Автор предлагает варианты зарядных устройств для одного и для двух Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов на основе преобразователей напряжения от вышедших из строя или устаревших приводов жёстких и компакт-дисков.
Зарядка Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов всегда остаётся актуальной задачей. Несмотря на многочисленные зарядные устройства (ЗУ) промышленного изготовления, радиолюбители часто изготавливают их самостоятельно. Поскольку в настоящее время широко распространены как сетевые (ЗУ сотовых телефонов), так и автономные (например, аккумуляторные Power bank) источники питания напряжением 5 В, снабжённые USB-разъёмами, целесообразно делать ЗУ с питанием именно от них. Причём для зарядки одного или двух аккумуляторов лучше применить импульсный понижающий преобразователь напряжения. Конечно, можно обойтись и без него, сделав ЗУ с линейным стабилизатором, но тогда его КПД будет невысоким. При использовании сетевого блока питания это может быть и несущественно, но при зарядке от автономного аккумулятора (Power bank) КПД имеет большое значение.
Приобретать микросхемы импульсных преобразователей напряжения может и не потребуется. Следует обратить внимание на платы управления от устаревших или неисправных жёстких дисководов или CD-приводов. Там часто можно найти понижающие импульсные преобразователи напряжения, причём в полном комплекте: микросхема, дроссель, выпрямительный диод и конденсаторы фильтра, все они, как правило, для поверхностного монтажа.
На одной из плат оказались два импульсных преобразователя 5/3,3 В на микросхеме ST1S03, поэтому все их элементы и были использованы для изготовления двух ЗУ Особенность преобразователя напряжения на этой микросхеме - работа на частоте около 1,5 МГц, поэтому габаритные размеры накопительного дросселя невелики, а в качестве сглаживающих применены керамические конденсаторы. Максимальное входное напряжение этой микросхемы - 16 В, максимальный ток нагрузки - 1,5 А, чего более чем достаточно для ЗУ, минимальное выходное напряжение - около 0,8 В, поэтому на ней можно сделать ЗУ для одного и более Ni-Cd и Ni-Mh аккумуляторов. Ещё одна особенность этой микросхемы - корпус DFN6D размерами 3x3 мм, у которого нет выводов, а есть контактные площадки на торце корпуса. Но это не вызывает существенных неудобств при монтаже микросхемы на плату.
Рис. 1. Схема ЗУ для двух Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов
Схема ЗУ для двух Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов показана на рис. 1. На микросхеме DA1 собран импульсный понижающий преобразователь напряжения, на микросхеме DA2 - индикатор окончания зарядки. Она осуществляется в соответствии с законом Вудбриджа, т. е. вначале ток максимальный, а по мере зарядки аккумуляторов он уменьшается. Происходит это так. На резисторе R1 и параллельно соединённых резисторах R2 и R3 микросхема поддерживает постоянное напряжение 2,8 В. Без аккумуляторов выходной ток мал, поэтому практически всё это напряжение падает на резисторах R2 и R3. При подключении разряженных аккумуляторов к контактам XT1-XT4 (кассета для двух элементов типоразмера АА или ААА) напряжение на резисторах R2 и R3 уменьшается, но появляется ток зарядки, который протекает через аккумуляторы и резистор R1. В результате напряжение на выходе преобразователя не изменяется, а перераспределяется между резисторами R1 и R2 (R3). Ток зарядки при этом равен
Iзар = (2,8 - Uакк)/R1,
где Uакк - напряжение на аккумуляторах. По мере их зарядки напряжение на них и резисторах R2, R3 увеличивается, а на резисторе R1 уменьшается, т. е. уменьшается ток зарядки. Поэтому он будет максимальным в начале зарядки и постепенно уменьшится к её концу, а перезарядки аккумуляторов не произойдёт.
Для индикации окончания зарядки применена микросхема DA2, которая представляет собой параллельный стабилизатор напряжения, обладающий пороговыми свойствами. Эта микросхема контролирует напряжение на движке резистора R3. При отсутствии аккумуляторов или в случае их полной зарядки напряжение на входе микросхемы DA2 (вывод 8) превышает пороговое (2,5 В), через неё протекает ток, и светодиод HL1 красного свечения включён.
Поскольку все элементы преобразователя предназначены для поверхностного монтажа, остальные детали - такие же. Чертёж печатной платы показан на рис. 2. Изготовлена она из фольгированного с одной стороны стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм. В ЗУ применены постоянные резисторы типоразмеров 1206, 0805, подстроечные - 3314 фирмы Bourns или PVM4A, RVG4M, конденсаторы - керамические типоразмера 1206. Разъём XS1 - USB-розетка с отрезком кабеля от компьютерной мыши или другого ненужного устройства с таким кабелем. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3.
Рис. 2. Чертёж печатной платы и размещение элементов
Рис. 3. Внешний вид смонтированной платы
Налаживание сводится к установке резистором R2 выходного напряжения преобразователя, до которого требуется зарядить аккумуляторы. Резистором R3 устанавливают напряжения срабатывания индикатора окончания зарядки. Начальный (максимальный) ток зарядки устанавливают подборкой резистора R1.
Рис. 4. Схема ЗУ для одного аккумулятора
Схема ЗУ для одного аккумулятора показана на рис. 4. Принцип его работы в основном аналогичен предыдущему, за исключением индикатора зарядки, который собран на транзисторе VT1, светодиоде HL1 и резисторах R1 и R2. Работает индикатор зарядки так. В начале зарядки большой ток протекает через резистор R2 и эмиттерный переход транзистора. В результате транзистор открыт и светодиод зелёного свечения включён, сигнализируя о том, что идёт зарядка. По мере зарядки ток, потребляемый преобразователем, уменьшается, и в её конце напряжения на резисторе R2 станет недостаточно для поддержания транзистора в открытом состоянии. Поэтому светодиод плавно погаснет.
Резистором R3 ток зарядки аккумулятора в этом зарядном устройстве ограничен на уровне приблизительно 100 мА. Резистором R2 устанавливают минимальный зарядный ток, при котором прекращается индикация - светодиод гаснет. Если максимальный ток зарядки установлен больше 150 мА, вместо указанного на схеме лучше применить транзистор с большим допустимым током базы, например, серии КТ814 или КТ816.
Чертёж печатной платы для второго варианта ЗУ показан на рис. 5. Применены аналогичные элементы. Налаживание сводится к установке резистором R4 выходного напряжения преобразователя, до которого требуется зарядить аккумуляторы. Подборкой резистора R3 устанавливают начальный (максимальный) ток зарядки, а подборкой резистора R2 - минимальный ток зарядки, при котором выключается индикаторный светодиод. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 6.
Рис. 5. Чертёж печатной платы для второго варианта ЗУ
Рис. 6. Внешний вид смонтированной платы
Конструкция ЗУ может быть различной в зависимости от имеющегося корпуса. В авторском варианте для этого был использован корпус от точилки для карандаша (рис. 7). Из неё удаляют лезвие с держателем. Корпус вместе с кассетой для двух (или одного) элементов типоразмера АА (или ААА) приклеен к пластмассовому основанию. На кассете, в свою очередь, с помощью термоклея закреплён USB-кабель (рис. 8).
Рис. 7. Авторская конструкция ЗУ
Рис.8. Устройство в сборе
В зарядном устройстве можно применить и другие микросхемы импульсных понижающих преобразователей напряжения, но это потребует изменений схемы и платы.
Автор: И. Нечаев, г. Москва