. : New eShop! - Mobilní verze - Pandatron.cz - Pandatron.sk - Diskuzní fórum - Zakázkový vývoj : .
 
Automatická USB nabíječka NiMH a NiCd článků

Automatická USB nabíječka NiMH a NiCd článků

Nabíječka dvou NiMH či NiCd článků napájená z USB portu vybavená jednoduchou automatikou. Ta zajistí vypnutí nabíjení při dosažení plné kapacity, stálý udržovací proud a následné i opětovné spuštění nabíjení.

Pro potřebu pohodlného nabíjení tužkových článků vznikla následující konstrukce USB nabíječky. USB port je schopen dodat 5V a 500mA, přičemž specifikace hovoří o hranici 100mA, kterou by zařízení nemělo překročit pokud si nevyjedná větší proud. V praxi se však tato podmínka nijak neujala a naprostá většina ať již klasických základních desek PC či notebookových neobsahuje kromě pasivního odporu v řádu jednotek ohmů žádný mechanismus správy a řízení napájecího napětí. To znamená, že USB port je ideálním zdrojem proudu pro jednoduchou nabíječku použitelnou například i v terénu.

Následující konstrukce umožňuje nabíjení vždy dvou AA NiMH či NiCd akumulátorů se shodnou kapacitou. Po výměně bateriového pouzdra je samozřejmě možné nabíjet akumulátory i jiných velikostí.
Nabíjecí proud je zhruba 470mA, což představuje plné nabití například 2000mAh NiMH článků za zhruba 4,5h. Nabíječka dále obsahuje automatiku, umožňující ukončení nabíjení po dosažení plné kapacity i malý udržovací proud umožňující ponechání baterií v nabíječce i po jejich nabití.


Obr. 1: Provedení USB nabíječky autora zapojení

Základní technické parametry:

  • Nabíjí vždy dva AA NiMH či NiCd články
  • Nabíjecí proud: 470mA
  • Metoda ukončení nabíjení: překročení teploty +33°C
  • Udržovací proud: 10mA
  • Provozní teplota: +15°C až +25°C

Schéma zapojení:
Na následujícím obrázku je schéma zapojení USB nabíječky.


Obr. 2: Schéma zapojení

Základem konstrukce je dvojitý operační zesilovač IO1 typu TL072 či LM393 apod. Při probíhajícím nabíjení je na výstup IO1.1 (pin č.1) nízká úroveň napětí, kterou je plně otevírán výkonový tranzistor T1 typu BD140, TIP32C apod. Díky rezistoru R5 s hodnotou 750 ohmů je bázový proud T1 zhruba 5,2mA. Ten v kombinaci s proudovým zesilovacím činitelem tranzistoru, který je přibližně roven 90 je výsledný nabíjecí proud maximálně 470mA, přičemž výrobní tolerance součástek zde není na závadu a lze snadno vykompenzovat.

Na neinvertujících vstupech obou OZ je pomocí rezistorů R1, R2 a R5 nastaveno při probíhajícím nabíjení napětí zhruba 1,26V. To je porovnáváno s napětí na invertujících vstupech, které je určeno především aktuální teplotou termistoru typu NTC – R4. Ten je na desce s plošnými spoji umístěn mezi nabíjenými články a měří tak jejich teplotu.
Zvýší-li se teplota baterií na hodnotu zhruba +33°C (lze nastavit jinak změnou hodnoty R3), sníží se odpor termistoru R4 z 10k při +25°C na zhruba 7,4k. To v kombinaci v hodnotou R3 znamená snížení napětí na invertujících vstupech pod 1,26V a následné překlopení výstupů obou operačních zesilovačů. Díky rezistoru R5 je na OZ IO1.1 nastavena velká hystereze, zabraňující znovu spuštění nabíjení po vychladnutí článků. Při hodnotě R5 = 47k je teplota pro opětovné spuštění nabíjení nastavena na zhruba +6°C a ta je samozřejmě již mimo pracovní rozsah nabíječky.

LED D1 je připojena na výstup druhého OZ IO1.2 a indikuje probíhající nabíjení. Po celou dobu nabíjení dioda D1 svítí, jakmile však dojde k překročení vypínací teploty a překlopení výstupu IO1.1, dojde díky rezistoru R5 k velkému rozhození napětí i na vstupech IO1.2 a dioda D1 zhasne a nerozsvítí se ani po vychladnutí baterií.

Jelikož použitý typ OZ není typu Rail-to-Rail, je i po ukončení nabíjení na výstupu IO1.1 malé zbytkové napětí. To zde není na závadu, naopak mírně otevírá tranzistor T1, čímž bateriím poskytuje stálý udržovací proud v hodnotě zhruba 10mA. Tento proud je možné v případě potřeby upravit změnou hodnoty rezistoru R6 a přidáním dalšího rezistoru z báze T1 na GND.

Kondenzátor C1, zapojený z kolektoru T1 zpět na referenční dělič napětí slouží k opětovnému spuštění nabíjení po vložení nových článků.

Konstrukce:
Na následujících obrázcích je možný motiv desky s plošnými spoji pro dva 1xAA bateriové držáky.


Obr. 3: Rozmístění součástek


Obr. 4: Plošný spoj (pro originál 600dpi klikněte)

Všechny použité součástky jsou klasického provedení. Termistor R4 by měl být osazen až na závěr a to společně s bateriovými pouzdry. Je u něho potřeba zachovat delší vývody, aby se nejlépe těsně dotýkal obou vložených baterií. Některé typy bateriových pouzder je potřeba mírné seříznout v místě vystupujícího termistoru.

Seznam součástek
R1             56k
R2             27k
R3             22k
R4             NTC 10k @ 25°C např.:K164NK010
R5             47k
R6             750R
R7             220R
C1             100n
D1             LED 3mm
T1             BD140
IO1            TL072
J1             USB1X90B PCB

Oživení a nastavení:
Nabíječka neobsahuje žádné nastavovací prvky a po jejím pečlivém osazení musí pracovat na první zapnutí. Jediné co je v některých případech potřeba nastavit je hodnota rezistoru R6.

Hodnota rezistoru R6 určuje maximální nabíjecí proud, který by měl být zhruba 470mA. Kvůli výrobní toleranci použitých součástek však toto nemusí zcela přesně sedět a může být potřeba hodnotu R6 změnit. Postup je velice jednoduchý, sestavená a zkontrolovaná nabíječka se připojí nejlépe na proudově omezený zdroj +5V. Místo baterií se výstup nabíječky (piny J2 a J3) zkratuje ampérmetrem a změří se zde protékající zkratový proud.
Následně se ze změřené hodnoty tohoto proudu snadno vypočte požadovaná přesná hodnota rezistoru R6 a to podle následujícího vzorce:

R6 = 1,6 * I

Závěr:
Konstrukce nabíječky byla v redakci úspěšně ověřena sestavením na kontaktním poli.


Obr. 5: Ověření zapojení na kontaktním poli

I když se jedná o velice jednoduchý nabíječ, svým důmyslně provedeným zapojením konkuruje i celé řadě profesionálně vyráběných USB nabíječek, z nichž hned celou řadu poráží. Na webových stránkách autora zapojení je k dispozici řada dalších fotografií i zkušeností ze stavby.

Použitá literatura:
USB Powered AA NiMH and NiCd Battery Charger







GooglePlus1 FaceBook Twitter del.icio.us DiGG Google StumbleUpon Google Buzz Email RSS PDF Tisk

Komentáře (21):

Zobrazit starší 30 dnů (21)...



Název příspěvku: Vaše jméno: host
                 
  Zakázat formátování [Zakáže kódování a nahrazování smajlíky.]
Připojit soubory
reklama:
USB čtečka RFID
Modul pro čtení bezkontaktních identifikátorů RFID na frekvenci 125 kHz s USB výstupem.
Skladem od 790 Kč

Informace uvedené v článcích jsou platné v době jejich vydání a samotné články jsou určeny pouze jako zdroj informací. Autor článku ani správce webu nenesou žádnou zodpovědnost za případné újmy na majetku a zdraví. Názvy společností a výrobků, loga a další multimediální materiál mohou být ochrannými známkami příslušných společností.
RSS kanály: | |
+420 723 846 377
info@pandatron.cz
Všechna práva vyhrazena | mobilní verze | © Copyright 2000 - 2016 ISSN 1803-6007