Для устранения последствий негативных временных процессов в Ni-MN аккумуляторах (АК), используемых для питания различной аппаратуры, в том числе тонометра UB-201, необходимо проводить периодические тренировочные циклы заряд-разряд для сохранения однородности физических свойств структур, которые находятся внутри самого АК, для чего потребуется зарядно-разрядное устройство.
Один из возможных вариантов изготовления простого зарядно-разрядного устройства приведён в [1]. Предлагается более сложное универсальное зарядно-питающее устройство (УЗПУ) для автоматического тонометра OMRON M2 Basic модели UB-201, которое может работать в таких основных режимах:
• режим динамического заряда АКБ во время положительной полуволны питающего напряжения стабильным фиксированным током заряда 100 мА с частотой 25 Гц:
• режим динамического разряда АКБ (тренировка) во время отрицательной полуволны питающего напряжения с частотой 25 Гц, ток разряда 10 мА:
• режим статического разряда АКБ стабильным током разряда 100 мА:
• режим сетевого источника для питания тонометра, который подключается к нему через штатный соединитель:
• режим светильника с двумя подрежимами: работа источника света от батарей (использование АКБ тонометра или гальванических батарей) и работа источника света от сети 220 В/50 Гц;
• мультирежим, имеет два коммутируемых подрежима, когда используется либо АКБ, либо сетевой источник одновременно для работы тонометра и светильника;
• режим источника постоянного тока для питания внешних устройств мощностью 4...5 Вт.
Рис. 1
Схема УЗПУ показана на рис.1. Состоит она из сетевого трансформатора Т1, двух выпрямителей на диоде VD3 и диодном мосте VD4, двух стабилизаторов тока на транзисторах VT1 и VT5, компенсационного стабилизатора напряжения на транзисторах VT2-VT4. Однополупериодный выпрямитель на диоде VD3 использован для организации импульсного динамического режима для заряда АКБ, а точнее, режима динамического цикла заряд/разряд с соотношением длительностей 10/1. Схема зарядного устройства состоит из элементов R1, R3, VD1, VD2 и VT1.
Особенностью его схемы является использование в качестве источника опорного напряжения светодиода VD2, применение которого благодаря положительному ТКСН позволяет не только улучшить общую ТКСН устройства, но и получить индикацию его работы, поскольку светодиод будет светиться только при подключении заряжаемой АКБ (что индицирует наличие всех контактов между АК в кассете, в которой они установлены для заряда). Диод VD1 служит для защиты светодиода VD2 от возможного приложения обратного напряжения.
Схема работает следующим образом. Во время положительной полуволны питающего напряжения значение тока через стабилизатор тока равно 112 мА, 12 мА из которых ответвляются на цепочку R5VD10VD9, а 100 мА - на заряд АКБ. Во время отрицательной полуволны происходит разряд АКБ током 12 мА через цепочку R5VD10VD9. Светодиод VD9 помимо элемента нагрузки при динамическом разряде также выполняет и функцию световой индикации наличия динамического разряда. Диод VD6 предотвращает разряд АКБ через элементы стабилизатора тока заряда при отключении сетевого питания.
Схема разрядного устройства полностью аналогична схеме зарядного устройства и состоит из стабилизатора тока на VT5 и нагрузки из белых светодиодов VD11-VD13 и VD16, VD17, которые вкпючёны параллельно. Общий ток через нагрузку равен 100 мА.
Особенностью схемы является погасание опорного светодиода VD8 стабилизатора тока разряда при понижении напряжения на АКБ ниже 4,0 В, что индицирует окончание процесса её разряда. Следует отметить, что некоторое свечение кристаллов белых светодиодов VD11-VD13 и VD16 при этом ещё имеется.
Измерение напряжения на АКБ при разряде возможно при подключении внешнего вольтметра к контактам соединителя XS1.1 и XS1.3. Для питания тонометра от сети используется компенсационный стабилизатор напряжения на VT2-VT4. Особенность схемотехники такого стабилизатора напряжения - наличие триггерного эффекта при коротком замыкании по выходу (при токе выше 0,7 А).
Для защиты электрической схемы тонометра от превышения напряжения питания предусмотрено устройство на элементах R9, VD14, VD15, VS1, которое представляет собой аналог порогового элемента (динистора) с напряжением включения 6,7 В. При появлении на выходе сетевого источника питания напряжения, превышающего это значение, пороговый элемент открывается и замыкает выход стабилизатора напряжения, что, в свою очередь, должно вызвать его переход в закрытое состояние. Если переход Э-К регулирующего транзистора VT4 пробит, то такое состояние устройства вызывает разрушение плавкого предохранителя FU1.
АКБ в УЗПУ может находиться в трёх состояниях: заряжаться, просто на хранении и в режиме разряда стабильным током (подрежим "светильник").
Конструкция и детали
Трансформатор Т1 собран на магнитопроводе из трансформаторной стали Ш14х58.
Обмотка I трансформатора Т1 имеет 1716 витков провода ПЭТВ диаметром 0,15 мм, обмотка II - 78 витков провода ПЭТВ диаметром 0,7 мм. Ток "холостого хода" трансформатора в авторском варианте составляет 7 мА. Можно также использовать готовый трансформатор с выходным напряжением 10 В и током 0,7 А.
Постоянные резисторы типа МЛТ, мощность в соответствии с рис.1. Переменный резистор R7 типа СП5-2. Оксидные конденсаторы типа К50-35. Конденсатор С2 типа К73-17.
Переключатели режимов SA1 МТ-1 на два положения, а SA2 импортный на три положения со средним нейтральным.
Передняя панель имеет размеры 87х55 мм и изготовлена из стеклотекстолита толщиной 1,2 мм. Крышка УЗПУ изготовлена из листовой стали толщиной 0,35 мм и имеет размеры 87х95х55 мм. Нижняя часть корпуса изготовлена из фанеры толщиной 5 мм. Между собой элементы корпуса соединены с помощью шурупов длиной 10 мм.
Транзистор VT4 установлен на алюминиевый радиатор с площадью 150 см2 без изоляционной прокладки. Транзисторы VT1 и VT5 типа 2SA1837 в стабилизаторах тока применены из соображений удобства их конструктивного исполнения, поскольку они имеют пластмассовый корпус, что позволяет закрепить их на одном радиаторе с транзистором VT4 без изолирующих прокладок. При отсутствии таких транзисторов можно применить отечественные транзисторы марок КТ814-КТ816, которые придётся крепить к корпусу радиатора через слюдяную прокладку.
Рис. 2
Чертеж печатной платы с расположением элементов на ней можно запросить в редакции журнала по e-mail: electrik@sea.com.ua. Внешний вид УЗПУ без крышки показан на рис.2, а в сборе - на фото в начале статьи.
Настройка
Стабилизатор тока заряда
Сначала следует установить ток через источник опорного напряжения светодиод VD2. Для этого цепочку R3VD1VD2, параллельно диодам которой временно присоединён вспомогательный конденсатор 100 мкФ 16 В, следует отключить от схемы стабилизатора тока заряда и подключить последовательно через миллиамперметр к катоду диода VD3. Подбором резистора R3 установить ток в цепи 10 мА. Вспомогательный конденсатор отключить.
Вместо резистора R1 следует временно включить проволочный переменный резистор сопротивлением 20 Ом, предварительно установив его на максимум сопротивления, и подключить стабилизатор тока к катоду диода VD3. Включить между коллектором VT1 и катодом диода VD6 амперметр.
Включить источник питания. При этом должен светиться светодиод VD2, а амперметр показывать некоторое значение тока. Уменьшая сопротивление временного переменного резистора, установить значение тока в цепи 112 мА. При отключении миллиамперметра светодиод VD2 должен погаснуть.
Теперь следует установить ток в разрядной цепи, для чего необходимо отсоединить цепь R5VD9VD10 от схемы, включить последовательно с ней миллиамперметр и подать на неё от вспомогательного источника постоянного напряжение 5,6 В (1,4 Вх4) в соответствующей полярности. Подбором резистора R5 установить ток в цепи 12 мА. Восстановить все соединения в схеме.
Стабилизатор тока разряда
Настройка стабилизатора тока разряда проводится аналогично приведённой выше методике настройки стабилизатора тока заряда, в соответствии со значениями, указанными на рис.1.
Примечание по настройке: светодиоды источников опорного напряжения упомянутых стабилизаторов тока при отключенной нагрузке не должны светиться.
Рис. 3
Настройка источника стабилизированного напряжения заключается в установке с помощью переменного резистора R7 выходного напряжения 6 В и тока через опорный элемент (диод VD7) 17...20 мА с помощью резистора R6, а также проверке работы его схемы в режиме короткого замыкания (0,7...0,8 А).
Литература
1. Ёлкин С.А. Зарядно-разрядное устройство с независимыми функциями заряда и разряда Электрик. - 2011. - №9. - С.52.
Автор: Сергей Ёлкин, г. Житомир