OK2PPK » Texty » Technika a provoz » Nabíječ aku pro RX ROB | ---

NabROB

Dvoukanálový nabíječ 7.2V NiMH aku v RX pro ROB

V srpnu 2008 přišel Jirka OK2BWN s nápadem vyrobit nové napájecí zdroje pro přijímače ROB se zabudovanými akumulátory NiMH 7.2V 280mAh a jako základní díl pro ně využít malé síťové spínané adaptéry GW-TR-030, které jsme měli k dispozici, a které byly schopné při napětí 12.2V na výstupu dodat proud 600mA. Domluvil jsem se s ním, že mu s nabíječi pomohu, a základní požadavek od Jirky byl udělat je tak, aby pracovaly jako proudové zdroje, výstupní proud byl kolem 30mA a z jednoho adaptéru bylo možné nabíjet současně 2 přijímače.

Během září 2008 jsem navrhnul a vyrobil malou ověřovací serii nabíječů ze čtyř upravených adaptérů a po odsouhlasení od Jirky jsem následně během zimy vyrobil další kusy včetně speciální verze (desetikanálový pavouk) upravené pro napájení z 12V rozvodu v autě. Další várka mi pak prošla rukama následující zimu o rok později. V dalších letech pak Jirka upravil původní plošný spoj a nechal ho vyrobit profesionálně včetně prokovů a tak se původní myšlenka úspěšně používá pro nabíjení přijímačů ROB i nadále.

Popis

Zařízení umožňuje nabíjet současně dva přijímače ROB se zabudovaným akumulátorem 7.2V složeným ze seriově zapojených 6 článků NiMH cca 280mAh. Je tvořeno upraveným spínaným síťovým adaptérem GW-TR-030, na jehož výstup jsou paralelně připojeny dva stabilizátory proudu cca 32mA se signalizací nabíjení, zabudované přímo do vidlic pětikolíkových konektorů DIN.

Technické parametry jednoho nabíjecího kanálu:

Parametry
Určen pro nabíjení:	seriová kombinace akumulátorů 6x 1.2V NiCd/NiMH cca 280mAh
Vstupní napětí:	DC 12.70V
Maximální vstupní napětí:	13.0V
Jmenovité výstupní napětí:	7.2V
Odběr proudu:	cca 34mA
Výstupní proud:	stabilizovaný, typicky 32.1mA pro výstupní napětí 0-9V
Minimální předpokládaná trvalá zátěž:	180 ohmů (tj. výstupní napětí > 6V)
Počátek poklesu výstupního proudu:	při výstupním napětí > 9.0V

Funkce

Adaptér se zapojí do síťové zásuvky AC 230V a libovolná vidlice s nabíječem se zasune do nabíjecího konektoru na přijímači. Funkčnost samotného adaptéru je signalizována červenou LED diodou na něm a protéká-li nabíjecím kanálem proud do akumulátoru v přijímači, tak se na zadní straně konektoru rozsvítí zelená LED dioda. Intenzita jejího svitu je nelineárně závislá na velikosti nabíjecího proudu - při výrazném snížení proudu začne dioda pohasínat.

Výstupní proud nabíječe je stabilní až do výstupního napětí 9V (cca 1.50V/článek), při větším napětí proud klesá. Toto a zároveň použití standardního nabíjecího proudu jen cca 1/10 CA je jediné omezení proti případnému přebití článků. Nabíječ tedy nepoužívá žádný zrychlený režim nabíjení a úplně vybitý akumulátor o kapacitě 280mAh by měl dokázat nabít za cca 12-13 hodin.

Nabíječ vydrží krátkodobě i zkrat na výstupu jednotlivých kanálů, ale je svým návrhem určen pro práci s nepoškozenými akumulátory s předpokládaným minimálním napětím větším než 6V. Vzhledem k použití SMD prvků a minimální ploše spojů omezené rozměry 1x1cm by mohlo dojít při delším provozu s malým výstupním napětím k přehřátí řídícího integrovaného obvodu.

Obvodová realizace

Schéma zapojení je uvedeno na konci textu.

Na velkou stabilitu výstupního proudu sice Jirka nekladl důraz, ale nakonec jsem opustil různá řešení jako dříve používané žárovky atd. a pro minimalizaci počtu součástek, dosažení malých rozměrů a snadnou opakovatelnost výroby při shodných parametrech všech nabíječů jsem se rozhodl využít integrovaný stabilizátor proudu na bázi známého IO LM317, u kterého je možné jediným externím odporem přesně nastavit velikost výstupního proudu.

Základem každého nabíjecího kanálu je tedy integrovaný stabilizátor proudu LM317L v osmivývodovém SMD pouzdru. Výstupní proud je určen velikostí odporu R1 (I = 1.25V / R1), pro R1 = 39 ohmů je proud nastaven na hodnotu 32.1 mA.

Signalizace nabíjení je tvořena obvodem T1, R2, D2 a R3 a využívá úbytku napětí na samotném stabilizátoru pro detekci, zda do akumulátoru protéká proud. Na pozici signalizační LED diody je použita nízkopříkonová LED 2mA, její proud omezuje odpor R2 na cca 1.9mA. Vzhledem k úbytky napětí na stabilizátoru, snímacím rezistoru a výstupní diodě je potřeba, aby vstupní napájecí napětí mělo velikost 12.7V - potom dochází k omezování výstupního proudu v důsledku příliš nízkého napětí na stabilizátoru při vzrůstu napětí na akumulátoru nad hodnotu 9.0V (1.50V/článek). Pokud by napájecí napětí bylo nižší, bude výstupní proud klesat již při menším napětí akumulátoru a doba nabíjení se prodlouží.

Vstupní napětí je vzhledem k dlouhým přívodním vodičům blokované kondenzátorem C1 a pro případ výpadku napájení je stabilizátor LM317L chráněn proti poškození napětím z akumulátoru diodou D1. Tato současně chrání v tomto případě akumulátor před vybíjením. Ve verzi nabíjecích kanálů pro 12V rozvod bylo potřeba snížit vstupní napětí nabíječe o cca 0.7V, a tak pro tuto variantu vznikla upravená verze, kde dioda není mezi nabíječem a akumulátorem, ale v obráceném směru přemosťuje stabilizátor mezi vývody out a in (plošný spoj se nemění, původní pozice D1 se přemostí cínem a dioda se zapájí mezi vývod +Uin a výstup stabilizátoru.

U vlastního spínaného adaptéru je potřeba zvýšit jeho výstupní napětí z původních 12.2V na 12.7V. Toho lze dosáhnout snadno snížením velikosti SMD odporu označeného na plošném spoji jako R11 (ve schematu R9). Odpor má velikost 10K a je potřeba k němu připojit paralelně odpor 150K. Velmi snadno to jde udělat tak, že se mu na záda prostě přiletuje tento druhý přídavný odpor (SMD velikosti 0603). Pokud by někdo uvažoval, že si tento adaptér upraví na nižší výstupní napětí tak pozor na fakt, že druhé sekundární vinutí napájí přes D5 a C3 řídící obvod THX203H do jeho vývodu 2, a napětí tak nejde moc snížit, protože napájení IO je už při 12V dost nízké, a obvod při poklesu napájecího napětí nepracuje správně a akorát se snaží stále nabíhat - v takovém případě nezbývá než upravit vinutí.

Vzhledem k tomu, že nabíječů se vyrábělo větší množství, tak během doby došlo i ke změně některých součástek podle toho, co se zrovna podařilo zakoupit a sehnat, např. byl použit jiný tranzistor u signalizační diody, měnilo se pouzdro ochranné diody a některé odpory byly použity s různou přesností. Tyto změny neměly žádny vliv na vlastní funkci a vlastnosti nabíječe.

Mechanická konstrukce

Původní Jirkův návrh, abych nabíjecí kanály zabudoval přímo do tělesa spínaného adaptéru, jsem zavrhl. Důvodem byla bezpečnost celého řešení - nabíječe byly určeny do rukou normálních smrtelníků bez elektrotechnického vzdělání, mělo jich být vyrobené více než jen pár kusů a nechtěl jsem riskovat, že by tak velkým zásahem do vlastního adaptéru došlo k případnému snížení izolačních vzdáleností s rizikem možného probití síťového napětí až do výstupu a následného úrazu el. proudem nebo zničení přijímače apod.

Nechtělo se mi také vyrábět pro každý nabíjecí kanál nějakou extra krabičku, to mi připadalo nešikovné. Řešení se nakonec našlo tak trochu samo. Nemohl jsem na nabíječe použít konektory DIN5 z produkce bývalé Tesly, které Jirka sám používá, protože jsem je v potřebném množství už nedokázal sehnat. A běžné konektory DIN 5P VK od fy GME mají jiné řešení vnitřního prostoru, díky kterému bylo možné dovnitř vtěsnat plošný spoj o rozměrech 10x10mm a signalizační LED vyvést šikmo dozadu a vytáhnout ji ven otvorem vyvrtaným do zadní šikmé plochy krytu konektoru.

Tomu byl posléze podřízen celý mechanický návrh. Každý nabíjecí kanál je tedy tvořen oboustranným plošným spojem o rozměrech 10x10mm zabudovaným přímo do konektoru. Spoje jsem vyráběl doma fotocestou v amatérských podmínkách, takže byly bez prokovů a nejvíce piplavé práce bylo právě s těmito propoji a s vývody pro spojení s vlastními kontakty konektoru a s přívodními vodiči. Ve verzi s prokovenými spoji tuhle piplačku Jirka pak v dalších letech odstranil včetně nešikovného drátového propojování s piny konektoru, které se při použití tenčího plošného spoje dá nahradit vletováním plošného spoje přímo mezi piny konektoru.

Pro LED diodu se musí v plastovém vnějším krytu konektoru vyvrtat otvor o průměru 3mm. V původní várce konektorů to šlo jak do másla. Jenže materiál krytu byl nevhodný - zjistil jsem, že z dodaných konektorů má řada z nich u zajišťovacího otvoru prasklý kryt už z výroby a ostatní velice ochotně v tomto místě praskají i při minimálním násilí po prvním nasazení na vnitřní plechový kryt. Nezbylo mi, než jít konektory reklamovat, a na prodejně jich měli popraskaných mezi novými celou hromadu, evidentně nějaká blbá várka. Při opakované výrobě nabíječů v dalším roce se ukázalo, že zřejmě mezitím dodavatel konektorů asi změnil materiál, kryty nepraskaly, zato ale ani nešly nijak rozumně vrtat a kolem otvorů vznikaly nevzhledné otřepy, které bylo nutné pracně ořezávat.

Pro propojení nabíječů s adaptérem byl použit původní třížilový kabel od adaptéru, ve kterém se kladný pól vedl po paralelně spojeném modrém a červeném vodiči a záporný po černém vodiči (shodně s původním řešením adaptéru) do prvního nabíjecího kanálu a druhý kanál byl připojen paralelně na stejný kabel uvnitř prvního kanálu pomocí krátkého (cca 60cm) kusu dvojlinky RG-CYH 2x0.35.

Po osazení plošného spoje je vhodné ho před zapouzdřením do konektoru otestovat, zda pracuje správně. Pokud ano, tak je možné přiletovat vývody, zaizolovat kritická místa smršťovačkou a bužírkami a nasadit kryt konektoru.

Především u prvních várek nabíječů jsem dělal dost rozsáhlé testy jejich funkčnosti. Pro tyto účely vzniklo několik přípravků. Jednak to byl tester s několika vhodně zvolenými odpory, pomocí kterého se u každého nabíječe ověřovala jeho zatěžovací charakteristika v několika významných bodech, a potom to byla sada odporů na konektorech a měřicí přípravek, pomocí kterých se vždy najednou zahořovalo dlouhodobě 10 kanálů při plné zátěži a zkoušelo se, zda nedojde k jejich poruše nebo ke změně jejich parametrů.

Podklady

Zde jsou k dispozici základní podklady k nabíječi. Nákresy plošných spojů a osazovací plánky najdete na obrázcích vložených do textu. Plošné spoje byly exportovány do obrázků při použitém rozlišením 600 DPI. Přidávám i tabulku a graf z měření zatěžovací charakteristiky prvních čtyř vyrobených nabíječů.

• schéma zapojení jednoho kanálu - (gif, 15kB)
• zatěžovací charakteristika - (pdf, 42kB)
• schéma zapojení adaptéru - (gif, 20kB)
• schéma zapojení testovacích přípravků - (gif, 17kB)