Зарядное устройство для NiMH батарей на DS2715

Автор: Сергей Безруков (aka Ser60)
Опубликовано 11.02.2013
Создано при помощи КотоРед.

Наверное, в практике почти каждого радиолюбителя рано или поздно появляется потребность в зарядном устройстве для аккумуляторов. Вот и я недавно получил заказ от моей Лучшей Половины на изготовление зарядника для ее гаджета, питающегося от 3-х аккумуляторов типоразмера ААА на 750 мАч каждый.  В результате получилось следующее устройство.

Сегодня имеется немало специализированных микросхем для зарядных устройств, аппаратно реализующих весьма мудреные алгоритмы процесса зарядки. Насколько я понял все они делятся на 2 больших класса – с линейным регулятором зарядного тока и с импульсным. Некоторые из них даже могут работать в обоих режимах.

Мой выбор пал на микросхему DS2715, производимую фирмой Maxim Integrated. Она может заряжать от 1 до 10 последовательно соединенных NiMH аккумуляторов и реализует несколько режимов зарядки с автоматическим отключением по ее завершении и защитой от перезарядки. В ее ДШ уже имеется типовая схема включения для импульсного режима, которую я, не мудрствуя лукаво, и повторил с минимальными изменениями.

Изменения коснулись прежде всего увеличения номинала резистора R4 до 0.22 Ом для обеспечения номинального тока заряда около 0.5А в режиме быстрой зарядки, что соответствует значению 0.66С, где С – емкость батарей. Кроме того, я не нашел транзисторов Q1 и Q2 из схемы в ДШ и заменил их на другие с похожими характеристиками. При зарядке аккумуляторы весьма ощутимо нагреваются. Однако, благодаря импульсному режиму работы, силовой транзистор Q2 в крохотном корпусе SOT23 остается холодным при токах заряда до 1А (большие токи не пробовал). Также не нагреваются никакие другие элементы схемы. Транзистор Q1 обеспечивает более быстрое закрывание Q2.

В процессе зарядки микросхема отслеживает температуру аккумуляторов и прекращает их заряд если скорость нарастания температуры превысит некоторый, внутренне заданный, порог. Для этого в схеме имеется NTC термистор R13 (у меня это модель Vishay NTCLE413E2103F520L), который следует разместить в непосредственной близости от заряжаемых батарей.  Я поместил его в держателе батарей как показано ниже. При вставленных аккумуляторах термистор фактически касается двух из них.

Если скорость нагрева батарей при зарядке не превысила порогового значения, в микросхеме имеется встроенный таймер, определяющий максимальную длительность зарядки. Ее можно регулировать резистором R7 и при указанном его номинале быстрая зарядка закончится по истечении примерно 70 минут. После этого происходит дозарядка аккумуляторов где-то втрое меньшим током на протяжении половины (или четверти для микросхем с суффиксом B) времени быстрой зарядки. По завершении дозарядки  схема переходит в режим поддерживания заряда малым током через цепь D2, R10. Отмечу, что полный алгоритм работы микросхемы гораздо сложнее, подробности можно прочитать в ДШ.

Питание схемы производится от мостового выпрямителя на диодах B340А с конденсатором фильтра на 6800 мкф (эти детали на схеме не показаны). Было-бы, конечно, достаточно и втрое меньшей емкости, я просто поставил что у меня было в наличии. Выпрямитель подключен к трансформатору FS12-1000 фирмы Triad Magnetics с двумя вторичными “накальными” обмотками на 6.3В, рассчитанных на номинальный ток 1А каждая и включенных параллельно. Трансформатор с предохранителем установлены на отдельной перфорированной плате в корпусе.

Печатная плата (файл ее для системы Eagle прилагается) рассчитана на установку большинства резисторов и конденсаторов типоразмера 0603. Исключения составляют C2 (0805), C1 (танталовый 2917), и R4 (2512 на 1Вт). Тип примененного дросселя – CDRH127 фирмы Sumida.  Резистор R10 составлен из двух параллельно соединенных резисторов по 470 Ом.

Несколько неразведенных соединений реализованы проволочными перемычками с обратной стороны платы. В файле платы они показаны синим цветом. Разводка силовой части схемы выполнена в соответствии с рекомендациями из ДШ. При наладке я сначала поставил резистор в 0.1 Ом в качестве R4, что привело к зарядному току около 1.1А. Этого оказалось слишком много для данных аккумуляторов. Напряжение на них резко подскакивало в течении 2-3 секунд и срабатывала защита по перенапряжению. С показанным номиналом R4 зарядка происходит без эксцессов и индицируется миганием светодиода с периодом около 1 сек. Завершение зарядки сигнализируется прекращением его мигания. Микросхема IC1 при этом переходит в спящий режим.

Файлы:
Файл платы для Eagle

Все вопросы в Форум.