Типы и принципы работы автоматического зарядного устройства

Зарядное устройство - электронное устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника, обычно, от сети переменного тока напряжением 220 В. Включает в себя преобразователь напряжения - трансформатор, импульсный блок питания, выпрямитель, стабилизатор напряжения, устройство контроля процесса заряда, средства индикации - стрелочный или светодиодный амперметр. Характеристики зарядных устройств зависят от типа аккумуляторов, рабочего напряжения, номинальной ёмкости. Зарядные устройства могут быть встроенными и внешними.

Зарядные устройства отличаются друг от друга способом зарядки батареи, наличием функции разряда и всевозможными видами индикации. В зарядных устройствах, которые входят в комплект поставки мобильного телефона, обычно, индикатором заряда является сам экран телефона, на котором высвечивается уровень заряда батареи.

Для разных типов аккумуляторов выпускаются разные зарядные устройства. Существуют зарядки для аккумуляторов на основе никеля - никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлгидридные (NiMH), для литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов и комбинированные.

В зависимости от конструкции зарядные устройства могут быть встроены в телефон или в выносной блок питания - предназначены для заряда аккумуляторов непосредственно в телефоне; они могут быть настольными - обеспечивают как заряд, так и разряд- или ручными - компания Motorola выпустила зарядные устройства под названием Motorola FreeCharge, которое работает на ручной подзарядке.

Зарядные устройства различаются по способу заряда: есть устройства, осуществляющие заряд постоянным током, и устройства с импульсным способом заряда.

По типу входного напряжения питания различаются зарядные устройства, подключаемые к сети напряжения переменного тока, и зарядные устройства, подключаемые к бортовой сети автомобиля - обеспечивают питание телефона от сети с напряжением 12 или 24 В от автомобильного прикуривателя и заряжают запасную батарею.

Наиболее широкое распространение получили зарядки, входящие в комплект поставки мобильного телефона. Эти устройства доставляют пользователям минимум беспокойства и рассчитаны на работу с NiCd-, NiMH- и Li-Ion-батареями.

Автомобильные зарядные устройства созданы для тех, кто проводит много времени за рулём автотранспортного средства. Оно выполнено в виде шнура, соединяющего сотовый телефон с гнездом автомобильного прикуривателя.

Номинальная электрическая емкость – то количество энергии, которым батарея теоретически должна обладать в заряженном состоянии.

При эксплуатации зарядного устройства важно правильно определять время окончания заряда. Обычные зарядные устройства, использующие NiCd- и NiMH-аккумуляторы с током заряда 10% от номинальной емкости аккумулятора и временем заряда – 10 – 12 часов, обычно не особо чувствительны к небольшим нарушениям времени заряда. Если аккумулятор при малом зарядном токе побудет в зарядном устройстве, например, на 1 – 2 часа дольше положенного времени, это не приведёт к критическим последствиям.

Для аккумуляторной батареи опасно получать излишний заряд на большом токе и, соответственно, перегреваться. «Ускоренные» же зарядные устройства заряжают батарею током равным 33 – 100% от ее номинальной ёмкости. Время заряда составляет 1 – 3 часа. О завершении процесса заряда в некоторых зарядных устройствах можно узнать, ориентируясь на достижение конкретного значения напряжения на аккумуляторной батарее.

Существуют зарядные устройства, в которых время заряда отсчитывается с помощью специального таймера: по истечении определённого времени ток на аккумулятор перестаёт подаваться. Проблема в том, что если после заряда снова установить батарею в такое зарядное устройство, оно снова начнет заряжать батарею, в результате чего срок правильной работы аккумуляторной батареи сократится.

Сложные зарядные устройства оснащены микроконтроллером, который позволяет более точно отследить окончание заряда батареи, а также другие параметры: напряжение батареи, ток, температуру и другие переменные значения. В усложнённых зарядных устройствах имеется датчик внешней температуры (она очень сильно влияет на процесс зарядки). Импульсный заряд, который применяется в кондиционирующих зарядных устройствах и анализаторах аккумуляторных батарей, наиболее подходит для NiCd- и NiMH-батарей. Суть этого способа заключается в том, что аккумулятор в течение определенных периодов времени получает заряд и разряд короткими импульсами. Разрядные импульсы тока призваны минимизировать формирование нежелательных кристаллов на пластине NiCd- и NiMH-аккумуляторов, что в свою очередь минимизирует «эффект памяти» и увеличивает срок службы аккумулятора. Однако аккумуляторы с большим «эффектом памяти» один только импульсный заряд не спасет – для того чтобы разрушить более стойкие кристаллические образования, им необходим глубокий разряд (восстановление) по специальному алгоритму.

Портативные зарядные устройства, обычно они состоят из встроенного аккумулятора и других составных частей. Его нужно периодически заряжать чтобы он не потерял свою энергию в самый ненужный момент. Так же существуют портативные зарядные устройства, работающие от батарей.

В разрабатываемом зарядном устройстве была использована схема импульсного повышающего преобразователя напряжения. Широкое распространение получили импульсные DC/DC преобразователи напряжения, ввиду их более высокого КПД по сравнению с линейными. Хотя они и уступают линейным в меньшей стабильности выходного напряжения, но при значительном изменении входного напряжения на них рассеивается меньшая мощность. В разрабатываемой схеме использована микросхема LM2576.