Батареи типоразмера 6F22, как аккумуляторные, так и состоящие из гальванических элементов, пока ещё достаточно широко применяются для питания различной малогабаритной маломощной радиоаппаратуры. Если "свежей" батареи хватает ненадолго, предпочтительно применить аккумуляторный вариант, но тогда возникает проблема с его зарядкой.
В настоящее время широко распространены сетевые (в основном зарядные устройства для сотовых телефонов) и автономные или аккумуляторные (power bank) источники питания с выходным напряжением 5 В и выходным USB-разъёмом. Поскольку у аккумуляторных батарей типоразмера 6F22 номинальное напряжение около 8,7 В, заряжать их от указанных выше источников питания без повышающего преобразователя напряжения невозможно. Предлагаемое устройство представляет собой такой преобразователь с контролем тока зарядки.
Схема устройства показана на рис. 1. Повышающий преобразователь собран на микросхеме DA1 и дросселе L1. Импульсы напряжения, формирующиеся на автотрансформаторе, выпрямляет диод VD1, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С3. Выходное напряжение такого преобразователя зависит от напряжения на управляющем входе OUT (вывод 2) микросхемы.
Рис. 1. Схема зарядного устройства
В исходном состоянии микросхема DA1 поддерживает на выходе (разъём Х2) напряжение, соответствующее максимальному для аккумуляторной батареи 6F22. По разным источникам - это около 9,8 В. Поскольку ток через резистор R3 не превышает 1 мА, напряжения на нём недостаточно для открывания транзистора VT1, поэтому светодиод HL2 погашен.
При подключении разряженной аккумуляторной батареи напряжение на движке резистора R2 уменьшится, поэтому выходное напряжение преобразователя станет увеличиваться. Поскольку ток зарядки протекает через батарею и резистор R3, напряжение на нём увеличится, транзистор VT1 откроется, светодиод HL2 включится и напряжение на входе OUT микросхемы DA1 увеличится. В результате выходное напряжение преобразователя уменьшится он перейдёт в режим стабилизации тока, значение которого задают подборкой резистора R3.
По мере зарядки аккумуляторной батареи напряжение на ней станет расти, а ток зарядки уменьшаться. Транзистор будет постепенно закрываться, яркость свечения светодиода HL2 уменьшаться, а выходное напряжение преобразователя расти. В какой-то момент времени транзистор закроется, светодиод HL2 погаснет, но зарядка аккумуляторной батареи продолжится с постепенно уменьшающимся током. Напряжение же на ней не превысит заранее установленного значения.
В этом устройстве ток зарядки на втором этапе зависит от напряжения аккумуляторной батареи, и чем ближе оно к максимальному, тем меньше ток, который уменьшается практически до нуля. Таким образом, в этом устройстве реализована зарядка по закону, близкому к закону Вудбриджа, в соответствии с которым в начале зарядки разряженного аккумулятора ток может в несколько раз превышать рекомендуемый (обычно 0,1...0,2 от ёмкости аккумулятора) для зарядки стабильным током. Такой способ зарядки позволяет зарядить батарею за несколько часов до ёмкости 70...80 %, а последующая дозарядка осуществляется уменьшающимся током без ущерба для неё, что может благоприятно сказаться на общей продолжительности её срока службы.
Чтобы не усложнять конструкции, индикатора окончания зарядки в нём нет. Светодиод HL2 индицирует переход устройства из режима стабилизации тока в режим стабилизации выходного напряжения. Светодиод HL1 - индикатор входного напряжения 5 В.
В устройстве применены постоянные резисторы Р1-4, МЛТ, С2-23, подстроечный - СП3-19, конденсаторы - К50-35 или импортные. Диод 1N4148 можно заменить любым диодом из серий КД510, КД521, КД522 или диодом Шотки серии 1N581X. Замена транзистора КТ3107Б - любой транзистор из серий КТ3107, PN2907. Светодиод HL1 может быть жёлтого, зёленого, синего или белого свечения повышенной яркости с диаметром корпуса 3 мм. Светодиод HL2 - аналогичный, но красного свечения. Дроссель намотан на кольцевом ферри-товом магнитопроводе от KJ1J1, его диаметр - 9,5 мм, высота - 3,3 мм. Обмотка содержит 20...22 витка провода ПЭВ-2 0,4 с отводом от 6-го витка. Разъём Х1 - обычный USB, Х2 - колодка от батареи "Крона".
Рис. 2. Чертёж печатной платы прибора
Большинство элементов установлены на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1...1,5 мм. Её чертёж показан на рис. 2. Микросхема установлена со стороны печатных проводников. В качестве корпуса использован корпус от батареи "Крона", и размеры платы рассчитаны для этого случая. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 3. Сначала в корпус вставляют разъём Х2 и крепят его с помощью клея, например эпоксидного. Затем вставляют плату и закрепляют с помощью термоклея, предварительно под неё со стороны печатных проводников подкладывают изолирующую прокладку из тонкого пластика размерами с плату. Сзади установлена штатная заглушка от "Кроны". В ней сделаны отверстия для светодиодов и кабеля питания. Если заглушка не пластмассовая, а металлическая, её надо изолировать от радиоэлементов на плате. Внешний вид устройства показан на рис. 4.
Рис. 3. Внешний вид смонтированной платы
Рис. 4. Внешний вид устройства
Налаживание начинают с установки движка подстроечного резистора R2 в среднее по схеме положение. Затем от лабораторного источника питания подают напряжение 5 В и с помощью вольтметра контролируют напряжение на выходе (разъёме Х2). Движком резистора R2 устанавливают его требуемое значение. Подключив разряженную до 7 В аккумуляторную батарею, подборкой резистора R3 устанавливают максимальный ток зарядки.
В случае возникновения короткого замыкания на выходе резистор R3 выполняет функцию ограничителя тока, поэтому на плате предусмотрена возможность установки двух резисторов R3' и R3'' мощностью по 0,5 Вт. Если блок питания 5 В имеет защиту от короткого замыкания или ограничение по току, мощность резистора R3 может быть уменьшена до 0,25.0,5 Вт.
Это устройство можно применить в качестве USB-источника питания с выходным напряжением 9 В, как замена батарее "Крона". Для этого взамен резистора R3 устанавливают проволочную перемычку, а элементы R4, VT1 и HL2 на плату не устанавливают. Резистором R2 устанавливают требуемое выходное напряжение. Но тогда надо обязательно поменять полярность напряжения на разъёме Х2. При этом максимальный выходной ток такого преобразователя - не более 50 мА. Но следует учесть, что при питании радиоприёмника преобразователь может создавать помехи приёму. Для их подавления в обе линии питания, между платой и разъёмом Х2, надо установить дроссели индуктивностью 100...500 мкГн, а непосредственно к выводам этого разъёма аккуратно припаять керамический конденсатор ёмкостью 100 нФ.
Чертёж печатной платы в формате Sprint-Layout имеется здесь.
Автор: И. Нечаев, г. Москва