|
Schema van Modulaire NiCd-ontlader
Bij het ontladen van complete accu-packs blijkt na afloop van de procedure
vaak dat de afzonderlijke cellen tot een verschillende waarde zijn ontladen. Dat
kan gemakkelijk tot een te diepe ontlading van een of meer cellen leiden. Dit
kan weer onherstelbare schade opleveren. Al deze problemen kan je vermijden door
NiCd-cellen (oplaadbatterijen) afzonderlijk te ontladen.
Aangezien deze ontlader uit slechts weinig componenten bestaat, is er
bovendien nauwelijks enig bezwaar om er een aantal exemplaren van parallel te
schakelen.
Zoals te zien, is de LM358 (IC2) als comparator geschakeld. Via de
spanningsverdeler R2/R3, welke overigens ook als instelpotmeter kan worden
uitgevoerd, belandt de referentiespanning bij de inventerende ingang van de
opamp. Deze spanning komt overeen met de celspanning aan het einde van het
oplaadproces (ca. 0,9 V). Wanneer op de met BT1 aangegeven plaats de te ontladen
NiCd-cel aangesloten is, dan ligt de niet-inventerende ingang op het niveau van
de celspanning. Indien deze hoger is dan de referentie, dan wordt de
comparator-uitgang "hoog", zodat T1 gaat geleiden en de cel over R5 en
de transistor wordt ontladen. De weerstand is zo bemeten dat de ontlaadstroom
ongeveer 80mA bedraagt. Daar de collectorspanning nagenoeg constant is (ca. 0,2
V), neemt de ontlaadstroom af naarmate de cel "leger" wordt. Is de
celspanning gedaald tot 0,9 V, dan schakelt de comparator om en wordt het
ontladen beëindigd. Bij een accu met een capaciteit van 500mAH neemt het
ontlaadproces waarschijnlijk zo'n 7 uur in beslag.
Weerstand R4 zorgt voor een geringe hysteresis van ongeveer 3mV. Op de
uitgang van de comparator is een
LED (D1) aangesloten, die oplicht zolang er
ontladen wordt. Teneinde het stroomverbruik van de schakeling zo laag mogelijk
te houden, kan hiervoor het beste een low-current-type worden gebruikt. Voor de
voeding is een spanningsregelaar toegepast, die de 9...12V hoge gelijkspanning
van een gewone netadapter omzet in stabiele 5V spanning.
Printplaat voor dubbele uitvoering
Onderdelen
 |
IC1
= 7805 |
|
|
IC2
= LM358 |
|
|
T1
= BC550 |
|
|
R1
= 1KW |
|
|
R2
= 8K2W |
|
|
R3
= 1K8W |
|
|
R4
= 470KW |
|
|
R5
= 12W |
|
|
R6
= 1KW |
|
|
D1
= Low-current-type rode
LED |
Bedenkingen op het schema
Weerstand R4 (hysteresis) heeft niet veel nut, dit kan als volgt aangetoond
worden:
Het IC2, een opamp (operationele versterker), is geschakeld als comparator: haar
uitgang is hoog indien Vpin+ > Vpin-
Toegepast op de schakeling:
pin+ = pin3 / pin- = pin2 / pinuit = pin1 / Vpin1hoog = 3,5V / Vpin1laag = 0V
Enig rekenwerk met de weerstanden R2, R3 en R4 geeft het volgende resultaat:
Voor Vpin1 = 3,5V is Vpin2 = 0,908V
Voor Vpin1 = 0V is Vpin2 = 0,897V
Hiermee kan de werking van de schakeling verder uitgelegd worden.
Als de accuspanning groter is dan 0,908V dan is Vpin1 hoog wat tot gevolg heeft
dat de accu ontlaadt en zijn spanning vermindert. Als de accuspanning gelijk
wordt aan 0,908V dan slaat de comparator om en zijn uitgang wordt gelijk aan 0V.
Daardoor zal ook de spanning aan pin2 dalen naar 0,897V. Na de omschakeling
blijft dus de accuspanning ( = Vpin+ = 0,908V ) hoger dan de referentiespanning
aan pin2 ( = Vpin- = 0,897V ) en dus moet de uitgang van de comparator terug
hoog worden waarna de cyclus zich zal herhalen: de schakeling oscilleert tot
dat, theoretisch gezien, de accuspanning gedaald is tot 0,897V.
Het oscilleren van de schakeling is waarneembaar aan de lichtsterktevermindering
van de LED.
R4 is dus enkel medebepalend voor de minimale accuspanning. Maar dit kan ook
enkel en alleen door de instelling van R2 en R3.
Na verwijdering van R4 blijft de schakeling echter oscilleren maar nu om een
gans andere reden: indien men een accu (tamelijk snel) ontlaadt dan zal deze
zich daarna regenereren wat zich uit in het verhogen van zijn spanning.
Wil men ook dit effect uitschakelen dan moet men een terugkoppeling voorzien
zodat na omschakeling van de comparator de spanning van pin2 hoger wordt dan
deze van pin3. Deze verhoging moet bepaald worden in functie van de
ontladingssnelheid en de regenereerkarakteristieken van de accu: 0,04V is
meestal ruimschoots voldoende.
Om dit te verwezenlijken hebben we echter een spanning nodig die ten overstaan
van Vpin1 tegengesteld evolueert.
De collectorspanning van de transistor (Vc) is hiervoor geschikt. Immers:
Als Vpin1 hoog is geleidt de transistor en is Vc = 0,2V
Als Vpin1 laag is spert de transistor en is Vc gelijk aan de afgestelde minimum
accuspanning.
Voor de verdere uitwerking zijn volgende componenten aangewezen: R2 = 15K / R3 =
3,3K en R4 = 33K waarbij R4 verbonden is met pin2 en de collector van de
transistor. Berekeningen leiden tot volgende resultaten:
Vpin2 = 0,85V voor Vc = 0,2V ( Vpin1 = hoog )
Vpin2 = 0,89V voor Vc = 0,8V …….0,9V ( Vpin1 = laag )
Hiermee wordt het gewenste resultaat bereikt. De grootte van de spanningssprong
wordt hoofdzakelijk bepaald door de waarde van R4. Voor een praktische
uitvoering wordt aangeraden R2 en R3 uit te voeren als potmeter waarmee, na
keuze van R4, de gewenste minimale accuspanning kan ingesteld worden als de
uitgang van de comparator hoog is.
Conclusie: de oorspronkelijke schakeling bereikt zijn doelstelling, nl het
ontladen van een batterij, maar om het schema te optimaliseren moet men een stap
verder gaan en het trachten te begrijpen.
NB: Vpin1laag van de LM358 is ongeveer gelijk aan 0V terwijl deze van andere
opamps (zoals de 1458) kan oplopen tot 1,6V. Dit is het antwoord op mijn vroeger
gestelde vraag.
|
