wersja mobilna | kontakt z nami

Zasilacz buforowy lub ładowarka akumulatorów żelowych

Numer: Marzec/2018

Akumulatory kwasowe, a w szczególności ich warianty bezobsługowe z elektrolitem w postaci żelu, dzięki swojej względnie niskiej cenie i walorach eksploatacyjnych w dalszym ciągu znajdują szereg zastosowań w układach zasilania buforowego. Opisywany układ zasilacza buforowego/ładowarki jest przystosowany do ładowania akumulatora 1,2?7 Ah o napięciu 12 V prądem do 0,5 A. Rekomendacje: urządzenie może pracować jako ładowarka lub zasilacz awaryjny i dlatego może przydać się jako moduł w innych urządzeniach lub np. w układach oświetlenia awaryjnego.

Pobierz PDF

rys1Jak wspomniano, prezentowany układ zasilacza buforowego lub ładowarki przystosowany jest do ładowania akumulatora 1,2…7 Ah o typowym, popularnym napięciu znamionowym 12 V prądem o natężeniu do 0,5 A. Sercem urządzenia jest układ scalony typu BQ24450 firmy Texas Instruments zawierający kompletny sterownik procesu ładowania. Schemat blokowy BQ24450 pokazano na rysunku 1, natomiast schemat ideowy opartej na nim ładowarki zamieszczono na rysunku 2.

Ładowarka jest zasilana z typowego transformatora sieciowego dostarczajacego napięcie 16…18 V AC dla układów alarmowych (może być oczywiście dowolny inny o mocy dobranej do prądu ładowania). Napięcie przemienne doprowadzono do złącza AC (doprowadzenia 1 i 2), skąd po wyprostowaniu w mostku Graetza, złożonego z diod D1…D4 i odfiltrowaniu za pomocą kondensatora CE1, zasila układ ładowania. Płytka ładowarki może być zasilana napięciem stałym z zakresu 18…24 V DC po przyłączeniu zasilacza do zacisków 1 („+”) i 3 („–”) złącza AC. Pomimo szerokiego zakresu napiecia zasilającego należy pamiętać o ograniczeniu wartości napięcia wejściowego ze względu na moc traconą w elementach wykonawczych. Ładowarka jest regulatorem liniowym i każdy zbędny nadmiar mocy wytraca się w postaci ciepła, szczególnie na początku procesu ładowania, gdy napięcie akumulatora jest najniższe. Dla właściwej pracy układu wystarcza różnica napięcia pomiędzy wejściem a wyjściem U1 wynosząca 3 V przy pełnym naładowaniu akumulatora.

Układ U1 skonfigurowano do pracy w trybie ładowarki dwustopniowej, z prądem ładowania wstępnego. BQ24450 rozpoczyna pracę, gdy napięcie zasilania przekracza 4,5 V, jeżeli napięcie akumulatora jest niższe od napięcia odniesienia VTH (pomiar przez wyprowadzenie CE, typowo Vref=2,3 V):

rys2VTH = VREF × (RA + RB + RC//RD) ÷ (RB + RC//RD)

W prototypie ustalono VTH na 10,5 V. Prąd ładowania jest dostarczany przez U1, tranzystor Q1 jest odcięty, a wartość prądu ustalono za pomocą rezystora R12 na około 80 mA (dla Vin=18 V):

IPRE = (VIN – 2 – VBAT) ÷ R12

Zapobiega to nagrzewaniu się i gazowaniu głęboko rozładowanego akumulatora gdy ładowanie przebiegałoby z maksymalnym prądem. Po przekroczeniu progu niskiego napięcia akumulatora wewnętrzny obwód odpowiadający za podładowanie jest odłączony i za regulację prądu ładowania odpowiada Q1 sterowany z obwodu komparatora mierzącego spadek na połączonych równolegole rezystroach R1 i R2. Prąd ładowania jest ustalany zgodnie z wyrażeniem:

IMAX CHG = VILIM ÷ (R1||R2)

Dla rezystancji podanych na schemacie prąd ładowania wynosi 0,5 A (Vilim=250 mV). W razie użycia ładowarki w układzie buforowym należy odpowiednio dobrać jego wartość, aby w zadanym czasie zdążyć podładować akumulator obciążony zasilanym układem. Ładowanie maksymalnym prądem trwa do osiągnięcia przez akumulator napięcia przeładowania (Boost) 14,7 V, które zostaje utrzymywane przez ładowarkę. Wartość napięcia Vboost obliczana jest wg wzoru:

VBOOST = VREF ×
(RA + RB + RC//RD) ÷ RC//RD

Doładowywany akumulator zmniejsza pobierany prąd. Jeśli spadek napięcia na rezystorach R1/R2 osiągnie 25 mV (10% pradu ładowania), układ przechodzi do stanu podtrzymania (Float). Akumulator jest naładowany w 100%, gdy napięcie na jego zaciskach wynosi 13,8 V. Wartość napięcia Vfloat oblicza się ze wzoru:

VFLOAT = VREF ×
(RA + RB + RC) ÷ RC

Jeżeli pobierany prąd nie przekracza prądu ładowania, ładowarka pełni funkcję zasilacza układu, utrzymując na akumulatorze napięcie podtrzymania. Jeżeli pobierany prąd jest większy, napięcie na rozładowywanym akumulatorze zmniejsza się i cykl ładowania powtarza się. Dwa tryby pracy float/boost umożliwiają szybkie doładowanie akumulatora i utrzymywanie go w odpowiedniej kondycji przez cały czas eksploatacji. Diody ST1 i ST2 sygnalizują stan pracy układu, transoptor separuje obwód sygnalizacji i zmiany progów ładowania bez utraty możliwości sygnalizacji stanów wewnętrznych układu diodą ST1.

Ładowarka sygnalizuje trzy stany ładowania:

1) Bulk, ST1 świeci, napięcie akumulatora poniżej progu 95% Boost.
2) Boost, świecą obie diody.
3) Float, gasną obie diody.

rys3Wewnętrzny automat zapewnia cykliczność procesu ładowania w zależności od stanu akumulatora. Wbudowany w U1 układ kompensacji napięcia ładowania zapewnia korektę napięcia ładowania w zależności od temperatury układu odpowiadającą charakterystyce akumulatora żelowego.

Model zmontowano na niewielkiej dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy pokazano na rysunku 3. Tranzystor Q1 jest montowany na radiatorze. Miejsce styku z radiatorem należy posmarować pastą termoprzewodzącą.

Montaż urządzenie nie wymaga opisywania. Ze względu na kompensację napięcia ładowania należy zapewnić podobne warunki temperaturowe dla akumulatora, układu U1 oraz wentylację radiatora Q1, aby nie wpływał na pomiar temperatury. Jeżeli jest wymagany większy prąd ładowania (do 1,5 A), to tranzystor Q1 należy  umieścić na zewnętrznym radiatorze o odpowiednio większej powierzchni. Płytka umożliwia dostosowanie także do pozostałych opisanych w nocie katalogowej trybów, poprzez odpowiedni montaż elementów Ra–Rd. Każdy z rezystorów ustalających napięcia składa się z dwóch elementów połączonych szeregowo. Zrobiono to dla ułatwienia doboru wartości spośród typowych rezystorów o tolerancji 1%, np. przy ustaleniu warunków pracy dla akumulatora 6-woltowego lub dostosowania napięć dla trybów pracy cyklicznej/podtrzymania.

Pierwsze uruchomienie warto przeprowadzić z zasilacza laboratoryjnego z pomiarem prądu. Po podłączeniu rozładowanego i zabezpieczonego odpowiednio dobranym bezpiecznikiem topikowym akumulatora (i obciążenia) należy skontrolować wartość napięcia ładowania, prawidłowość zmiany progów oraz sygnalizacji stanów wewnętrznych U1.

Adam Tatuś, EP

Pozostałe artykuły

Sterownik różnicowy kolektora słonecznego

Numer: Marzec/2018

Moda na eko zatacza coraz szersze kręgi. Nic dziwnego, skoro często stoi za tym również zwykła ekonomia. Przykładem może być zaprzęgnięcie energii słonecznej do ogrzewania ciepłej wody użytkowej (CWU) na potrzeby domu jednorodzinnego. Aby taka instalacja była bezpieczna i działała wydajnie, należy zaopatrzyć ją w stosowny układ nadzorujący jej pracę. Właśnie do tego służy urządzenie opisane w artykule. Rekomendacje: sterownik ...

Zegar odliczający

Numer: Marzec/2018

Opisywane urządzenie to projekt zegara odmierzającego czas od zadanej wartości do zera. Dzięki temu, że wskazania są pokazywane na dużym, czytelnym wyświetlaczu LED może on być elementem tablicy ogłoszeniowej podając informację, że "do końca pozostało...". Może też odmierzać czas do końca pracy lub przydzielony na korzystanie z jakiegoś urządzenia. Zastosowań może być naprawdę wiele, zwłaszcza że zakres odliczania sięga ...

SAR - amplituner stereofoniczny (2)

Numer: Marzec/2018

Projekt amplitunera "chodził" za mną od dłuższego czasu, ale zawsze było coś ważniejszego do zrobienia, więc musiał ?nabrać mocy urzędowej?. Nie bez znaczenia był w tym wypadku fakt, iż z założenia chciałem przygotować rozwiązanie kompleksowe, integrujące zarówno zagadnienia sprzętowe oraz projekt obudowy, a to wymaga znacznie więcej czasu i wysiłku. W drugiej części artykułu zajmiemy się opisem symulacji części analogowej ...

SAR - amplituner stereofoniczny (1)

Numer: Luty/2018

Projekt amplitunera chodził za mną od dłuższego czasu, ale zawsze było coś ważniejszego do zrobienia, więc musiał nabrać mocy urzędowej. Nie bez znaczenia był w tym wypadku fakt, że z założenia chciałem przygotować rozwiązanie kompleksowe, funkcjonalne i estetyczne, a to wymaga znacznie więcej czasu i wysiłku. Rekomendacje: samodzielnie wykonany amplituner może przydać się w roli centralnego komponentu zestawu muzycznego, wokół ...

Samochodowy zasilacz do laptopów

Numer: Luty/2018

Coraz częściej różne urządzenia przenośne towarzyszą nam w podróży. Na przykład, zabieramy ze sobą na różne wyjazdy laptopa chociażby po to, aby sprawdzić pocztę, zgrać zdjęcia z aparatur lub (niestety?) pozostawać w kontakcie z firmą, w której jesteśmy zatrudnieni. Opisywane urządzenie pomoże w rozwiązaniu problemów z jego zasilaniem. Rekomendacje: zasilacz jest przeznaczony do zasilania lub ładowania akumulatorów laptopów ...

Mobilna
Elektronika
Praktyczna

Ze świata  Kobiety w elektronice    ...

Elektronika Praktyczna

Maj 2019

PrenumerataePrenumerataKup w kiosku wysyłkowym

Elektronika Praktyczna Plus

lipiec - grudzień 2012

Kup w kiosku wysyłkowym