MENU
Главная » Статьи » ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ

USB зарядное устройство на компараторе LM393
Я всегда жаловался на зарядные устройства, когда мне перед уходом нужно было что-то быстро зарядить. Этот проект упростил задачу, так как само устройство питается от USB-порта ноутбука, и способно зарядить пару вышеупомянутых батареек.
Любой USB-порт может отдать 500мА при 5В. Но USB-устройства стандартно потребляют не более 100мА, поскольку порт имеет запас, это делает его идеальным источником энергии.
Есть и коммерческие зарядные устройства такого типа, но каждое из них имеет свои недостатки:
1) USB Cell это NiMH AA батарейка, ёмкостью 1300mAh со съемным верхом, что позволяет ей быть подключенной непосредственно к порту USB. Отдельное зарядное не требуется. К сожалению, емкость является очень маленькой (большинство NiMH AA батареек имеют ёмкость 2500mAh), и каждая требует свой собственный порт.
2) Существует два ЗУ на USB батарейках АА типа, продаются под разными названиями, но они заряжают на очень низких скоростях в 100 мА. Дистрибьютор называет их "овернайт зарядное", при такой скорости заряда батарейка ёмкостью 2500мА будет заряжаться около 40 часов.
Зарядное устройство в этом проекте предназначено для зарядки двух АА NiMH или NiCd батареек любой ёмкости при токе около 470mA. Оно будет заряжать 700mAh NiCd батарейку около 1,5 часов, 1500mAh NiMH около 3,5 часов, и 2500mAh NiMH около 5,5 часов. Зарядное устройство включает средство автоматической зарядки, отключение схемы в зависимости от температуры, сами батарейки можно оставить в зарядном устройстве на неопределенный срок после отключения.


image

Технические условия
Это зарядное устройство имеет следующие технические характеристики:

Размер: 3.8 "Д х 1.2" Ш х 0,7 "В (9.7cm х 3.0cm х 1,5 см).
Аккумуляторы: Два, А.А. размера, NiMH или NiCd типа.
Зарядный ток: 470mA
Зарядка методом терминации: Температура батареи (33 ° С)
Tок подзарядки: 10 мА
Источник питания: настольный компьютер, ноутбук или USB-концентратор.
Условия эксплуатации: -15 ° С до 25 ° С (59 ° F до 77 ° F)


Схема
Сердце этого зарядного устройства Z1A, одна половина LM393-двойного компаратора напряжения. Выход (контакт 1) может быть в одном из двух состояний, высоком или низком. Во время зарядки, выход нагружен на транзистор Q1 и подает на него через резистор R5 около 5.2мА. Q1 имеет бета-около 90, так что к аккумуляторам будет доходить около 470mA зарядного тока.
Во время зарядки, R1, R2 и R4 образуют трехсторонний делитель напряжения, который дает 1,26В на не инвертирующий вход Z1A (контакт 3, Vref).

TR1 представляет собой термистор, что находится в прямом контакте с аккумулятором. Он имеет сопротивление 10 кОм при 25 ° C (77 ° F), которое обратно пропорционально температуре примерно на 3,7% за каждые 1С ° (1.8F °). R3 и TR1 образуют делитель напряжения, значение которого подается на инвертирующий вход (контакт 2, Vtmp). При температуре 20 ° C (68 ° F), TR1 имеет сопротивление 12kΩ, на входе Vtmp при этом 1.76V. По мере повышения температуры батареек, устойчивость TR1 падает. При 33 ° С (91 ° F), сопротивление будет около 7.4kΩ, на Vtmp при этом 1,26В, что соответствует напряжению Vref.

Когда температура поднимается выше 33 ° С, Vtmp станет меньше Vref , а выход Z1А будет высоким и откроет коллектор. Таким образом, ток, протекающий через R5 значительно снизится, так как он теперь ограничен R1, R2 и R4. В результате ток, протекающий через Q1 и батареи уменьшается до 10 мА.

Кроме того, поскольку R4 теперь подключен к +5 В через R5 и Q1, вместо того, чтобы давать 0.26V на Z1A, напряжения Vref изменится примерно до 2.37V. Это гарантирует, что, когда температура элемента падает, зарядное устройство не включится. Для того чтобы достичь Vtmp 2.37V, сопротивление TR1 должно было бы составить около 20 кОм, что соответствует температуре около 6 ° C (43 ° F), которая недопустима в комнате.

Z1B является другим компаратором LM393, и если внимательно посмотреть на схему, то он выполняет то же сравнение, что и Z1A. Это приводит в действие индикатор, обозначающий, что зарядка продолжается. R6 ограничивает ток светодиода до 10 мА. Запустив LED от собственного компаратора (который находится в чипе, используете эго или нет), текущий индикатор не оказывает никакого влияния на Vref.

Наконец, C1 используется, чтобы гарантировать, что зарядка начинается, когда пара батареек вставлена. При отсутствии батареек устройство отключено. Как только вторая из двух вставляется, положительная сторона С1 подключена к напряжению батарей (около 2,4). Через несколько секунд потенциалы на конденсаторе выравниваются, и он больше не влияет на схему.



image

Конструкция
Схемy лучше собрать на печатной плате.
Начните с установки всех резисторов и конденсатора. Резисторы должны быть установлены в горизонтальном положении. Установите LED1, чтобы отрицательный вывод был подключён к контакту 7 Z1B.
Установите Z1 рядом, гарантируя, что контакт 1 (обозначается маленькой точкой на одном углу IC) ориентирован, как показано на схеме размещения. Если хотите, используйте разъем для Z1.

Транзистор Q1 установите на небольшом радиаторе. Согните контакты на 90 ° только там, где они начинают сужаться. Не сгибайте их слишком резко, они могут сломаться.
Далее установите держатель батареек и приклейте его к плате. Затем закрепите термистор.
Последний шаг-подсоединение USB-кабеля, его можно либо купить, либо отрезать от старой мышки. Не попутайте распиновку проводов.



image

image

image

image


Тестирование
Перед подключением зарядного устройства к источнику питания, проверьте тщательно вашу работу. Убедитесь, что все компоненты правильно ориентированы (в частности, Q1, LED1, Z1, и держатель батареи).
Для начальных испытаний, я предлагаю вам использовать активный USB-концентратор. Используя концентратор, вы убедитесь, что зарядное устройство не получает питание от компьютера, так как дефект в зарядном устройстве может привести к повреждению источника питания. Кроме того, можно использовать регулируемый источник питания 5В, временно подключенный к +5 В и GND на печатной плате.

При подаче напряжения, проверьте, что индикатор не горит. Если он включен, использовать 330Ω резистор чтобы закоротить TR1 на мгновение. Если светодиод не гаснет, что-то не так.

С выключенным светодиодом, измерите напряжение между GND и Vref (контакт 3 Z1). Оно должно быть примерно 2.37V. Оно может быть немного больше или меньше в зависимости от конкретного напряжения и значения резистора. Также проверьте напряжение на Vtmp (контакт 2). При комнатной температуре, оно должно быть в диапазоне от 1.60V до 1,85, в зависимости от температуры.

Теперь вставьте пару одинаковых А.А. NiMH батареек, предпочтительно те, которые частично или полностью не разрядились. Как только вы вставите вторую батарейку, светодиод должен загореться. Измерьте напряжение Vref снова, оно сейчас должно быть около 1,26. Vtmp также может быть изменено немного, из-за падения напряжения питания, вызванного нагрузочной способностью блока питания.

Зарядное устройство в настоящее время заряжает и напряжение на клеммах аккумуляторов увеличится через некоторое время. Когда ёмкость достигает около 75 %, скорость заряда увеличивается снова. Наконец, когда батареи достигают 100 % заряда, напряжение начнет снижаться. От 15 до 20 минут спустя, зарядное устройство следует отключить.

Стоит также измерить ток заряда.
Если измеренный ток, I, слишком высокий или слишком низкий, замените R5 другим значением согласно следующей формуле:

R5 = 1,6хI
Используйте ближайшее стандартное значение. Например, если ток 510mA, замените R5 на 820Ω. Если измеренный ток был 420мА, используйте 680Ω резистор.


image

Корпус
Пока ЗУ используется без него, но в будущем хочу сделать для него пластиковый корпус.
Использование зарядного устройства
Использовать зарядное устройство легко. Просто подключите его к порту USB и вставьте две батарейки, которые нужно заряжать. Когда индикатор гаснет, зарядка завершена.
Так же батарейки должны бить одного типа и ёмкости, иначе одна зарядится больше, а другая меньше из-за отключения ЗУ при 33 °C.
В общем, если две клетки используются вместе в одном устройстве (цифровая камера, GPS и т.д.), то они будут оставаться в синхронизации, и могут быть заряжены вместе.

По завершении зарядки, зарядное устройство переключится на непрерывную подзарядку током 10мА. Этого значения достаточно, чтобы преодолеть естественный уровень саморазряда батарей, но оно достаточно низкое, что бы их можно было оставлять в зарядном устройстве на неопределенный срок. Тем не менее, не оставляйте их в зарядном устройстве, если оно не подключено к питанию USB порта.



image

Зарядка AAA батареек.
Если пружины в держателе батареи имеют достаточную длину, зарядное устройство может быть также использовано для зарядки пары батареек типа AAA. Тем не менее, в этом случае необходимо вставить прокладки между клетками и по бокам отсека, чтобы батарейки оставались в контакте с термистором. Только заряжать можно современные батарейки ААА, имеющие емкость 700mAh или больше.

Список деталей
Part Description
R1 56kΩ ¼W, 5% resistor
R2 27kΩ ¼W, 5% resistor
R3 22kΩ ¼W, 5% resistor
R4 47kΩ ¼W, 5% resistor
R5 750Ω ¼W, 5% resistor
R6 220Ω ¼W, resistor
TR1 10kΩ @ 25°C thermistor, approx. 3.7%/C° NTC
Radio Shack #271-110 (discontinued†)
C1 0.1µF 10V capacitor
Q1 TIP32C PNP transistor, TO-220 case
Z1 LM393 dual voltage comparator IC, DIP
LED1 Red, green, or yellow LED, 10mA
Other 2-cell AA battery holder
USB cable
Small heatsink


Источник: http://vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=3497
Категория: ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ | (04.03.2015)
Просмотров: 1753 | Теги: Схема, зарядное, usb, устройство, БП, компаратор | Рейтинг: 5.0/1
Похожие материалы
Всего комментариев: 0
avatar

Copyright MyCorp © 2017    Бесплатный конструктор сайтов - uCoz                               Яндекс.Метрика