающем резисторе данная схема нуждается в сверх-ярких светодиодах. Такой выбор у меня обусловлен их большой эффективностью-даже при токе всего 1мА они горят весьма заметно, в отличии от простых АЛ307, которые при таком токе разглядишь лишь в темноте. Да и при питании от USB каждый миллиампер на счету. В случае с HL1, еще и ни к чему отбирать слишком большой ток с выхода ОУ, хотя, в принципе, не так много едят эти АЛ307.. В общем, можно любые 3-вольтные светики ставить, но для обычных АЛ307, возможнро, придется уменьшать R1 и R7, чтобы увеличить яркость. Я использовал 3-миллиметровые сверх-яркие красный HL1 и зеленый HL2. АЛ307 тоже применял при опытах, но сверх-яркие больше в душу запали.
Подстроечник гораздо лучше брать многооборотный, ибо с простым и точно выставлять напряг напряжно, и настройка может сбиться от любого случайного прикосновения. Транзистор брать можно с любой буквой. ОУ, кроме указанных, даже не знаю, мало какие опера работают от столь малого напряжения, да и ни к чему замены искать, обозначенных LM358 и LM324 как грязи повсюду. На старой материнке, к примеру, можно найти и тот, и другой (правда, в SMD-шном корпусе SOIC8).
Некоторые тонкости эксплуатации: А вот теперь немного о грустном. Так как схема предельно простая, она недостаточно умна, чтобы заряжать батарейки большим током. Как известно, стандартный ток заряда для любого аккумулятора численно равен 10% от его емкости, при этом заряд продолжается до 16 часов. Удвоив ток, мы сократим заряд вдвое. Утроив-втрое. Обратно пропорциональная зависимость рулит. Однако, при большом токе напряжение аккумулятора возрастет быстрее, и схема прекратит заряд до полного восстановления пальца. Негоже аккумы неполноценно заряжать, товарищи, а посему рекомендую не выставлять ток более 20% от емкости, а лучше, 10-15%, как говорится, тише едешь-дальше будешь, да и куда спешить-воткнул вечером да и забирай с утра готовое. Лично я так и делаю.
Второй неприятный момент состоит в том, что если кому захочется зарядить от USB 2 или более пальца, придется собирать по одной схеме на каждый акк, и на каждое ЗУ потребуется своя порция тока, от USB 2.0 при лимите выдаваемого тока 500мА особо не разгуляешься и не настроишь высокий ток заряда всем пальцам.
Напряжение окончания заряда зависит от точного значения напряжения питания, все же в исходной схеме было зерно истины в лице стабилизатора) Так что гонять зарядник надо всегда от одного и того же источника питания. Я использую 5-вольтовый сетевой адаптер с разъемом USB, оставшийся от другого старого плеера.
Хочу выразить благодарность товарищу под ником Sstvov за приведение схемы к рабочему виду, и нашему уважаемому модератору Starichok51 за полезные консультации и пояснение принципа работы схемы. Благодаря их помощи я теперь могу поделиться с человечеством этой мелкой полезняшкой))) И прошу извинения за многа букафф, просто захотелось описать все и сразу до мелочей))
Ну, и в заключении пара фоток-двухканальный прототип, собранный для итоговых испытаний (они прошли успешно), и одноканальная итоговая версия, которая уже почти полтора года обеспечивает мой плеер неиссякаемой возобновляемой энергией.
В некоторых устройствах, в качестве элементов питания, используются никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металл-гидридные (NiMH) аккумуляторы, которые предусматривают многократное восстановление (перезарядку)при помощи зарядного устройства. При правильной эксплуатации число циклов перезарядки для NiCd аккумуляторов — 500. 1000, а для NiMH — несколько тысяч.
Установлено, что оптимальным, с точки зрения проходящих внутри электрохимических реакций, является ток, составляющий 10% от номинальной емкости Q, то есть
Iзар = 0,1Q.
В этом случае время зарядки аккумуляторов необходимо выдержать порядка 12-14 часов , элемент наберет 100% своей номинальной емкости, а срок службы аккумуляторов будет максимальным.
Большинство зарядных устройств предусматривает работу от бытовой сети переменного тока, напряжением 220 В, с понижением напряжения до нужного уровня. При самостоятельном изготовлении зарядного устройства, когда требуется небольшой ток заряда (до 100 мА), имеет смысл сделать бестрансформаторное зарядное устройство. Для понижения напряжения применяется высоковольтный конденсатор небольших размеров, за счет чего габариты всей конструкции удается уменьшить. Схема такого зарядного устройства, предназначенного для одновременного заряда двух аккумуляторов, приведена на рисунке 1.
Схема обеспечивается асимметричный режим заряда, что позволяет продлить срок службы элементов. Заряд аккумуляторов GB1 и GB2 проводится током около 90 мА.
Для индикации наличия сетевого напряжения используется светодиод HL1, типа АЛ307 и др. Конденсатор С1 из серий К73-17, К73-21, МБГ и другие высоковольтные, на напряжение 400 вольт.
При правильной сборке устройства настройки не потребуется.
Следует помнить, что нельзя прикасаться к аккумуляторам и другим элементам схемы во время их зарядки, подключенным в сеть переменного тока. После окончания заряда необходимо отключить устройство из сети, а только потом изъять аккумуляторы и не оставлять их подключенными в устройстве, т.к. они будут разряжаться через резисторы R5, R6.
Такое зарядное устройство можно применить для зарядки аккумуляторов емкостью 600-1000 мА, т.к. для аккумуляторов большей емкости время заряда будет значительно больше 15-и часов, что не целесообразно.
Несмотря на принимаемые меры защиты, все же лучше, если зарядное устройство будет иметь гальваническую развязку от сети, Тем более что в продаже несложно найти подходящий по мощности трансформатор, а выбирать его надо не менее чем с двойным запасом по току.
Схема зарядного устройства с трансформатором представлена на рис. 2, и позволяет одновременно заряжать 2 аккумулятора.
Заряд элементов производится поочередно, через резисторы R2 и R3, в разные полупериоды питающего напряжения. В то время когда нет заряда, происходит разряд элемента током, в 10 раз меньшим, чем зарядный ток Iзар, через резисторы R4, R5.
Аккумуляторы прослужат дольше, если их зарядку выполнять от источника стабильного тока. Простой стабилизатор тока можно выполнить на основе транзистора, рис. 3:
В схеме опорное напряжение берется со светодиода (одновременно он является и индикатором того, что идет процесс заряда), а отрицательную обратную связь по току обеспечивает резистор R2.
Величина зарядного тока в диапазоне 10. 100 мА устанавливается за счет изменения напряжения токовой обратной связи подстроечным резистором R2.
Зарядное устройство может быть собрано на микросхеме КР142ЕН12А(Б) или ее импортном аналоге LM317T. Схема зарядного устройства на микросхеме К142ЕН12 представлена на рисунке 4:
С помощью такого источника тока можно заряжать не только отдельные элементы, но и составленные из них батареи, включенные последовательно. Для нормальной работы схемы надо, чтобы напряжение после выпрямителя было на 6. 7 В больше, чем номинальное напряжение заряжаемого аккумулятора.
Схема содержит минимальное количество элементов и может быть универсальной. Предлагаемая схема позволяет получать разный ток стабилизации, в зависимости от выбора резистора R2 (см. таблицу 1) :
При желании сопротивление задающего ток резистора можно изменять галетным
переключателем — в этом случае возможно заряжать разные типы аккумуляторов, а в автономных условиях в качестве источника напряжения применить подключение к автомобильному аккумулятору.
Диод VD1 в схеме на рисунке 4 предотвращает повреждение микросхемы в случае, если заряжаемый элемент будет подключен раньше, чем включено питание устройства.
микросхему лучше закрепить на теплоотводе (радиаторе), обеспечив его изоляцию от корпуса конструкции.
Зарядку аккумуляторов можно автоматизировать двумя способами. Первый способ заключается в ограничении времени зарядки с помощью таймера, отключающего зарядное устройство через заданное время.
Второй способ заключается в том, что параллельно заряжаемому аккумулятору устанавливается пороговое устройство, отключающее заряд при достижении на аккумуляторе расчетного предельного напряжения.
По материалам книги "Путеводитель, в мир электроники. Книга 2." Авторы: Семенов Б. Ю., Шелестов И. П.- М.: COЛOH-Пресс. — 2004, 352 с.
На одном из радиолюбительских сайтов увидел схему для зарядки портативных Ni-Mn и Ni-Cd аккумуляторов с рабочим напряжением 1,2-1,4 В от USB-порта. С помощью этого устройства можно заряжать портативные аккумуляторные батарейки током примерно 100 мА. Схема несложная. Собрать её не составит труда даже начинающему радиолюбителю.
Конечно, можно купить готовое ЗУ. В продаже их сейчас великое множество и на любой вкус. Но их цена вряд ли удовлетворит начинающего радиолюбителя или того, кто способен сделать зарядное устройство своими руками.
Решил повторить эту схему, но сделать зарядное устройство для зарядки сразу двух аккумуляторов. Выдаваемый ток USB 2.0 составляет 500 mA. Так что можно смело подключить два аккумулятора. Доработанная схема выглядела так.
Так же хотелось, чтобы была возможность подключение внешнего источника питания напряжением 5 В .
Схема содержит всего восемь радиодеталей.
Из инструмента потребуется минимальный набор радиолюбителя: паяльник, припой, флюс, тестер, пинцет, отвёртки, нож. Перед пайкой радиодеталей их необходимо проверить на исправность. Для этого нам потребуется тестер. Резисторы проверить очень просто. Измеряем их сопротивление и сравниваем с номиналом. О том, как проверить диод и светодиод есть много статей в интернете.
Для корпуса использовал пластмассовый футляр размером 65*45*20 мм. Батарейный отсек вырезал из детской игрушки «Тетрис».
О переделке батарейного отсека расскажу подробней. Дело в том, что изначально
плюсы и минусы клемм питания батареек установлены противоположно. Но мне нужно было, что бы в верхней части отсека располагались две изолирование плюсовые клеммы, а внизу одна общая минусовая. Для этого я нижнюю плюсовую клемму перенёс наверх, а общую минусовую вырезал из жести, припаяв оставшиеся пружины.
В качестве флюса при паянии пружин применял паяльную кислоту с соблюдением всех правил техники безопасности. Место пайки обязательно промыть в проточной воде до полного удаления следов кислоты. Провода от клемм подпаял и пропустил внутрь корпуса через просверленные отверстия.
Батарейный отсек закрепил на крышке футляра тремя маленькими шурупами.
Плату выпилил из старого модулятора игровой приставки «Денди». Удалил все ненужные детали и дорожки печатного монтажа. Оставил только гнездо питания. В качестве новых дорожек использовал толстый медный провод. В нижней крышке просверлил отверстия для вентиляции.
Готовая плата плотно села в корпус, поэтому я её закреплять не стал.
После установки всех радиодеталей на свои места проверяем правильность монтажа и очищаем плату от флюса.
Теперь займёмся распайкой шнура питания и установкой тока зарядки для каждого аккумулятора.
В качестве шнура питания использовал USB шнур от старой компьютерной мышки и кусок питающего провода со штекером от «Денди».
Шнуру питания нужно уделить особое внимание. Ни в коем случае нельзя перепутать «+» и «-». У меня на штекере «+» питания подключен к центральному контакту чёрным проводом с белой полосой. А «-» питания идёт по чёрному (без полосы) проводу на наружный контакт штекера. На USB шнуре «+» идёт на красный провод а «-» на чёрный. Спаиваем плюс с плюсом и минус с минусом. Места пайки тщательно изолируем. Далее проверяем шнур на короткое замыкание, подключив тестер в режиме измерения сопротивления к клеммам штекера. Тестер должен показать бесконечное сопротивление. Все надо тщательно перепроверить, что бы ни спалить USB-порт. Если всё нормально, подключаем наш шнур к USB-порту и проверяем напряжение на штекере. Тестер должен показать 5 вольт.
Последний этап настройки это установка зарядного тока. Для этого разрываем цепь диода VD1 и «+» аккумулятора. В разрыв подключаем тестер в режиме измерения тока включенного на предел 200 mA. Плюс тестера на диод, а минус к аккумулятору.
Вставляем аккумулятор на место, соблюдая полярность, и подаём питание. При этом должен загореться светодиод. Он сигнализирует о том, что аккумулятор подключен. Далее, изменяя сопротивление R1, устанавливаем требуемый ток заряда. В нашем случае он равен примерно 100 mA . При уменьшении сопротивления резистора R1 зарядный ток увеличивается, а при увеличении уменьшается.
То же самое делаем для второго аккумулятора. После этого скручиваем наш корпус и
зарядное устройство готово к использованию.
Поскольку различные пальчиковые аккумуляторы имеют разную
емкость, потребуется разное время для зарядки этих аккумуляторов. Аккумуляторы
емкостью 1400 мА/ч с напряжением 1,2 В потребуется заряжать с помощью данной
схемы примерно 14 часов, а аккумуляторы 700 мА/ч потребуется всего 7 часов.
У меня имеются аккумуляторы емкостью 2700 мА/ч. Но заряжать их 27 часов от USB-порта не хотелось. Поэтому я и сделал гнездо питания для внешнего источника питания 5 вольт 1А, который у меня лежал без дела.
Вот ещё несколько фото готового устройства.
Наклейки рисовал программой FrontDesigner 3.0. Затем распечатал на лазерном принтере. Вырезал ножницами, наклеил лицевой стороной на тонкий скотч шириной 20 мм. Лишний скотч обрезал. В качестве клея использовал клей-карандаш, предварительно смазав им и наклейку и место, куда она клеится. Насколько это надёжно, пока не знаю.
Теперь плюсы и минусы данной схемы.
Плюс в том, что схема не содержит дефицитных и дорогостоящих деталей и собирается буквально на коленке. Так же есть возможность запитать от USB-порта, что не мало важно для начинающих радиолюбителей. Не надо ломать голову, откуда запитать схему. Не смотря на то, что схема очень простая, данный способ зарядки используется во многих промышленных зарядных устройствах.
Так же можно немного усложнив схему реализовать переключение зарядного тока.
Подбором R1,R3 и R4 можно выставить зарядный ток для разных по ёмкости аккумуляторов, тем самым обеспечив рекомендуемый зарядный ток для данного аккумулятора, который обычно равен 0,1C (C-ёмкость аккумулятора).
Теперь минусы. Самый большой, это отсутствие стабилизации зарядного тока. То есть
При изменении входного напряжения будет изменятся зарядный ток. Так же при ошибке в монтаже или коротком замыкании схемы есть большая вероятность спалить USB-порт.
