«Интеллектуальное» зарядное устройство предотвращает повреждение NiCd батарей

При попытке «быстро» зарядить никель-кадмиевый (NiCd) элемент или аккумуляторную батарею следует проявлять осторожность, когда плотность тока приближается к трети его емкости (C/3) или превышает ее. Когда батарея полностью заряжается, высокий зарядный ток повышает как внутреннее давление, так и температуру элемента, что может быстро вывести батарею из строя или разрушить ее.

MEAN WELL как экосистема электропитания

Один из способов избежать повреждений – это контролировать разность температур (TDIFF) между температурой поверхности батареи (TB) и окружающей средой (TA) и пропорционально уменьшать зарядный ток (ICH) по мере увеличения разности температур. Разумеется, необходимо убедиться, что датчик, контролирующий температуру окружающей среды, прикреплен к такому месту конструкции, которое приблизительно соответствует тепловой массе батарейного блока. В противном случае разница, обусловленная возникающими тепловыми задержками, отрицательно скажется на результатах.

Рассмотрим пример конструкции, которая должна преобразовывать разность температур в диапазоне от 0 °C до 10 °C в зарядный ток, пропорционально уменьшающийся от C/3 до 0 А. Если значение C равно 750 мА, то C/3 равно 250 мА, и выражение, описывающее эту линейную систему, имеет вид:

  (1)

Последовательность, преобразований, реализующих функцию, соответствующую Формуле 1, представлена на Рисунке 1. На нем показаны: датчик температуры (Рисунок 1б), преобразователь разности напряжений в несимметричное напряжение (Рисунок 1в) и преобразователь напряжения в зарядный ток (Рисунок 1г). Схема индивидуально измеряет две соответствующие температуры TB и TA, используя в качестве датчиков два подобранных по характеристикам недорогих кремниевых диода.

Эти графики и формулы, иллюстрирующие работу схемы защиты аккумулятора, включают общую конструкцию (а), схему датчика температуры (б), преобразователь дифференциального напряжения в несимметричное (в) и преобразователь напряжения в зарядный ток (г).
Рисунок 1. Эти графики и формулы, иллюстрирующие работу схемы защиты аккумулятора,
включают общую конструкцию (а), схему датчика температуры (б), преобразователь
дифференциального напряжения в несимметричное (в) и преобразователь напряжения
в зарядный ток (г).

Выходные напряжения датчиков VB и VA подаются на входы дифференциального усилителя, который вычитает, масштабирует и смещает их, вырабатывая несимметричное управляющее напряжение VSET, обратно пропорциональное величине TDIFF. Наконец, сильноточный преобразователь напряжения в ток обеспечивает необходимый зарядный ток ICH, прямо пропорциональный VSET.

Из Рисунка 1 видно, что при TDIFF = 0 °C (VDIFF = 0 В) управляющее напряжение VSET, равное 2.5 В, устанавливает максимальный зарядный ток 250 мА. Когда TDIFF повышается до 10 °C (VDIFF = –20 мВ), VSET линейно снижается до 0 В, в результате чего ICH падает до 0 и зарядка прекращается.

Выходные напряжения диодных датчиков температуры подаются на стандартный дифференциальный усилитель, выдающий, в свою очередь, разностное напряжение, которое будет изменяться от -20 В до 0 В при повышении разности температур от 0 °C до 10 °C.
Рисунок 2. Выходные напряжения диодных датчиков температуры подаются на стандартный
дифференциальный усилитель, выдающий, в свою очередь, разностное напряжение,
которое будет изменяться от –20 В до 0 В при повышении разности температур
от 0 °C до 10 °C.

Проектирование начинается с написания трех линейных уравнений, описывающих каждый из графически изображенных элементов схемы. Два напряжения с диодных датчиков температуры (Рисунок 2) подаются на входы стандартного дифференциального усилителя (IC1), который для получения дифференциального напряжения VDIFF вычитает напряжение датчика VA = (–2 мВ/°C)TA + 670 мВ из VB = (–2 мВ/°C)TB + 670 мВ:

  (2)

В дополнение к вычитанию, описанному Формулой 2, IC1 выполняет усиление дифференциального напряжения VDIFF в 125 раз и добавляет к выходному сигналу смещение +2.5 В. Математическое представление этих операций выглядит так:

  (3)

Компоненты выбираются путем простого сравнения коэффициентов усиления и смещения со значениями, необходимыми для схемы преобразования сигнала, описываемой как

  (4)

Обратите внимание, что сравнение членов выражения также показывает, как правильно подключать входы: VB следует подключить к входу V(+), а VA – к входу V(–). Дифференциальный коэффициент усиления IC1 равен:

  (5)

VREF задается микросхемой IC2 источника опорного напряжения (REF-03), формирующей точное напряжение 2.50 В.

Конструирование преобразователя напряжения в зарядный ток начинается с формулы пропорциональной зависимости ICH от VSET:

  (6)

Наконец, обратите внимание, что из-за наличия отрицательной обратной связи усилителя IC3 напряжение VSET оказывается приложенным непосредственно к задающему ток резистору RSET, поэтому

  1. Datasheet Texas Instruments OPA340
  2. Datasheet Analog Devices REF03
  3. Datasheet Vishay 1N914
  4. Datasheet TT Electronics 2N3053

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 120
сейчас смотрят 16
представлено поставщиков 1577
загружено
позиций
25 067 862