Зарядное устройство предназначено для зарядки Ni-Cd аккумуляторной батареи с номинальным напряжением 14,4 В. Ток заряда 400 мА. Зарядное устройство (ЗУ) выполнено в виде понижающего импульсного преобразователя и представляет собой управляемый микроконтроллером (однокристальной микроЭВМ) регулятор тока заряда.
Резистор R9 является датчиком тока. Снимаемое с R9 напряжение через фильтр R4 C3 поступает на неинвертирующий вход 3 компаратора напряжения DA2.1. Как только это напряжение превысит пороговое напряжение, устанавливаемое на инвертирующем входе 2 компаратора DA2.1; выход компаратора DA2.1 (с открытым коллектором) закроется, втекающий в него ток прекратится, транзистор VT1 закроется. Через аккумулятор будет течь ток за счет энергии запасенной в дросселе L1 по цепи: правый по схеме вывод L1, диод VD3, аккумулятор, резистор R9, общий провод, диод VD2, левый по схеме вывод L1. Как только закончится время задержки, обеспечиваемое RC-цепочкой R4 C3, транзистор VT1 снова откроется, т.к. напряжение на входе 3 компаратора DA2.1 за время паузы уменьшится и будет меньше, чем на входе 2 DA2.1. В аккумулятор потечет ток от источника питания, при этом будет запасаться энергия в дросселе L1. Из-за наличия L1 C4 выходной ток ЗУ будет нарастать плавно, и течь до тех пор, пока не достигнет порога отключения, т.е. пока не закроется транзистор VT1 по рассмотренному выше механизму. И далее цикл преобразования будет повторяться.
Схема обеспечивает 2 фиксированных уровня выходного тока ЗУ, задаются напряжением порога переключения компаратора – напряжением на входе 2 DA2.1: 16 мВ – некоторый минимальный ток; 215 мВ – номинальный ток 400 мА. Исходно за счет делителя R6 R8 на входе 2 DA2.1 будет напряжение 215 мВ. Микроконтроллер DD1 может снизить это напряжение до 16 мВ подключением при помощи своего выхода 7 к общему проводу резистора R7 параллельно резистору R8. Когда микроконтроллер обнаруживает холостой ход (аккумулятор не подключен), устанавливается 16 мВ, выходного тока ЗУ нет (или ток незначителен), переключений компаратора нет, транзистор VT1 постоянно открыт.
К ЗУ подключается входящий в комплект пульсирующий импульсный блок питания (БП) с выходным напряжением 16 Вольт, выполнен в виде вставляемого в розетку адаптера. Подключение такого БП к данной схеме ЗУ, а именно к схеме содержащей такое включение дросселя, вызывает повышение напряжения на входе и выходе ЗУ. Выглядит впечатляюще, подключаешь БП к уникальной нагрузке, и из-за этого вырастает выходное напряжение БП, при подключении к данному ЗУ на холостом ходу с 16 В до 25,1 В, на выходе ЗУ 24,7 В. Дроссель своей ЭДС самоиндукции усиливает пульсации.
Микроконтроллер DD1 типа S3F9444 представляет собой оптимизированный для применения в источниках питания недорогой 8 разрядный микроконтроллер, а именно содержит АЦП и ШИМ; корпус 8 выводов. С делителя R10 R11 по входу 6 микроконтроллер DD1 измеряет напряжение на аккумуляторе. Делителем R5 R12 обеспечивается аналоговая подстройка попаданий микроконтроллера в значения напряжений на входе 6, в т.ч. для работы с другим номинальным напряжением аккумуляторной батареи в дополнение к изменению номиналов R10 R11. Резисторы R12 и R13 выводные, все остальные резисторы SMD.
Во время заряда горит красный светодиод, микроконтроллер устанавливает порог переключения компаратора 215 мВ (вывод 2 DA2.1). Когда аккумулятор будут достаточно заряжен и напряжение на нём не проседает, будет равным выходному напряжению ЗУ – когда ЗУ выйдет из режима стабилизации тока – микроконтроллер поддерживает напряжение заряда на аккумуляторе (режим стабилизации напряжения) равным 17,6 В. Стабилизацию напряжения микроконтроллер осуществляет чередованием пороговых напряжений переключения компаратора DA2.1: 215 мВ и 16 мВ. По мере заряда аккумулятора всё чаще приходится выставлять 16 мВ – минимальный ток заряда. Оценивая тенденцию к увеличению выходного напряжения ЗУ по мере заряда аккумулятора, а именно как часто приходится устанавливать порог 16 мВ, чтобы сдержать рост выходного напряжения, микроконтроллер делает вывод о том, что аккумулятор заряжен. Приняв решение, что аккумулятор заряжен, микроконтроллер вместо красного зажигает зеленый светодиод и устанавливает выходное напряжение ЗУ равным 16,8 В; при этом напряжение на входе ЗУ (на выходе БП) равно 24 В, против 25,1 В на холостом ходу с отключенным аккумулятором.
Чтобы поддерживать напряжение 16,8 В на почти полностью заряженном аккумуляторе, почти всё время включен порог переключения компаратора 16 мВ, тестер измеряет 17мВ, т.к. изредка добавляется порог 215 мВ. В то время как при выходном напряжении ЗУ 17,6 В (режим заряда) преобладает порог 215 мВ.
На холостом ходу (аккумулятор не подключен) при подаче на вход ЗУ напряжения питания (16 В) сперва на короткое время загорается зеленый светодиод — это микроконтроллер следит за зарядом выходного конденсатора С4 и делает вывод, что он заряжен. Однако сдержать рост выходного напряжения не получается переключением порога компаратора в 16 мВ. В отличие от аккумулятора конденсатор заряжается предельно четко, по мере заряда ток через конденсатор падает до нуля. Если есть у конденсатора утечка, то она очень незначительна. Микроконтроллер приготавливается измерять свой второй более высокий уровень напряжения 17,6 В, и на некоторое время обнаруживает успех сдерживать напряжение заряда конденсатора С4 вокруг значения 17,6 В. Это соответствует режиму заряда, и на короткое время вслед за зеленым загорается красный светодиод. Затем выходное напряжение растёт всё выше, т.к. ток заряда С4 снижается на столько, что напряжение с датчика тока R9 уже не достигает минимального порога 16 мВ переключения компаратора — транзистор VT1 оказывается всё время открыт. Видя, что снизить выходное напряжение ЗУ не удается, микроконтроллер делает вывод, что аккумулятор не подключен, и гасит оба светодиода.
Илья Янушкевич
FT9151@gmail.com
Минск, Белоруссия
