مدار شارژر باتری چیست؟ معرفی انواع شارژر های باتری

انواع مختلفی از باتری ها وجود دارد که ممکن است با آن ها آشنا شده باشید. هر یک از آن ها ساختار شیمیایی داخلی متفاوتی دارند و به روش های متفاوتی شارژ می شوند. بنابراین در این آموزش، نگاهی دقیق تر به شارژر برای هر نوع از باتری ها (فقط شارژر ها و نه مواد شیمیایی داخلی باتری) می اندازیم و مدار های شارژر باتری را به شما معرفی می کنیم.

از نظر ایمنی، مراقب باشید باتری ها را بیش از حد شارژ یا شارژ معکوس نکنید زیرا آن ها می توانند گرم شوند و حتی آتش بگیرند یا منفجر شوند.

اما قبل از اینکه عمیقاً به آن بپردازیم، بیایید دو چیز را بیاد بیاوریم: (1)ولتاژ ثابت: که ولتاژ منبع تغذیه ثابت است و باتری تصمیم می گیرد که چه مقدار جریان بکشد (اگر باتری بسیار صاف است و می خواهد جریان زیادی بکشد، منبع تغذیه این را محدود می کند)؛ و (2) جریان ثابت: که شارژر جریان ثابتی را از طریق باتری نگه می دارد حتی وقتی ولتاژ سلول باتری با کنترل ولتاژ بین آن ها افزایش یابد.

حال، بیایید سراغ شارژر های باتری برویم.

باتری سرب اسید مهر و موم شده (SLA)

زمانی که فضای کافی دارید باتری های اسید سرب یا SLA ها عالی هستند و یکی از بهترین ویژگی های آن ها توانایی حفظ شارژ در قفسه برای مدت طولانی است. SLA ها به طور کلی از یک منبع ولتاژ ثابت شارژ می شوند. این به این معنی است که شارژر در ولتاژ خاصی تنظیم می شود که در طول چرخه بدون تغییر باقی می ماند و به باتری اجازه می دهد تا در ابتدا جریان زیادی بخواهد که با شارژ شدن آن خاموش می شود. برای جلوگیری از خرابی و گرم شدن بیش از حد، جریان اولیه باید محدود شود.

یک طرف SLA معمولاً یک محدوده ولتاژ را برای شارژ کردن آهسته در نظر میگیرد، که در آن باتری به طور دائم شارژ می شود، مانند UPS و در یک محدوده تناوبی باتری برداشته می شود، استفاده شده و دوباره شارژ می شود.

در تصویر زیر، شارژ اولیه (حد مجاز) نشان داده شده است. در یک شارژر ساده، مقدار تناوبی باید مانند این مقدار کنترل شود. SLA پس از رسیدن به ظرفیت، بیش از حد شارژ می شود. شارژ را می توان با یک PSU رو میزی محدود کننده جریان انجام داد. فقط ولتاژ را روی مقداری که استفاده می کنید تنظیم کنید و حد جریان را روی مقدار مشخص شده در باتری تنظیم کنید.

در زیر یک شارژر SLA نشان داده شده است که در صورت شارژ کامل باتری به طور خودکار مقدار را تغییر می دهد و نمای جانبی باتری SLA با میزان شارژ و نمای داخل شارژر هم نشان داده شده است.

نیکل کادمیوم (NICD) و نیکل هیدرید فلز (NIMH)

نیکل کادمیوم ها در دو دهه گذشته بسیار محبوب بوده اند اما به تدریج به دلیل اثرات حافظه با نیکل هیدرید فلز (NiMH) جایگزین شدند. این ها هم کمی به حافظه گرایش دارند اما به آن شدت نیستند.

هردو توانایی برای شارژ را همانقدر که شما می خواهید عرضه می کنند. هر دو با یک جریان ثابت شارژ می شوند و اگر زیر C / 10 بمانید، می توانید آن ها را برای مدت نامحدود شارژ کنید. (C ظرفیت باتری است که در کنار باتری مشخص شده است، به عنوان مثال، برای 2700mAH مقدار C / 10 برابر 270mA است).

در زیر دو گزینه نشان داده شده است. در سمت چپ یک شارژر ترانزیستوری قرار دارد (این گزینه خوبی است زیرا به راحتی می توانید آن را تا ولتاژ ها و جریان های بالاتر با مولفه های مناسب مقیاس بندی کنید). در سمت راست همان چیزی است که با استفاده از رگولاتور قابل تنظیم LM317 به عنوان منبع جریان ثابت شکل می گیرد. در هر دو مثال، آن ها را برای یک بسته باتری 12 ولت و میزان شارژ 50 میلی آمپر طراحی کرده ایم.

D1 ، D2 و R2 یک افت ولتاژ ثابت 1.2V را در بیس ایجاد می کنند، زیرا ولتاژ بیس-امیتر همیشه 0.6 ولت است. این به این معنی است که R1 همیشه 0.6 تا 1.2 ولت خواهد داشت. بنابراین با انتخاب صحیح R1، یک منبع جریان ثابت قابل برنامه ریزی داریم. در این حالت:

R = V / I = 0.6 / 50mA = 12Ω

در نسخه LM317، آی سی یک ولتاژ 1.25 ولت مرجع را بین Vadj و Vout ایجاد می کند، بنابراین R3  برای 1.25 ولت در 50 میلی آمپر برابر می شود با:

R = V / I = 1.25/ 50mA = 25Ω

هنگام شارژ، ولتاژ سلول ها تا 1.7 ولت است. بنابراین، برای یک بسته 12 ولت، این 20 ولت است. به همین دلیل منبع تغذیه بالاتری یعنی 24 ولت را انتخاب می کنیم.

باتری لیتیوم پلیمر

باتری های لیتیوم پلیمر (LiPo) در مدل های RC، لپ تاپ ها و پاوربانک ها محبوب هستند زیرا دارای ولتاژ ترمینال بالاتر (3.7 ولت) و ظرفیت بزرگی می باشند. نکته منفی آن ها این است که نیاز به شارژ دقیق و کنترل شده دارند. تراشه TP4056 می تواند به راحتی و حتی بهتر با ماژول TP4065 این کار را انجام دهد. این را می توان از یک PSU 4 تا 8 ولت یا 5 ولت در یک پورت USB هدایت کرد. وقتی باتری به 4.8 ولت رسید، کاملاً شارژ شده است، ماژول این مورد را برای شما تشخیص می دهد و LED سبز آن را روشن می کند.

آی سی 4056 ES در شارژر لیتیوم پلیمر چهار مرحله شارژ متوالی باتری را در اختیار شما قرار می دهد. پس از اتصال باتری لیتیوم پلیمر کاملا خالی شده به ماژول، ابتدا مرحله پیش شارژ را انجام می دهد. در طی این مرحله، جریان بر روی 10٪ از حداکثر جریان شارژ آن تنظیم می شود. مرحله بعد، یک مرحله شارژ جریان ثابت است که ولتاژ به شدت افزایش می یابد تا زمانی که به یک مرحله ولتاژ ثابت برسد. سرانجام، جریان شروع به کم شدن می کند و وقتی به 10٪ از حداکثر جریان شارژ می رسد، به پایان مرحله رسیده و LED قرمز خاموش می شود و سبز روشن می شود.

در زیر TP4056 نشان داده شده است:

نسخه های مختلفی از ماژول وجود دارد و احتمالاً نسخه شما متفاوت است.

این ماژول همچنین دارای پین های OUT برای اتصال مدار شما است و همچنین از تخلیه بیش از حد جلوگیری می کند.

پین های 5 ولت یا رابط های USB (هشدار: میزان شارژ پیش فرض 1A است و برخی از پورت های USB نمی توانند این را تأمین کنند) و باتری را به ترمینال های باتری متصل کنید. به یاد داشته باشید که نباید باتری های لیتیوم پلیمر را به صورت سری قرار دهید. اگر برای هر یک ماژول TP4056 جداگانه داشته باشید بهتر است.

برای تغییر جریان شارژ به مقاومت R3 نگاه کنید. در برخی موارد مقاومت R4 بیان کننده این مقدار است و یک مقاومت 1.2k خواهد بود. 2 سیم را برداشته و لحیم کنید. اکنون یک مقاومت طبق جدول در میان این ها اضافه کنید تا میزان شارژ خود را تنظیم کنید.

اگرچه ساخت شارژر خیلی پیچیده نیست، اما همیشه بخاطر بسپارید که برای محافظت از باتری نهایت دقت خود را بکار گیرید.