Popis zapojeni MZ
Toto originální zapojení
vzniklo na základě zkušeností s předchozími obvody a snahou odstranit
jejich chyby při maximální jednoduchosti. Splňuje všechny parametry
uvedené v bodech a) až g). Základním prvkem zapojení je IO1 - referenční
zdroj napětí TL431. Jeho stabilita je podstatně lepší než předchozích
obvodů, což je u nabíječe Li-ion je velmi důležitá vlastnost. Jako stabilizátor
proudu pracují tranzistory T1 a T2. Nabíjecí proud protéká přes odpor
R1. Pokud úbytek napětí na tomto odporu přesáhne asi 0,6 V, začne se
pomocí T1 omezovat proud tranzistorem T2. Hodnota odporu R1 tedy určuje
nabíjecí proud. Díky použití tranzistorů PNP je úbytek na nabíječi podstatně
menší než u ostatních zapojení. Další výhodou je, že minus pól výstupu
je společný se vstupním. Výstupní napětí je řízeno již zmíněným obvodem
TL431. Jeho velikost určuje dělič napětí na výstupu ( R5,R7,P1), který
upravuje napětí na velikost referenčního napětí obvodu 2,5V. Součástky
R4, C1 zamezují rozkmitání obvodu. Velmi důležitou je indikace nabíjecího
proudu je pomocí D2. LED dioda indikuje proud báze T2, který je úměrný
výstupnímu proudu. Jas diody postupně klesá a tím indikuje stav nabíjení
hlavně v konečné části. Dioda D1 zamezuje vybíjení nabíjené baterie
při nepřítomnosti napájecího napětí. Zapojení nepotřebuje žádnou ochranu
na vstupu proti přepólování, je proti němu odolné! Dále má zajímavou
vlastnost,a to pokud při nepřipojeném akumulátoru svítí jasně LED, je
vstupní napětí nabíječe nižší než je třeba.
Doplněno: Protože v některých případech
byly problémy se stabilitou nabíječe, bylo zapojení doplněno o blokovací
kondezátory na vstupu a výstupu nabíječe a změněna hodnota C1 ( zeleně
ve schema ). Původní zapojení bylo citlivé na kvalitu zdroje ze kterého
bylo napájeno. Pokud zdroj měl velké zvlnění, nebo byl filtrační kondenzátor
daleko od desky nabíječe, způsobovalo to někdy nestabilitu zapojení.
I v případě, že zapojení kmitalo, nebylo to nebezpečné pro nabíjené
akumulátory.
Uvedená úprava tento problém odstraňuje. Při úpravě starého zapojení
nestačí jen doplnění C2 a C3, je bezpodmínečně nutné současně také změnit
hodnotu C1. Po úpravě překontrolujeme nastavení výst. napětí, většinou
zůstává stejné.
Praktické provedení
Všechny součástky jsou umístěny na desce plošného spoje. Jsou použity
zcela běžné typy. Snímací odpor R1 je složen z několika odporů paralelně.
Diodu D1 je vhodné zapájet s delšími vývody asi 5 - 7 mm nad desku.
Doplněné kondenzátory C 2, 3 připájíme přímo na vstupní a výstupní svorky.
Tranzistor T2 musí mít chladič. Nabíječ se nesmí provozovat bez chladiče
! Oteplení tranzistoru je závislé na nabíjecím proudu a rozdílu
napětí mezi vstupem a výstupem nabíječe. Jako minimální velikost chladiče
lze považovat hliníkový plech tl.2 mm o rozměrech min. 50 x 100 mm.Velmi
vhodné chladiče a většinou zdarma lze získat z PC počítačů ( mění se
většinou kvůli hlučnému ventilátoru ). Pro běžné použití stačí chladič
z procesoru bez ventilátoru. Teplota chladiče by neměla být větší jak
50 stupňů C. Pokud T2 příliš hřeje, musíme použít buď větší chladič,
nebo přidat ventilátor. Jednou z možností je také snížení nabíjecího
proudu ( prodlouží se ale doba nabíjení ). Pokud nemáme izolovanou krabičku,
musíme chladič izolovaně upevnit tak, aby se nemohl dotknout ničeho
vodivého v okolí, nebo výkonový tranzistor T2 od chladiče izolovat.
Jeden vzorek byl např. vestavěn do "krabičky" z kousku hliníkového profilu 20x40mm , který slouží zároveň jako chladič ( T2 je odizolován podložkou ).
Rozpiska ( všechny součástky
lze zakoupit v GM electronic ), Odpory metalizované 0.6W, 1%
R1 - 2R4 ( osazen 1kus = proud 0,25A, 2 kusy = 0,5 A, 3 kusy = 0,75
A )
R2 - 1K
R3 – 100R
R4 – 560R
R5 – 56K pro 2 články, 100K pro 3 články a 12V Pb, 15K pro jeden článek
, 39K pro 6V Pb
R6 – 820R ( pro vstupní napětí nad 15V zvýšit hodnotu na 1K2 až 1K5
)
R7 – 22K
P1 - PT6VK005, trimr 5K
C1 – 47n 33 pF ( keram .) ... změněno
C2,C3 - 10uF ( až 100 uF )/25V ... doplněno
D1 – 1N4001 ( 1N4007)
LED1 – L3MM 2MA/R ( pro nízký proud ) pro proudy do 0,75A , pro větší
proudy LED obyčejná 20mA
T1 – BC556
T2 – BD244C
IO1 – TL431
Plošný spoj - již se nedodává, nahrazen novou verzí
Chladič - viz. text.
Oživení
Zapojení je tak jednoduché, že při pečlivé práci musí pracovat napoprvé.
Pro nastavení doporučuji napájet ze stabilizovaného zdroje s napětím
asi o 5 V větším než požadované. Jedinou činností je nastavení přesné
hodnoty výstupního napětí. Ta je u běžných Li-ion 4,20 V na článek,
některé starší typy 4,10 V a u gelových Pb baterií asi 13,9V ( nebo
6,95V ). Napětí nastavujeme bez zátěže a tranzistor T2 nesmí být horký
! Zkontrolovat můžeme též max. proud do zkratu ( krátkodobě ). Přesná
hodnota nabíjecího proudu není kritická. Měla by být maximálně cca.
0,7 C akumulátoru, pro nové typy Li-Pol až 1C. Samozřejmě můžeme nabíjet
i menším proudem s tím, že nabíjecí doba bude příslušně delší. Výhodou
je menší oteplení nabíječe.
Pokud chceme měřit proud v průběhu
nabíjení, nelze zapojit ampérmetr přímo do série s nabíjeným akumulátorem,
jak je to běžné. Vnitřní odpor ampérmetru způsobí značné zkreslení naměřených
hodnot. Pokud potřebujeme měřit proud přesně, musíme ampérmetr zapojit
do bodu, kde je spojen kolektor T2 a anoda D1. Pro kontrolní účely stačí
jednodušší postup bez rozpojováníobvodu na pl. spoji. Ampérmetr zapojíme
mezi zdroj a vstup nabíječe. Změříme si proud odebíraný nabíječem naprázdno
a tento proud odečteme potom od naměřené hodnoty s připojeným nabíjeným
aku.
V průběhu prvního nabíjení kontrolujeme napětí akumulátoru a jeho teplotu.
Modifikace zapojení
Přepínání počtu
článků. Používám sady složené
ze 2 a 3 článků. Každého okamžitě napadne použít přepínač výstupního
napětí. Jako lepší ( a bezpečnější ) řešení doporučuji dva samostatné
obvody nabíječe pevně nastavené na potřebné napětí a nezáměnné konektory
na akumulátorech. Při ceně součástek nabíječe by to neměl být problém.
Některé komfortní nabíječe jsou vybaveny automatikou k rozpoznání počtu
článků. Vzhledem k rozsahu pracovních napětí Li-Ion a Li-Pol článků
nelze spolehlivě určit počet článků a je nutné je volit ručně !
Indikace. Ke konci nabíjení proud klesá již málo a indikační
dioda může stále slabě svítit. Pokud by to přesto někomu vadilo, stačí
připojit paralelně k LED diodě odpor s hodnotou cca. 10K – 56 K. Potom
při proudu např. pod 10 mA již dioda zcela zhasne. Já osobně tuto úpravu
nepoužívám, protože pokud mi dioda slabě svítí i při plně nabité baterii,
považuji to za výhodu. Takto mám totiž kontrolu, že jsem baterii skutečně
připojil a je plně nabitá. Pro větší nabíjecí proudy je vhodné použít
běžnou LED ( ne nízkospotřebovou ) , protože se rozsah indikace posune
k větším proudům.
Zmenšení úbytku napětí. Popsaný nabíječ se vyznačuje velmi malým
úbytkem napětí mezi vstupem a výstupem. Pro snížení úbytku skutečně
na minimum lze nahradit D1 typem schottky např. 1N5820 ( 3A ). S touto
diodou lze dosáhnou toho, že při vstupním napětí 13,8V a výstupním napětí
12,6V dodá nabíječ až 1A proudu !
Zmenšení výstupního napětí. Použitý referenční zdroj TL431 má
nejmenší napětí asi 2,5V. To je nejmenší výstupní napětí nabíječe ,
které lze nastavit. Nelze jej tedy použít pro nabíjení 1 ks olověného
článku. Pro toto použití by vyhovělo s určitým omezením zapojení z katalogového
listu pro LM317.
Zvětšení výstupního proudu. Zapojení je původně navrženo pro
proudy asi do 1 A. Pro větší proudy jsem odzkoušel tuto úpravu. Jedná
se pouze o variantu pro dva články a výst. proud 2,5A. Jako napájení
se předpokládá výhradně stabilizovaný zdroj 13,8 V nebo autoakumulátor.
Změněné součástky:
R1 - 4x 1R2 paralelně , odpory s kovovou vrstvou 0,6W
R6 - 3 x 470R paralelně
, -//-
T2 - BD250C ( pokud možno s velkým zesílením h21e )
D1 - 3 x 1N5819 nebo 1x 1N5820
LED1 - běžná Led 20 mA
Chladič - dost velký
Protože jsem z časových
důvodů chtěl použít původní plošný spoj, jsou potřebné výkonové odpory
složeny z několika menších hodnot paralelně. Diody i odpory jsou kvůli
chlazení pájeny nad sebou ve vzdálenosti asi 4 mm. Nejlepší by bylo
navrhnout nový plošný spoj se zesílenými spoji a zvětšenými rozměry.
Protože některé cesty na pl. spoji již zhoršovaly vlastnosti nabíječe,
je vhodné provést úpravu. Krátký spoj uzemňující IO1 je přerušen a nahrazen
drátovou propojkou vedenou z místa - výstupní svorky. Viz. obrázek.
Výkonový tranzistor je předimenzován kvůli spolehlivosti. Při použití
jiného typu se mohou vyskytnout problémy se stabilitou zapojení. Chtěl
bych upozornit, že tato úprava je asi maximum, co lze z analogového
zapojení získat. Celá nabíječka i součástky a spoje na desce pl. spojů
při těchto proudech již silně hřejí a je potřeba je velmi dobře chladit.
U vzorku byl použit chladič z procesoru Pentium2 o rozměrech asi 50x130
mm.
Doporučuji realizaci verze 2,5A jen zkušeným uživatelům, kteří jsou
schopni si s případnými problémy poradit !
Upozornění ! Tento návod je určen pouze pro individuální stavbu. Jakékoliv komerční využití zapojení je možné pouze se souhlasem autora.
Autor zapojení a tohoto popisu nenese žádnou zodpovědnost za škody způsobené nesprávným a nevhodným použitím nabíječe.
Ceny:
Nedodává se, nahrazeno novější verzí.
