01.04.21

[Домашняя]

Все аккумуляторные батареи в большей или меньшей степени чувствительны как к слишком большой разрядке, так и перезарядке. Не являются исключением и малогабаритные гелевые свинцовые аккумуляторные батареи с номинальным напряжением 4,2 В, которые широко применяются в светодиодных фонарях со встроенным зарядным устройством от сети 220 В. Таким оказался приобретённый фонарь ТА1 торговой марки "Трофи" с одним светодиодом мощностью 0,5 Вт (по данным в прилагаемой инструкции). Этот светодиод с помощью трёхпозиционного переключателя подключают к батарее через один из токоограничивающих резисторов — 7,5 или 27 Ом. Так реализованы двухступенчатое изменение яркости светодиода (50 и 100 %) и выключение фонаря. Качество применяемых в таких фонарях аккумуляторных батарей, мягко говоря, невысокое. Оно может резко ухудшиться из-за неправильного режима зарядки и разрядки, поэтому срок службы таких батарей в большинстве случаев невелик. В прилагаемой к фонарю инструкции сказано, что следует следить за стоянием батареи, не оставлять её долго разряженной и периодически подзаряжать. Но как выполнить эти рекомендации? На упаковке указана ёмкость аккумуляторной батареи — 500 мА ч, а в инструкции — продолжительность полной зарядки 10 ч. Правда, есть индикатор зарядки на светодиоде, но яркость его свечения от степени зарядки аккумулятора не изменяется. Анализ схемы фонаря показал, что зарядный ток — около 30 мА, что требует более продолжительной зарядки, чем указано в инструкции. Если степень разрядки батареи можно ориентиро­вочно определить по яркости свечения осветительного светодиода, то степень её зарядки определить невозможно. Выходом из этой ситуации может быть установка в фонарь предлагаемого устройства, что позволяет применить способ зарядки аккумуляторной батареи от источника постоянного напряжения с ограничением зарядного тока. Этот способ исключает перезарядку батареи. Рекомендуемое макси­мальное напряжение на один элемент при зарядке (при циклическом режиме эксплуатации) — 2,38...2,42 В. Зарядное устройство фонаря собрано на основе выпрямителя с балластным конденсатором, ёмкость которого и определяет зарядный ток, остающийся относительно стабильным. Поэтому для реализации указанного способа необходим ограничитель напряжения, что и сделано в предлагаемом устройстве. Схема фонаря и встраиваемого в него устройства представлена на рис. 1.

Нумерация элементов сквозная, вновь вводимые элементы и соединения выделены цветом. На микросхеме DA1 собран параллельный стабилизатор напряжения, транзистор VT1 работает как электронный ключ. Чтобы уменьшить бросок тока при подключении фонаря к сети, введён резистор R1. В режиме разрядки фонарь работает в штатном режиме. Поскольку на затворе транзистора VT1 напряжения нет, он закрыт, и микросхема DA1 обесточена. Для зарядки аккумуляторной батареи фонарь подключают к сети. В этом случае конденсатор С2 зарядится до напряжения на 0,2 В больше напряжения батареи. Транзистор VT1 откроется, и напряжение батареи поступит на микросхему DA1. Если напряжение на входе микросхемы DA1 не превышает порогового (около 2,5 В), ток через микросхему DA1 всего несколько сот микроампер. Поэтому весь ток поступает в батарею. По мере её зарядки напряжение на входе микросхемы возрастает, и когда оно достигнет порогового значения, ток через неё возрастёт, а зарядный ток уменьшится. Поскольку суммарный ток задан ёмкостью конденсатора С1 и составляет около 30 мА, ток через батарею будет постепенно уменьшаться, а через светодиод HL2 (зелёного цвета) — увеличиваться. Он станет светить, когда зарядный ток уменьшится на 10 мА, сигнализируя, что идёт зарядка батареи малым током. При этом напряжение на батарее будет ограничено значением 4,8 В и её перезарядки не будет. Напряжение ограничения устанавливают резистором R6. Большинство элементов установлены на односторонней печатной плате из стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм, её чертёж показан на рис. 2, а схема размещения элементов — на рис. 3.

Применены резистор С2-13, МЯТ (R1) и светодиод в пластмассовом корпусе диаметром 3 мм. Остальные элементы — для поверхностного монтажа. Постоянные резисторы — РН1-12 типоразмера 1206, подстроечный — PVZ3A, конденсатор танталовый типоразмера С. Доработка платы зарядного устройства сводится к установке диода VD5. Для этого перерезают печатный проводник, идущий на общий контакт пере­ключателя SA1, и на месте разреза монтируют этот диод. Резистор R1 монтируют навесным методом и надевают на него отрезок трубки из изоляционного материала. Плата светодиода доработки не требует. Размеры корпуса фонаря позволяют поместить новую плату рядом с платой зарядного устройства. В корпусе рядом со штатным светодиодом делают отверстие для вновь введённого светодиода HL2 (рис. 4).

Налаживание с помощью лабораторного блока питания и вольтметра проводят в следующей последовательности. Фонарь выключают, и на время налаживания отпаивают от платы зарядного устройства один из проводов, идущих к аккумуляторной батарее, "-" блока питания соединяют с анодами диодов VD1, VD2, а "+" через резистор сопротивлением 100 Ом — с анодом VD5. При напряжении блока питания 8 В резистором R6 устанавливают между истоком транзистора VT1 и анодом светодиода HL2 напряжение 4,8 В. Для налаживания следует использовать цифровой вольтметр, как более точный. Ток через микросхему стабилизатора, при котором начинает светить светодиод HL2, устанавливают подборкой резистора R8. Для повышения надёжности работы параллельно конденсатору С2 можно установить маломощный малогабаритный стабилитрон с напряжением стабилизации 7...10 В (катодом к «+»). Кроме того, если "родная" гелевая свинцовая батарея вышла из строя, её можно заменить Li-ion аккумулятором от сотового телефона или тремя Ni-Cd (Ni-MH) аккумуляторами подходящего типоразмера. В этом случае следует установить соответствующий порог ограничения напряжения. Это устройство можно встроить и в другие фонари с аналогичным зарядным устройством и батареей из Ni-Cd, Ni-MH или Li-ion аккумуляторами номинальным напряжением не менее 3,5 В. Если зарядный ток более 30 мА (например, 60 мА), сопротивление резистора R8 уменьшают в три раза. Тогда светодиод будет включаться при токе через микросхему 30 мА и ещё 30 мА "возьмёт" светодиод HL2. При этом следует учесть, что максимально допустимый ток микросхемы TL431ACM — 100 мА, а предельная рассеиваемая мощность — 0,81 Вт. Не подключайте фонарь с открытым корпусом к сети, поскольку его элементы имеют с ней гальваническую связь!

Радио №8 2014г стр. 53