Самодельная зарядка для пальчиковых аккумуляторов. Зарядное устройство для портативных аккумуляторов. История возникновения зарядных приборов

Во многих электронных устройствах, в качестве элементов питания, используются никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металл-гидридные (NiMH) аккумуляторы , которые предусматривают многократное восстановление (перезарядку )при помощи зарядного устройства . При правильной эксплуатации число циклов перезарядки для NiCd аккумуляторов — 500... 1000, а для NiMH — несколько тысяч.
Установлено, что оптимальным, с точки зрения проходящих внутри электрохимических реакций, является ток, составляющий 10% от номинальной емкости Q, то есть
Iзар = 0,1Q .
В этом случае время зарядки аккумуляторов необходимо выдержать порядка 12-14 часов, элемент наберет 100% своей номинальной емкости, а срок службы аккумуляторов будет максимальным.
Большинство зарядных устройств предусматривает работу от бытовой сети переменного тока, напряжением 220 В, с понижением напряжения до нужного уровня. При самостоятельном изготовлении зарядного устройства, когда требуется небольшой ток заряда (до 100 мА), имеет смысл сделать бестрансформаторное зарядное устройство. Для понижения напряжения применяется высоковольтный конденсатор небольших размеров, за счет чего габариты всей конструкции удается уменьшить. Схема такого зарядного устройства, предназначенного для одновременного заряда двух аккумуляторов, приведена на рисунке 1.

Схема обеспечивается асимметричный режим заряда, что позволяет продлить срок службы элементов. Заряд аккумуляторов GB1 и GB2 проводится током около 90 мА.
Для индикации наличия сетевого напряжения используется светодиод HL1, типа АЛ307 и др. Конденсатор С1 из серий К73-17, К73-21, МБГ и другие высоковольтные, на напряжение 400 вольт.
При правильной сборке устройства настройки не потребуется.
Следует помнить, что нельзя прикасаться к аккумуляторам и другим элементам схемы во время их зарядки, подключенным в сеть переменного тока. После окончания заряда необходимо отключить устройство из сети, а только потом изъять аккумуляторы и не оставлять их подключенными в устройстве, т.к. они будут разряжаться через резисторы R5, R6.
Такое зарядное устройство можно применить для зарядки аккумуляторов емкостью 600-1000 мА, т.к. для аккумуляторов большей емкости время заряда будет значительно больше 15-и часов, что не целесообразно.
Несмотря на принимаемые меры защиты, все же лучше, если зарядное устройство будет иметь гальваническую развязку от сети, Тем более что в продаже несложно найти подходящий по мощности трансформатор, а выбирать его надо не менее чем с двойным запасом по току.
Схема зарядного устройства с трансформатором представлена на рис. 2, и позволяет одновременно заряжать 2 аккумулятора.

Заряд элементов производится поочередно, через резисторы R2 и R3, в разные полупериоды питающего напряжения. В то время когда нет заряда, происходит разряд элемента током, в 10 раз меньшим, чем зарядный ток Iзар, через резисторы R4, R5.
Аккумуляторы прослужат дольше, если их зарядку выполнять от источника стабильного тока. Простой стабилизатор тока можно выполнить на основе транзистора, рис. 3:

В схеме опорное напряжение берется со светодиода (одновременно он является и индикатором того, что идет процесс заряда), а отрицательную обратную связь по току обеспечивает резистор R2.
Величина зарядного тока в диапазоне 10... 100 мА устанавливается за счет изменения напряжения токовой обратной связи подстроечным резистором R2.
Зарядное устройство может быть собрано на микросхеме КР142ЕН12А(Б) или ее импортном аналоге LM317T. Схема зарядного устройства на микросхеме К142ЕН12 представлена на рисунке 4:

С помощью такого источника тока можно заряжать не только отдельные элементы, но и составленные из них батареи, включенные последовательно. Для нормальной работы схемы надо, чтобы напряжение после выпрямителя было на 6...7 В больше, чем номинальное напряжение заряжаемого аккумулятора.
Схема содержит минимальное количество элементов и может быть универсальной. Предлагаемая схема позволяет получать разный ток стабилизации, в зависимости от выбора резистора R2 (см. таблицу 1) :

При желании сопротивление задающего ток резистора можно изменять галетным
переключателем — в этом случае возможно заряжать разные типы аккумуляторов, а в автономных условиях в качестве источника напряжения применить подключение к автомобильному аккумулятору.
Диод VD1 в схеме на рисунке 4 предотвращает повреждение микросхемы в случае, если заряжаемый элемент будет подключен раньше, чем включено питание устройства.
микросхему лучше закрепить на теплоотводе (радиаторе), обеспечив его изоляцию от корпуса конструкции.
Зарядку аккумуляторов можно автоматизировать двумя способами. Первый способ заключается в ограничении времени зарядки с помощью таймера, отключающего зарядное устройство через заданное время.
Второй способ заключается в том, что параллельно заряжаемому аккумулятору устанавливается пороговое устройство, отключающее заряд при достижении на аккумуляторе расчетного предельного напряжения.

В продолжение темы зарядных устройств, выполненных по максимально простым схемам, предлагаю довольно таки хорошо зарекомендовавшее себя схемное решение для зарядки аккумуляторов типа АА и ААА.

В этой статье я предлагаю в очередной раз обратиться к операционному усилителю LM358, используемом в качестве компаратора. На рисунке (для удобства восприятия) представлен вариант зарядного для 2-ух аккумуляторов. Каждый заряжается отдельным каналом.

Как видим, схема состоит из двух основных частей – стабилизатор напряжения и контроллер заряда аккумуляторов.

Кроме того, в схеме установлены два индикаторных светодиода для наглядности. Первый светодиод горит постоянно и подтверждает включение устройства, а второй светодиод является индикатором окончания заряда.

Стабилизатор напряжения LM 317, при входном напряжении от 6 до 30 в, имеет на выходе (при таких номиналах резисторов) стабильно 5,2-5,4 в, что, в свою очередь, и необходимо нам.

Работа компаратора заключается в сравнении напряжений между 3 и 2 выводами микросхемы. Пока аккумулятор разряжен, напряжение на выводе 3 выше, чем на выводе 2 и транзистор полностью открыт, и аккумулятор продолжает заряжаться. Как только происходит превышение напряжения на выводе 2 (по сравнению с выводом 3) транзистор плавно закрывается, что приводит к медленному ограничению тока зарядки аккумулятора. При этом гаснет светодиод, обозначающий окончание процесса заряда.

Расскажу немного об используемых компонентах. Ток зарядки определяется резистором (27 ом на схеме). Такой номинал соответствует максимальному току заряда в 100 ма (для увеличения тока – уменьшаем номинал). Так как резистор ощутимо греется, его мощность должна быть 1-2 вт.

При токе в 100 ма можно использовать транзистор кт 315. Однако, если Вы планируете повышать зарядный ток, то рекомендую заменить транзистор на более мощный – кт 815.

В схеме используется подстроечные резисторы. Для достижения точного срабатывания компаратора применяйте многооборотные. Это избавит Вашу конструкцию от неправильной работы.

Настройка схемы сводится к установке напряжения сравнения для компаратора. Для этого, вместо аккумулятора подключаем резистор номиналом в 91 ом и вольтметр. Вращая подстроечный резистор, выставляем 1,41 в на этом резисторе – это и будет конечное напряжение для зарядки аккумуляторов.

В качестве источника питания конструкции я использовал трансформатор (китайский) и диодный мост.

К сожалению, заявленные производителем характеристики трансформатора (0.6 а х 12в) не соответствовали действительности, поэтому мне пришлось сделать его перерасчет в on-line калькуляторе и перемотать вторичную обмотку.

Исходя их моих потребностей, печатная плата выполнена для 4-ех каналов зарядки, то есть для 4-ех аккумуляторов. Как всегда, использовал метод ЛУТ и травление в хлорном железе.

Первый тест схемы с полностью разряженными аккумуляторами:

Так как у меня не было подходящего корпуса, то я решил его изготовить самостоятельно. В качестве «рамы» использовал алюминиевый уголок, а «стенки» из хромированных латунных листов.

Верхняя, лицевая панель изготовлена из текстолита и покрыта несколькими слоями лака.

На сегодняшний момент, достаточно много различных устройств, работающих на батарейках. И тем досаднее, когда в самый неподходящий момент наше устройство перестает работать, потому что батарейки попросту сели, а их заряда недостаточно для нормального функционирования прибора.

Приобретать каждый раз новые батарейки довольно затратно, а вот попытаться изготовить своими руками самодельное устройство для зарядки пальчиковых аккумуляторов вполне себе стоит.

Многие умельцы отмечают, что предпочтительнее заряжать подобные аккумуляторы (AA или AAA) с помощью постоянного тока, потому что такой режим наиболее выгоден в плане безопасности для самих батареек . Вообще, переданная сила заряда от сети составляет порядка 1,2-1,6 от значения емкости самого аккумулятора. К примеру, никель-кадмиевый аккумулятор, емкость которого будет составлять 1А/ч, будет заряжаться током емкостью 1,6 А/ч. При этом, чем меньше показатель данной мощности, тем лучше для процесса зарядки.

В современном мире существует достаточно много бытовых приборов, оснащенных специальным временным таймером, отсчитывающим определенный промежуток, затем сигнализируя об его окончании. При изготовлении своими руками устройства для зарядки пальчиковых аккумуляторов, можно также применить данную технологию , которая уведомит вас об окончании процесса заряда аккумуляторов.

AAпредставляет собой прибор, генерирующий постоянный ток, заряжая мощностью до 3 А/ч. При изготовлении использовалась самая обычная, даже классическая схема, которую вы видите ниже. Основой, в данном случае, является транзистор VT1.

Напряжение на данном транзисторе обозначено с помощью светодиода красного цвета VD5, выполняющий роль индикатора, при включении прибора в сеть. Резистор R1 задает определенную мощность токов, проходящих через данный светодиод, в результате чего колеблется напряжение в нем. Значение коллекторного тока формируется сопротивлением от R2 до R5, которые включены в VT2 — так называемую «эмиттерную цепь». При этом, меняя значения сопротивления, можно контролировать степень зарядки. R2 постоянно включен в VT1, задавая ток постоянного действия с минимальным значением — 70 мА. Чтобы повысить мощность заряда, необходимо подключать остальные резисторы, т.е. R3,R4 и R5.

Читайте так же: Обозреваем шкафы управления задвижкой

Стоит отметить, что зарядное устройство функционирует только тогда, когда осуществлено подключение аккумуляторов .

После включения прибора в сеть, на резисторе R2 появляется определенное напряжение, передающееся на транзистор VT2. Затем, ток протекает дальше, в результате чего начинает интенсивно гореть светодиод VD7.

Рассказ про самодельное устройство

Зарядка от USB-порта

Можно изготовить зарядное устройство для никель-кадмиевых батарей на основе обычного USB-порта . При этом, заряжаться они будут током емкостью примерно 100 мА. Схема, в таком случае, будет следующей:

На сегодняшний момент, существует достаточно много различных зарядных устройств, продающихся в магазинах, но их стоимость может быть достаточно высокой. Учитывая, что главный смысл различных самоделок — это именно экономия денежных средств, то самостоятельная сборка еще более целесообразна в данном случае.

Данную схему можно доработать, добавив дополнительную цепь для зарядки пары аккумуляторов AA. Вот, что в итоге получилось:

Чтобы было более наглядно, вот те комплектующие, которые использовались в процессе сборки:

Понятно, что без элементарного инструментария нам не обойтись, поэтому перед началом сборки необходимо удостовериться, что у вас в наличии есть все необходимое:

паяльник;
припой;
флюс;
тестер;
пинцет;
различные отвертки и нож.

Читайте так же: Обзор стабилизаторов напряжения Лидер

Интересный материал про изготовление своими руками, рекомендуем к просмотру

Тестер необходим для того, чтобы проверить работоспособность наши радиодетали. Для этого нужно сравнить их сопротивление, после чего сверить с номинальным значением.

Для сборки нам также понадобится корпус и батарейный отсек. Последний можно взять из детского симулятора Тетрис, а корпус может быть изготовлен из обычного пластмассового футляра (6,5см/4,5см/2см).

Крепим отсек для батарей на корпусе, используя шурупы. В качестве основы для схемы прекрасно подойдет плата от приставки Денди, которую нужно выпилить. Удаляем все ненужные компоненты, оставляя только гнездо питания. Следующим шагом будет пайка всех деталей, основываясь на нашей схеме.

Шнур питания для устройства можно взять обычный шнур от компьютерной мыши, обладающий входом USB, а также часть питающего провода со штекером. При пайке нужно строго соблюдать полярность, т.е. припаивать плюс к плюсу и т.д. Подключаем шнур к USB, проверяя напряжение, которое подается на штекер. Тестер должен показывать 5В.

Приобретать каждый раз новые батарейки довольно затратно, а вот попытаться изготовить своими руками самодельное устройство для вполне себе стоит.

Использование обыкновенных батареек невыгодно, так как их ресурс работы очень сильно ограничен. Поэтому практичнее воспользоваться аккумуляторами. Их достоинство в неоднократном применении при условии правильного обращения с ними. Прежде всего, это связано с условиями их подзарядки. Аккумуляторы, отдавая накопленную энергию устройствам, периодически сами нуждаются в зарядке. Для этого и служат зарядные устройства для батареек.

История возникновения зарядных приборов

Открытие гальванического электричества привело к созданию первого прототипа аккумуляторных батарей. В 1798 году итальянский физик Алессандро Вольта провёл эксперимент, заключающийся в помещении последовательно подключённых пластин из меди и цинка в кислотный раствор. Он обнаружил, что при пропускании тока по пластинам после его прерывания на них сохранялся остаточный заряд. В последующее время этими экспериментами заинтересовались Готеро, Марианини, Беккерель. Но только в 1859 году Планте создал по-настоящему первый аккумулятор .

В основе его опыта использовались полоски из свинца с проложенным между ними кусочком материи. Затем он скатывал полоски и погружал их подкисленную воду. Подавая и снимая ток, он получал на них разность потенциалов, то есть накопление элементом ёмкости. Дальнейшее развитие привело к тому, что при покрытии пластин окислами свинца улучшилось формирование активного слоя.

В 1896 году американская компания National Carbon Company (NCC) первая в мире начинает выпуск батарей. Сегодня она известна под именем Energizer. Вначале 1901 года учёный Томас Эдисон запатентовал никель-кадмиевый тип батарей. В то же время Вальдмар Юнгнер разрабатывает никель-железный тип, называемый щелочным аккумулятором. Щелочные батареи находят применение в транспорте и на электростанциях. Параллельно с развитием аккумуляторов развиваются и технологии восстановления заряда.

Типы аккумуляторов и их особенности

В зависимости от технологии изготовления аккумуляторных батарей (АКБ) применяются и различные методы заряда. В первую очередь это зависит от химических процессов, проходящих внутри элементов батареек. Используя одинаковый принцип работы, аккумуляторы разделяются по материалам изготовления и химическим процессам, проходящим в них.

При этом важно для многих типов не допускать перезаряда или доводить их до состояния глубокого разряда.

Какие батарейки можно заряжать в зарядном устройстве, определить несложно по маркировке. На предназначенных для перезарядов указывается их ёмкость в Ah и номинальное напряжение. Главное отличие заключается в химической реакции: для аккумуляторов она обратима, а для обычных батареек, таких как «таблетка», нет. Аккумуляторы разделяются по следующим типам:

Хотя на самом деле при ответе на вопрос можно ли заряжать алкалиновые батарейки, следует формально сказать, что да. Это связано с тем, что и в них тоже происходят химические процессы, пусть даже необратимые, но позволяющие накапливать ёмкость. Тут учитывается то, что заряд, накапливаясь, с большой скоростью приводит к быстрому нагреванию батарейки. Поэтому не следует их заряжать более 10−15 минут, при этом желательно контролировать поверхность на нагрев, а приложенное напряжение не должно превышать номинальное.

Таким образом, используемые зарядные устройства должны не допускать перезаряда батареек, контролировать температуру и иметь возможность бороться с так называемым эффектом памяти. Производители предлагают как универсальные приборы, подходящие для всех типов батарей, так и индивидуальные. Основное требование, предъявляемое к устройству - обеспечение безопасного и правильного процесса зарядки.

Методы зарядки

Перед тем как зарядить батарейку пальчиковую в домашних условиях, желательно знать, какой тип контроля зарядного прибора понадобится использовать. Применяют два метода контроля заряда:

по току;
по напряжению.

Первый способ применяется для NiCd и NiMh аккумуляторных батарей, а второй для свинцово-кислотных, LiIon и LiPol батарей. Автоматические ЗУ для аккумуляторов, использующие специализированные микроконтроллеры, позволяют правильно подзарядить любой тип элементов энергии, и контролируют этапы восстановления энергии.

ЗУ с контролем тока

Такие устройства называют гальваностатическими. Главным параметром ЗУ является значение тока батареи. Правильно перезарядить аккумулятор и не ухудшить его характеристики получится при подборе величины тока и скорости заряда. Для того чтоб определить значения тока, используется равенство I= 0,1C, где C- ёмкость батарейки. Почему не рекомендуется использовать большее значение, нетрудно понять, представляя химические процессы, проходящие в гальванических устройствах. Кроме этого, во-первых, это повышенный нагрев, а во-вторых, присутствующий эффект памяти.

Для избегания саморазряда обычно ЗУ в конце заряда переключаются на режим подзаряда малым током.

Но для щелочных аккумуляторов такой способ неприемлем, поэтому перезаряжать их в таком режиме нельзя. Для таких типов применяется способ прекращения заряда, когда ток не меняется в течение нескольких часов.

Способ контролирования напряжения

Вид работы основан на потенциостатическом режиме отключающий процесс заряда при достижении определённого напряжения. Для такого типа ЗУ используются различные скорости заряда. Для никель-кадмиевых и никель-металл-гидридных используют три скорости заряда: долгий (0,1С), быстрый (0,3С) и сверхбыстрый (1С). В процессе заряда сила тока уменьшается, а напряжение на выводах батарейки приближается к напряжению ЗУ. Считается, что таким методом невозможно полностью зарядить батарею.

Характеристики зарядных устройств

В магазинах встречаются разнообразные устройства, применяемые для заряда в различной ценовой категории. Они бывают простыми, настроенными на определённый ток заряда, или что предпочтительнее, интеллектуальными. К выбору ЗУ стоит отнестись серьёзно, так как от этого напрямую зависит срок эксплуатации аккумуляторов. Некачественные приборы заряда приводят к быстрому снижению ёмкости. При выборе зарядного устройства для пальчиковых батареек обращается внимание на следующие параметры:

При выборе часто путается автоматическая зарядка с интеллектуальной. Разница заключается в том, что первого типа отключает процесс заряда после достижения на клеммах аккумулятора требуемого значения напряжения. А второго типа предназначена не только для непосредственного заряда, но и для восстановления ёмкости аккумуляторов. Такие устройства при включении измеряют ёмкость батарейки и пытаются, проводя циклы тренировки, привести их характеристики к начальным параметрам.

Наиболее популярные из них следующие

Panasonic Eneloop BQ-CC17;
Technoline BC 700;
La-Crosse BC-1000;
Opus BT C3100.

Эти устройства являются универсальными, позволяя заряжаться различным типам батареек, и имеют несколько независимых каналов. Весь процесс сводится к установке аккумулятора в зарядное приспособление и его включения.