Parametry / Technické údaje

• vstupní napětí 230V / 50Hz
• výstupní napětí pro akumulátor 12V (11,90V – 14,95V); 6V (5,97V – 7,42V)
• tři fáze nabíjení (viz. Tab. 1.)
• indikace aktuálního stavu nabíjení (1/1; 1/2; Current; Power)
• ochrana proti přebití a zničení akumulátoru
• možnost trvalého připojení akumulátoru
• funkce automatického dobíjení a udržování náboje akumulátoru
• nabití na plný náboj akumulátoru
• nabíjení akumulátoru s kapacitou 1Ah – 55Ah (testováno) – změna hodnoty R2
• kompaktní konstrukce, všechny součástky jsou umístěny na jediné DPS
• jednoduchá konstrukce díky použití UC3906
• možnost použít i do záložních zdrojů z hermetickými akumulátory
• možnost doplnit o ochranu proti přepólování akumulátoru
• minimální změnou součástek, lze upravit nabíječku na 6V verzi (R10, R11 a TR1)

Popis konstrukce

 U klasické nabíječky není vyloučeno přebití a následné poškození akumulátoru. Optimální je použít k nabíjení i udržování provozu akumulátorů zdroj doplněný řídícími obvody, které automaticky volí správný režim pro každou fázi činnosti a každý okamžitý stav akumulátoru.

Některými firmami byli vyvinuty speciální integrované obvody, které splňují zmiňovaná kritéria. Jedním z nich je integrovaný obvod UC 3906, který je použit v této konstrukci nabíječky. Obvod vyrábí firma Texas Instruments, která se při vývoji tohoto obvodu zaměřila na optimální kontrolu kapacity a životnosti baterie. Obvod je umístěn v pouzdře DIL16. Vnitřně je obvod nastaven na tři režimy nabíjení. Tyto fáze budou popsány podrobně v následující kapitole a tabulce Tab. 1. Obvod dále obstarává kompletní kontrolu nabíjecího proudu a napětí, je také vybaven ochranou proti přebití akumulátoru. O stavu nabíjecího procesu nás informují čtyři LED (Q1-1/1, Q2-1/2, Q3-Current, Q4-Power).

Na obr. 1. je blokové schéma integrovaného obvodu UC 3906 a na obr. 2. je popis vývodů. Pro pochopení zapojení jednotlivých vývodů integrovaného obvodu uvádím typické zapojení, které udává výrobce na obr. 3. Pro více informací lze získat kompletní DataSheet obvodu na webu výrobce integrovaného obvodu. Podrobný katalogový list můžete stahovat na konci článku.

Obr. 1 - Blokové schéma obvodu 
 
 
Obr. 2 - Popis vývodů obvodu, pouzdro N (pohled shora)
 
 
Obr. 3  - Typické zapojení výrobce obvodu UC3906

Obvod UC3906 a jeho funkce

• optimální kontrola maximální kapacity a životnosti baterie
• vnitřní nastavení na tři nabíjecí režimy
• precizně nastavená napěťová reference z vynikající teplotní stálostí
• kontrola napětí a proudu na výstupu z nabíječky
• typický odběr obvodu je pouze 1,6mA
• integrovaný proudový monitor a kontrola výstupního napětí
• možnost externí teplotní kontroly pro nastavení napěťové reference obvodu
• maximální výstupní proud obvodu na vývodu (PIN16) je 25mA
• obvod kontroluje stav výstupu – zamezení poškození při zkratu a proudovém přetížení
• monitorovací výstupy (7 Power indicate, 8 Over-charger terminace, 9 Over-charger indicate, 10 State level kontrol)

Základní parametry

• napájecí napětí (+VI_N) - max. 40V
• napájecí proud (I_NAP) - 1,8 – 2,7mA
• výstupní proud (PIN16) - max. 25mA
• ztrátový výkon (P_MAX) - 1000mW
• pracovní teplota - -55°C až +150°C

Výpočet hodnot RA, RB, RC, RD, RS, RT a ostatních parametrů

Popis jednotlivých fází nabíjení

V první fázi je akumulátor nabíjen zmenšeným a plným proudem na 95% maximálního nabíjecího napětí. Nabíjecí proces začíná přezkoušením akumulátoru a počátečním nabitím hluboce vybitých článků. Akumulátor se nabíjí malým proudem (30mA) až do okamžiku, kdy dosáhne napětí na jeho svorkách určité minimální úrovně U1, odpovídající napětí 2V na článek. Pokud jsou v akumulátoru některé články vadné, napětí akumulátoru nedosáhne potřebné velikosti a nabíjení nemůže pokračovat. Pokud jsou všechny články akumulátoru v pořádku, je akumulátor od tohoto minimálního napětí U₁ nabíjen stálým proudem I_MAX až po dosažení 95% maximálního napětí U2. Číselná hodnota tohoto stálého proudu (v ampérech) má být rovna jedné desetině jmenovité kapacity akumulátoru (v ampérhodinách). V případě menšího nabíjecího proudu trvá nabíjení déle, je však šetrnější k baterii. Nabíječka pracuje ve třídě A – nabíjení konstantním proudem.

Druhou fází nabíjecího procesu je nabíjení při konstantním napětí. Jedná se o nabíječku pracující ve třídě B. Na jejím začátku se napětí na svorkách akumulátoru poněkud zvýší  (z U₂ na maximální napětí U₃) – na úroveň odpovídající napětí 2,3V až 2,5V na článek. Jakmile napětí na svorkách akumulátoru dosáhne této úrovně, začne nabíječka pracovat jako zdroj stálého napětí U₃. Nabíjecí proud se začne zmenšovat a v okamžiku, kdy dosáhne jedné desetiny maximálního nabíjecího proudu, je nabíjení ukončeno a začíná další fáze nabíjení.

Ve třetí fázi se vyrovnává samovolné vybíjení. Samovolné vybíjení je způsobeno konstrukcí a technickými možnostmi především u automobilových článků. Dochází k němu také při extrémních teplotách, jako v zimním období kdy je baterie zatěžováno teplotou hluboko pod bodem mrazu. Při něm se zmenšuje napětí na svorkách akumulátoru z úrovně U₃ směrem k nule. Jakmile klesne pod určitou mez U₄, začne se akumulátor dobíjet proudem stejně velkým, jako je vybíjecí proud a na akumulátoru je udržováno konstantní napětí U₅.

Při připojení zátěže, odebírající z akumulátoru proud větší, než je maximální nabíjecí proud, začne klesat napětí na akumulátoru až do určité úrovně U₆ – ta odpovídá 90% udržovacího napětí U₄ akumulátoru, tedy 2,07V na článek. Při této úrovni přejde nabíječka do první fáze činnosti, ve které případně odpadne formování a začne opětovné nabíjení akumulátoru.

Tab. 1. - Fáze nabíjení akumulátoru

Na následujících křivkách je vykreslen průběh napětí a proudu na výstupu z nabíječky při jednotlivých fázích nabíjení. Dále je zde zakreslena změna výstupů IO (UC3906) pro indikaci (ST – 1/1; OC – 1/2; C/S – Current). obr. 4.

Je zde dobře patrné kdy dochází ke změně stavu výstupů integrovaného obvodu.

Obr. 4 - Křivky U a I v jednotlivých fázích + popis stavů výstupů IO

Popisem vlastní konstrukce se budeme zabývat příště.

Download & Odkazy

• Druhý díl konstrukce
• Domovská stránka autora - http://michal.slansky.sweb.cz/
• Download katalogového listu UA3906 - slus186b.pdf
• Download aplikačního listu UA3906 - slua115.pdf