с.Кувечічі,
Чернігівська область, Україна.
E-mail andrij_s (at) mail.ru

У наш час існує величезна кількість типів зарядних пристроїв для нікель-кадмієвих (NiCd) і нікель-металогідридних (NiMH) акумуляторів типорозміру АА або ААА. Існують різні методики зарядки. Найдавніша і вона ж сама щадна по відношенню до акумулятора - це зарядка стабільним струмом 0,1 від ємності, вираженої в ампер-годинах до досягнення напруги на елементі 1,45-1,5 В, на що зазвичай потрібно 12-14 годин.

Способи більш швидкої зарядки великими струмами часто виявляються згубними для здоров'я акумулятора, тому що повинні індивідуально відповідати конкретно взятому типу акумулятора, що далеко не завжди піддається реалізації в зарядному пристрої: не стане ж користувач кожен раз перебудовувати зарядний пристрій або закуповувати абсолютно однакові акумулятори у всю апаратуру, тому без крайньої потреби швидку зарядку краще не використовувати. Якщо акумулятор нікель-кадмієвий, то перед зарядкою його потрібно розрядити до напруги 1 В, інакше він буде втрачати ємність, особливо, якщо кожен раз його заряджати в повному обсязі вирядженим, але такі акумулятори вже використовуються дуже рідко, на зміну їм приходять NiMH елементи, що володіють більшої питомої ємністю і не схильні до ефекту пам'яті, але мають значно менший ресурс кількості циклів заряд-розряд. Існують звичайно фірмові зарядні пристрої, що враховують всі нюанси правильного заряду акумуляторів. Вони визначають ступінь зарядженості по напрузі на акумуляторі або (і) по невеликому спаду напруги в кінці зарядки (дельта-U чутливі пристрої), контролюють вони також і температуру акумулятора. Але такі пристрої дуже дорогі. Крім того, готові зарядні пристрої часто заряджають послідовно з'єднані 2 або 4 акумулятори, що є дуже неправильно, оскільки при зарядці послідовно з'єднаних акумуляторів практично неможливо забезпечити однаковий рівень їх зарядженості. Акумулятори часто мають хоч і незначний, але все ж помітний розкид в параметрах, тому забезпечити їх правильний заряд можна тільки контролюючи процес кожного акумулятора окремо.

Зрозуміло, що виготовити в домашніх умовах пристрій, що враховує всі тонкощі заряду практично неможливо - вийде дорожче готового фірмового. Таким чином, ставилося завдання створити максимально просте зарядний пристрій, який буде проте абсолютно безпечним для здоров'я акумуляторів і максимально універсальним, відповідним для різних акумуляторів, наявних в господарстві. Виходячи з цього був обраний алгоритм зарядки стабільним струмом 200 мА для елементів типорозміру АА і 75 мА для акумуляторів ААА. Ступінь зарядженості визначається за напругою на одному окремо взятому акумуляторі. Як показала практика, для здоров'я акумуляторів не страшно досить значне (-50 + 100%) відхилення зарядного струму від покладених 0,1 від ємності. Набагато небезпечніше недо- або перезаряд а також різна ступінь зарядженості акумуляторів, які потім будуть використовуватися в одному пристрої. Виходячи з таких міркувань зібрано зарядний пристрій, схема якого наведена нижче.

Рис. 1. Схема зарядного пристрою

Трансформатор Т1 знижує напруга мережі до 7-12 В, яке потім стабілізується імпульсним стабілізатором, реалізованим на транзисторах Т1-Т4 на рівні 4,9В. При одночасній зарядці чотирьох акумуляторів стабілізатор видає струм близько 1 А, але завдяки імпульсному режиму роботи тепловідводи транзисторів не потрібні.

Дільник напруги R8R9 створює опорну напругу 1,4 В, яке порівнюється з напругою на акумуляторі, який заряджається, компаратором на OP1. Резистор R7 в ланцюзі зворотного зв'язку створює гистерезис близько 0,05 В, завдяки чому після досягнення напруги на акумуляторі 1,45В зарядка припиняється і не включається до тих пір, поки напруга на акумуляторі не знизиться до 1,35 В. Такий режим роботи дуже важливий при короткочасних відключеннях напруги під час зарядки акумуляторів: якщо зарядка не була завершена, то після відновлення електропостачання вона продовжиться. Крім того, усуваються повторні включення-відключення в кінці зарядки.

Зарядний струм стабілізується генератором стабільного струму на Т5 Т6, зарядний струм задається резистором R13. Поки напруга на акумуляторі не досягне встановленого порога, напруга на виході операційного підсилювача практично дорівнює напрузі харчування, отже транзистор Т5 відкритий, генератор стабільного струму працює, світлодіод LED1 (помаранчевий) світиться, індіціруя нормальний режим заряду. Коли напруга на акумуляторі підвищиться до 1,45 В, напруга на виході операційного підсилювача знизиться майже до 0, Т5 закриється, світлодіод згасне, зарядка припиниться. Особливістю схеми є те, що світлодіод LED1 крім функцій індикації грає роль джерела опорного напруги для генератора стабільного струму.

Імпульсний стабілізатор напруги може використовуватися один на кілька акумуляторів (до 4 без тепловідведення на Т1, і до 8 з теплоотводом, при відповідній потужності мережевого трансформатора і діодного моста). Кількість модулів, обведених лінією і позначених на схемі А1 має дорівнювати кількості одночасно акумуляторів, що заряджаються.

Налаштування.

Відразу після збирання приступають до налагодження пристрою. Спочатку підбираючи опір R5 в межах сотень Ом, встановлюють напругу стабілізації 4,9В, в точці, позначеної на схемі. Перевіряють стабільність напруги, при зміні навантаження від 20 мА до 1 А воно не повинно змінюватися більш ніж на 0,05В. Якщо планується заряджати не більше 2 акумуляторів, верхня межа струму може бути 0,5 А. Перевіряють, щоб не перегрівався транзистор Т1. Його сильне нагрівання більш 50-60oС говорить про неправильну роботу стабілізатора. Потім перевіряють зразкове напруга 1,4 В, при необхідності підбирають опір R9. Далі, встановивши в роз'єм розряджений акумулятор, підбирають опір R13 для забезпечення потрібного зарядного струму. При використанні помаранчевих світлодіодів опору 3,6 Ом відповідав зарядний струм 200 мА, при 10 Омах ток був 75 мА. На цьому настройка закінчена. Якщо зарядний струм не перевищує 200 мА, то тепловідвід на Т6 не потрібен.

Про деталі.

Транзистор Т1 може бути будь-яким високочастотним, з невеликим напругою насичення емітер-колектор у відкритому стані. Струм колектора повинен бути більше 2 А, напруга емітер-колектор не менше 40 В. В якості цього транзистора також непогано застосувати n-канальний ключовий польовий транзистор типу IRFZ44, IRF510, але тоді треба міняти полярність підключення до діодному мосту на протилежну, а транзистори Т2 і Т3 повинні бути структури npn, наприклад, КТ815 і КТ3102 відповідно, а Т4 - pnp, наприклад, КТ3107. Діод D1 повинен бути обов'язково високочастотним, можна з бар'єром Шотткі, наприклад, 1N5819. Дросель L1 мотають проводом діаметром близько 0,8 мм (20 витків) на ферритовой чашці Б18-Б22 з фериту 1500-2500НМ з немагнітним зазором 0,1 мм. Можна з успіхом використовувати тороидальний сердечник з пресованого залізного порошку (використовуються вихідних в фільтрах комп'ютерних блоків живлення). Дросель L2 - марки ДПМ або будь-який готовий близько 100 мкГн, обов'язково на струм більше 1А. Можна також намотати самому проводом не тонше 0,8 мм на будь-який відповідний сердечник. Індуктивність цього дроселя може відрізнятися в більшу сторону в кілька разів, важливо, щоб він мав дуже маленький опір постійному струму. Операційний підсилювач в даній конструкції застосовується счетверенний, але якщо пристрій буде на 2 акумулятора, то можна застосувати і здвоєний. Трансформатор будь-який мережевий, з напругою на вторинній обмотці від 7 до 12 В, потужність приблизно 1,5-2 Вт на кожний заряджається акумулятор.

Діодний міст може використовуватися будь-який відповідний на ток 1 А і більше, можна і на окремий діодах типу 1N4001.
Варіант компоновки і друкованої плати пристрої на 4 акумулятора (2 АА і 2 ААА) дивіться на фото.

Малюнок 2. Друкована плата

Малюнок 3. Компонування всередині корпусу і зовнішній вигляд