P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
PROJ EKT Y Z AGRANI CZ NE
Zasilacz/ładowarka do
akumulatorów
Wi�kszą moc i dłułszy czas pra- nych, m.in. �r�dło napi�cia od-
Wcześniej czy p��niej, ale
cy mołemy osiągnąĘ dzi�ki wyko- niesienia oraz układy sterujące.
prawie kałdemu potrzebny
rzystaniu innych typ�w akumulato- Opisany prototyp ładowarki ma
bywa czasem zestaw
r�w. Najlepszym wyborem wydaje za zadanie utrzymywaĘ w stanie
akumulatorowy, zapewniający
si� byĘ kwasowo-ołowiowy akumu- naładowania wewn�trzny akumu-
zasilanie z dala od gniazdek
lator łelowy. Ten bliski krewny lator łelowy, ładując go prądem
sieciowych. Paotrzeb� taką
akumulatora samochodowego ma o maksymalnym nat�łeniu 1A.
mołe mieĘ radioamator,
elektrolit w postaci łelu, kt�ry - jeśli Rozwiązanie ma zapewniĘ nie
w�dkarz czy teł turysta
tylko obudowa akumulatora nie zo- tyle szybkie ładowanie, ile ciągłą
pragnący mieĘ przenośne,
stała uszkodzona - nie mołe si� gotowośĘ akumulatora do pracy.
bezpieczne oświetlenie
wylaĘ. Akumulatorytakie mogą dzia- Akumulatory łelowe oraz aku-
elektryczne. łaĘ w dowolnym połołeniu i mają mulatory kwasowo-ołowiowe są
dułą pojemnośĘ. Typowy akumula- zazwyczaj ładowane ze �r�dła
Zestawy akumulator�w
tor 12V/7Ah jest r�wnowałny zesta- o stałym napi�ciu, nie zaś prą-
NiCd mają małe rozmiary
wowi 10 ogniw AA połączonych dem o stałym nat�łeniu, jak to
i są bardzo wydajne, ale
szeregowo, ale mołe dostarczyĘ prąd jest w przypadku akumulator�w
ograniczenia technologiczne
o nat�łeniu 14-krotnie wi�kszym. NiCd. Jak wynika ze schematu
powodują, łe ilośĘ
Jego wymiary wynoszą tylko 6,5cm układu oraz przebieg�w przedsta-
dostarczanej przez pojedyncze
x 15cm x 10cm. wionych na rys. 2, układ UC3906
ogniwo energii jest niewielka.
W artykule przedstawione zo- emuluje ładowanie ze �r�dła sta-
Typowy akumulator AA NiCd
staną dwa warianty urządzenia, łego napi�cia, sterując pracą sze-
ma pojemnośĘ około 500mAh,
wykorzystujące t� samą płytk� regowego tranzystora Darlingtona
co oznacza, łe przez godzin�
drukowaną. R�łnią si� one tym, TR1, przez kt�ry są ładowane
mołe dostarczaĘ prąd łe jeden zawiera zasilacz oraz akumulatory. Z napi�cia zmienne-
ładowark� do akumulator�w dają- go 18V, kt�re wyst�puje na uzwo-
o nat�łeniu 500mA, a raczej
cą prąd o nat�łeniu 1A, natomiast jeniu wt�rnym transformatora sie-
przez 10 godzin prąd
drugi zawiera wyłącznie urządze- ciowego T1, mostek prostowniczy
o nat�łeniu 50mA.
nie do ładowania akumulator�w REC1 i kondensator C1 zapewniają
prądem o wi�kszym nat�łeniu. napi�cie stałe około 24V. Niesta-
bilizowane napi�cie 24V podawa-
Ładowarka ne jest na wyprowadzenie 5 ukła-
Schemat elektryczny ładowarki du IC1. W przypadku odłączenia
przedstawiono na rys. 1. Serce napi�cia zasilania układ zostaje
urządzenia stanowi układ scalony zablokowany i stan ten utrzymuje
UC3906 firmy Unitrode, kt�ry si� do momentu, w kt�rym napi�-
w 16-n�łkowej obudowie mieści cie na wyprowadzeniu 5 przekro-
wiele r�łnych blok�w funkcjonal- czy 5V. Gdy to nastąpi, na
Rys. 1. Schemat ideowy zasilacza/ładowarki 12V.
Elektronika Praktyczna 5/98
19
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
nąĘ do 13,8V, poniewał rezystor
R7 nie wpływa juł na stopie�
podziału dzielnika R8, R9.
Ładowanie odbywa si� teraz
w inny spos�b. Początkowo nat�-
łenie prądu ładującego akumulato-
ry wynosi około 1A, ale maleje od
momentu przekroczenia przez na-
pi�cie na wyprowadzeniu 13 war-
tości 13,8V. Napi�cie proporcjonal-
ne do nat�łenia prądu przepływa-
jącego przez rezystor R1 podawane
jest mi�dzy wyprowadzenia
2 i 3 układu IC1. Gdy napi�cie to
spadnie do 25mV, co odpowiada
Rys. 2. Typowe przebiegi czasowe napięć i prądów podczas ładowania.
nat�łeniu prądu r�wnemu jednej
wyprowadzeniu 7 pojawia si� stan mulatora przez rezystor mocy R1, dziesiątej wartości wyst�pującej
niski i włączona zostaje dioda tranzystor i diod� D3 wynosi oko- w poprzednim trybie ładowania,
LED D1, sygnalizująca obecnośĘ ło 1A. Towarzyszy temu spadek nast�puje zako�czenie stanu prze-
napi�cia zasilania. napi�cia na R1 (o rezystancji ładowania (na wyprowadzeniu
Nast�pnie, napi�cie wyst�pują- 0,22&!) wynoszący około 0,25V. 1 pojawia si� impuls). Rozpoczyna
ce na wyprowadzeniu 12 układu W takiej sytuacji wyprowadze- si� ładowanie akumulatora prądem
IC1 jest por�wnywane z wewn�t- nie 10 układu IC1 połączone jest o małym nat�łeniu, trwające do
rznym napi�ciem odniesienia z masą, zwierając rezystory R7 i R9. momentu, w kt�rym napi�cie na
2,3V. W przypadku wartości re- Aby napi�cie na wyprowadzeniu akumulatorze spadnie do 12,4V, co
zystancji R5 i R6 jak na schema- 13 (Vsense) wyniosło 2,3V, a wi�c nastąpi gdy do akumulatora pod-
cie, gdy napi�cie akumulatora jest tyle, ile wynosi napi�cie odniesie- łączone b�dzie obciąłenie. Jeśli
mniejsze od 10V, napi�cie na nia, akumulator musiałby zostaĘ napi�cie akumulatora obniły si�
wyprowadzeniu 12 IC5 jest mniej- naładowany do 14,4V. Wewn�trzne tak, to po podłączeniu napi�cia
sze od 2,3V i nie dochodzi do układy IC1 obniłają jednak wartośĘ sieciowego układ IC1 ponownie
szybkiego ładowania prądem o na- progową do 0,95*2,3V. Warunkiem wchodzi w tryb ładowania prądem
t�łeniu ok. 1A. Do chwili prze- przejścia do kolejnej fazy ładowa- o dułym nat�łeniu.
kroczenia wartości 10V, ładowa- nia jest wi�c napi�cie akumulatora Tranzystor TR1 jest układem
nie odbywa si� prądem o małym wynoszące tylko 13,7V. Darlingtona zawierającym we-
nat�łeniu przez rezystor R4 i wy- Gdy napi�cie akumulatora osią- wn�trzne rezystory wspomagające
prowadzenie 11 układu IC1. ga wartośĘ 13,7, układ przechodzi jego działanie. Przy braku napi�-
w stan przeładowania. Włączona cia sieciowego mołe si� zdarzyĘ,
Ładowanie prądem zostaje sygnalizująca ten stan dio- łe popłynie przez nie prąd
o dułym nat�łeniu da LED D2, a wyprowadzenie 10 wsteczny o dostatecznie dułym
W momencie przekroczenia układu IC1 zostaje rozwarte. W tej nat�łeniu, by włączona została
przez napi�cie akumulatora war- sytuacji - by napi�cie na wypro- dioda LED D1. Sytuacji takiej
tości 10V rozpoczyna si� pierw- wadzeniu 13 wyniosło 2,3V - zapobiega dioda D3. Kondensato-
szy etap szybkiego ładowania. napi�cie akumulatora musi wzros- ry C2 i C3 zapewniają odpornośĘ
Układ IC1 wysterowuje tranzystor na zakł�cenia i stabilnośĘ układu.
Darlingtona w taki spos�b, łe na- Wspomniana we wst�pie wer-
t�łenie prądu płynącego do aku- sja o podwyłszonych parametrach,
Rys. 3. Mozaika ścieżek druku i schemat rozmieszczenia
elementów na płytce urządzenia.
Elektronika Praktyczna 5/98
20
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
zawierająca wyłącznie urządzenie
do ładowania akumulator�w, słu-
ły do ładowania akumulator�w
o wi�kszych pojemnościach,
o wi�kszej masie i przeznaczo-
nych do transportu bez zabierania
ładowarki.
Pierwszym parametrem, kt�rego
wartośĘ naleły ustaliĘ, jest wyma-
gane nat�łenie prądu ładowania
akumulatora, poniewał wynikaĘ
z niej b�dą wartości pozostałych
parametr�w układu. Napi�cie stałe
na wyprowadzeniu 5 układu IC1
nie mołe wynosiĘ mniej nił 17V,
poniewał wtedy układ nie b�dzie
w stanie poprawnie ładowaĘ aku-
mulatora o napi�ciu 12V.
Jeśli załołyĘ, łe kondensator
gromadzący ładunek powinien
mieĘ pojemnośĘ 2000�F na kałdy
1A nat�łenia prądu ładowania, to
z rozwała� dotyczących t�tnie�
i minimalnej wartości napi�cia
stałego na wejściu układu IC1
wynika, łe napi�cie po stronie
wt�rnej transformatora powinno
wynosiĘ 16V. W przypadku pro-
totypu wybrano transformator po-
siadający dwa uzwojenia wt�rne
o napi�ciu 9V kałde, uzyskując
napi�cie 18V.
Moc transformatora w niestabi-
lizowanym zasilaczu z mostkiem
prostowniczym powinna przekra-
czaĘ iloczyn uzyskiwanego napi�-
cia stałego i wymaganego nat�łe-
nia prądu. Jeśli nat�łenie prądu
ładowania ma byĘ wi�ksze, nale-
ły odpowiednio dobraĘ elementy
REC1, D3 i R1. Podobnie, ustala-
jąc wyłsze nat�łenie prądu łado-
wania naleły w takim samym
stopniu zwi�kszyĘ pojemnośĘ
kondensatora, by zachowaĘ ten
sam poziom t�tnie� w cz�ści nie
stabilizowanej zasilacza.
Kolejny element, kt�ry trzeba
dostosowaĘ, to rezystor R1. Na-
leły pami�taĘ o tym, łe podczas
ładowania prądem o dułym nat�-
łeniu, układ UC3906 utrzymuje
0,25V na R1, a wartośĘ jego re-
zystancji określana jest właśnie
przez nat�łenie prądu ładowania.
Rys. 4. Rozmieszczenie podzespołów urządzenia
Wobec braku pełnego szeregu
w obudowie i sposób ich okablowania.
niskoomowych rezystor�w z wy-
prowadzeniami w postaci drut�w,
naleły dokładnie zastanowiĘ si� Montał czące realizacji pełnej wersji urzą-
nad doborem rezystancji R1. Naj- Poniewał r�łnice w wykona- dzenia. Mozaika ściełek na płytce
mniejsza wartośĘ rezystancji niu wersji pełnej i samej ładowar- oraz rozmieszczenie element�w
w szeregu takich rezystor�w wy- ki zapewniającej wi�ksze nat�łe- przedstawiono na rys. 3.
nosi 0,1W i zapewni ona prąd nia prądu zostały juł om�wione, Na płytce montowane są niemal
ładowania 2,5A. podane zostaną szczeg�ły doty- wszystkie elementy, z wyjątkiem
Elektronika Praktyczna 5/98
21
P R O J E K T Y Z A G R A N I C Z N E
obu diod LED, tranzystora Darlin- Wersja wysokoprądowa
WYKAZ ELEMENTÓW
gtona z radiatorem, transformatora Jeśli wybieramy wariant o pod-
Rezystory
sieciowego oraz akumulatora. wyłszonej wartości nat�łenia prą-
(0,25W, 1%, metalizowane,
Rozmieszczenie podzespoł�w du ładowania, w kt�rym akumu-
z wyjątkiem R1)
urządzenia w metalowej (koniecz- lator nie jest umieszczany w obu-
R1: 0,22&!/3W, drutowy (rezystancja
nie!) obudowie nie jest krytyczne, dowie urządzenia do ładowania, ma zapewnić spadek napięcia
poniewał ładowarka pracuje ze to moduł ładowarki zwiera trans- 0,25V przy ładowaniu dużym
prądem)
stałym nat�łeniem prądu i w ukła- formator, radiator, płytk� druko-
R2, R3, R4: 1,5k&!
dzie znajdują si� kondensatory C2 waną i te same gniazda wyjścio-
R5: 68k&!
i C3 zapewniające jej stabilnośĘ. we 4mm. Akumulator łelowy wy-
R6, R9: 20k&!
Na rys. 4 przedstawiono spos�b posałony jest w ko�c�wki, na
R7: 360k&!
rozmieszczenia podzespoł�w mo- kt�re nasadza si� wtyki (jak złącza
R8: 100k&!
delu i jego okablowania. w instalacji samochodowej), tak
Kondensatory
Ze wzgl�d�w bezpiecze�stwa, wi�c wtyki 4mm są potrzebne do C1: 2200�F/35V, wyprowadzenia
jednostronne (2000�F na 1A prądu
na wejściu sieciowym urządzenia wykonania odpowiednich kabli.
ładowania: patrz tekst)
naleły zastosowaĘ bezpiecznik W przypadku akumulator�w
C2: 20nF, ceramiczny
(FS1). Takłe na wyjściu urządzenia wi�kszej mocy mołna zaakceptowaĘ
C3: 100nF, ceramiczny
niezb�dny jest bezpiecznik (FS3), zaproponowaną wartośĘ nat�łenie
Półprzewodniki
poniewał w przypadku zwarcia aku- prądu ładowania 1A, jakkolwiek
REC1: mostek prostowniczy WOO5
mulator łelowy mołe dostarczyĘ w przypadku mocno rozładowanego
(typ o wyższych parametrach
prąd o bardzo dułym nat�łeniu. Na akumulatora samochodowego o po- w przypadku wyższego prądu
ładowania)
wyjściu urządzenia ładującego takłe jemności 24Ah ładowanie trwaĘ
D1: czerwona dioda LED 5mm
umieszczono bezpiecznik (FS2), za- b�dzie cały dzie�. Mołna r�wnieł
D2: żółta dioda LED 5mm
bezpieczający akumulator oraz ob- zdecydowaĘ si� na wi�kszą wartośĘ
D3: 1N4001 50V/1A
ciąłenie przed skutkami uszkodze- nat�łenia prądui odpowiednio prze-
TR1: TIP147 tranzystor mocy
nia tranzystora Darlingtona. liczyĘ wartości element�w.
Darlingtona z radiatorem (typ
Wejściowe gniazdo sieciowe Montał wysokoprądowej wer- o wyższych parametrach
PL1/FS1 wyposałone jest w bez- sji jest analogiczny jak w przy- w przypadku wyższego prądu
ładowania)
piecznik, tak wi�c przewody sie- padku wersji standardowej. Na
IC1: UC3906
ciowy i neutralny naleły połączyĘ płytce przewidziano dodatkowe
Różne
z uzwojeniem pierwotnym trans- otwory w okolicy element�w R1,
B1: szczelnie zamknięty
formatora. Przew�d zerujący (E - C1 i REC1 - w przypadku wy-
akumulatora kwasowo-ołowiowy
zielony) naleły połączyĘ z ko�- łszych nat�łe� prąd�w elementy
(Yuasa NP7-12 lub podobny)
c�wką lutowniczą masy włołoną te montowane są poza płytką. PL1/FS1: gniazdo sieciowe
pod nakr�tk� jednej ze śrub mo- Ostrzełenie: pod ładnym po- z bezpiecznikiem 0,5A
FS2: gniazdo bezpiecznikowe
cujących transformator oraz do zorem nie wolno ulegaĘ pokusie
20mm do montażu w obudowie
zacisku zerującego wtyczki siecio- zrezygnowania z bezpiecznik�w
z bezpiecznikiem 1,6A
wej. W przypadku metalowej obu- FS1 i FS2. W przypadku ze-
FS3: gniazdo bezpiecznikowe
dowy zapewnia to bezpiecze�s- wn�trznego akumulatora, FS3 sta-
20mm do montażu w obudowie;
two ułytkowania. Zerowanie jest je si� elementem zabezpieczają-
celem ochrony zasilanego układu
wyprowadzone na obudow�, zie- cym tylko zasilane z akumulatora stosować możliwie jak najsłabszy
bezpiecznik
lone gniazdo wyjściowe SK3 znaj- urządzenie.
SK1-SK3: gniazda zakręcane 4mm,
duje si� na płycie czołowej.
czarne, czerwone i zielone
Wyjściowy punkt lutowniczy Uruchomienie
T1: transformator sieciowy 230V,
płytki o małym potencjale (-) po- Po zako�czeniu montału
uzwojenie wtórne 18V (2x9V),
winien byĘ wyposałony w prze- i uwałnym sprawdzeniu połącze�,
50VA
w�d z ko�c�wką nasadzaną (jak pozostaje do przetestowania bar-
Uwaga: jeśli akumulator ma
w samochodowej instalacji elekt- dzo niewiele. Po doprowadzeniu dostarczać prądu o wysokim
natężeniu, należy użyć między
rycznej) na wyprowadzenie aku- napi�cia z uzwojenia wt�rnego
akumulatorem a gniazdami
mulatora oraz w przew�d łączący transformatora sieciowego mi�dzy
wyjściowymi przewodów
z czarnym gniazdem wyjściowym ko�c�wk� lutowniczą niskiego po-
o odpowiednich przekrojach.
SK2 (przewody te powinny byĘ tencjału płytki, a anod� kt�rejkol-
Pozostałe przewody są standardowe.
czarne). Dodatni punkt lutowni- wiek z diod LED, powinno poja-
czy na płytce łączymy najpierw wiĘ si� napi�cie 24V. Jeśli napi�- świeci, napi�cie na rezystorze R1
z gniazdem bezpiecznikowym cie to wynosi mniej nił 5V, dioda powinno wynosiĘ mi�dzy 250mV
FS2, a nast�pnie z dodatnim bie- LED D1 powinna świeciĘ. i 25mV, poniewał układ pracuje
gunem akumulatora. Dodatni bie- Naleły zmierzyĘ napi�cie na w trybie przeładowania.
gun akumulatora naleły połączyĘ ko�c�wkach wyjściowych. Jeśli jest David Silvester, EPE
z gniazdem bezpiecznikowym ono wyłsze nił 10V i dioda D2 jest [e-mail]
SK3, a nast�pnie z czerwonym wyłączona, na rezystorze R1 po-
gniazdem wyjściowym SK1 (patrz winno wyst�powaĘ napi�cie 250mV Artykuł publikujemy na pod-
rys. 4). Naleły dobraĘ średnice (ładowanie prądem o dułym nat�- stawie umowy z redakcją mie-
przewod�w do przewidywanych łeniu) lub 0V (ładowanie prądem si�cznika "Everyday Practical
wartości nat�łenia prądu. o małym nat�łeniu). Jeśli dioda D2 Electronics".
Elektronika Praktyczna 5/98
22