Obr.1: Schéma nabíječky 6V olověných akumulátorů
Obr.2: Navržená deska plošného spoje nabíječky 6V olověných
akumulátorů
Jistě každý kdo pužívá digitální fotoaparát někdy zažil situaci, kdy mu na delší tůře došly baterie a bylo po focení. Většina fotoaparátů má konektor pro síťový adaptér. Ten můj má vstup 3.3V 2.5A. Vyrobila jsem si tedy malinký DC/DC měnič z 6-25V na 3.3V 2.5A s účinností >93%. Pro napájení měniče mohu použít cokoliv, co poskytne zmiňovaných 6 až 25V a odpovídající výkon. Na dlouhé cesty s focením si do batůžku přibalím olověný bezúdržbový akumulátor 6V 1.2Ah a je vystaráno. Z této baterie hravě pořídím i 200 fotek (bez blesku). Možná se tomu teď někdo směje, ale je to osvědčený a levný způsob napájení mobilních zařízení, taková baterie se dá totiž pořídit i za 85Kč. I tento akumulátor je samozřejmě potřeba nabíjet. K tomuto účelu se běžně používají lineární stabilizátory napětí s omezením proudu. Nevýhodou takového řešení je malá účinnost a tomu odpovídající velký chladič potřebný na uchlazení regulačního prvku a také napájecí transformátor je poměrně velký. Rozhodla jsem se tedy postavit si nabíječku vlastní konstrukce se spínaným regulátorem. Parametry jsem stanovila následující:
Nejprve jsem chtěla použít zapojení s obvodem AIC1563 (MC34063, AMS34063), u kterého výrobce uvádí i přímo schéma nabíječky s konstantním napětím/proudem. Jedná se obvod pro klasická buck, boost, buck/boost zapojení DC/DC měničů. Obvod ale používá jako výkonový spínač bipolární tranzistor a tak účinnost k 90% je jen snem. Navíc obvod pracuje v režimu s konstantní dobou sepnutí spínače a tudíž mu kolísá kmitočet spínání. Při menším zatížení přejde kmitočet spínání do slyšitelného pásma a výstupní indukčnost začne nepříjemně pískat a bzučet. Dalo by se toho sice využít k indikování nabité baterie, ale radši jsem se poohlédla po jiném zapojení.
Jelikož jsem před nedávnem rozebrala velké množství PC zdrojů, byl další v šuplíku obvod TL494 (DBL494, KA7500). Je to obvod pro spínané zdroje, má vnitřní referenci, dva chybové zesilovače a hlavně používá pulsně šířkovou modulaci (PWM) a tudíž problém s pískající cívkou by se u něj neměl vyskytovat. Už kdysi jsem s tímto obvodem experimentovala a tak jsem tušila co od něj čekat. Na internetu jsem stáhla aplikační list od výrobce. Součástí dokumentu byl i postup návrhu zdroje s TL494. Po pozornějším prostudování jsem se nestačila divit, jaké s prominutím blbosti v návrhu byly. Zdroj 5V 10A postavený podle návodu by asi brzy letěl z okna. Takže jsem navrhla vlastní zapojení, je na Obr. 1. Výkonová část je standardně zapojený buck regulátor. Na místě spínacího prvku Q3 jsem pro zvýšení účinnosti použila MOSFET tranzistor PHP45N03LT používaný v PC zdrojích k (lineární!) regulaci 3.3V. Protože source tranzistoru není spojen se zemí, musela jsem jej doplnit diskrétním plovoucím budičem (tzv. high-side driverem) napájeným z nábojové pumpy (D2, CB1, CBE1). Rezistory R2 a R3 tvoří s výstupními tranzistory obvodu TL494 posouvač úrovní (level shifter), tranzistor Q1 tvoří s D1, Q2 a R1 modifikovaný push-pull budič hradla MOSFETu Q3. Další část (L1, C1, D3) je zapojena standardně, jako L1 jsem použila výstupní tlumivku z čeho jiného než z PC zdroje. Dioda D4 odděluje nabíjenou baterii od výkonové části nabíječky v případě, že není připojeno napájení. Odpory R4, R22 slouží ke snímání proudu baterií pro účely zpětnovazební regulace. Podobně odpory R17, R18 a R19 snímají výstupní napětí.
Další část se týká samotného obvodu TL494. Součástky C4 a R5 nastavují kmitočet oscilátoru a tedy i kmitočet generované PWM. S uvedenými hodnotami je to přibližně 73kHz. R6 a C10 zajišťují měkký start měniče. R13, R14, R15, R16 nastavují parametry proudové regulační smyčky, C7 a R12 ji kmitočtově kompenzují. R7, R8, R9 nastavují parametry napěťové regulační smyčky s kmitočtovou kompenzací C5, R10. Odpor R11, kompenzuje úbytek napětí na snímacích odporech R4 a R22. Poslední část složená z Q4, D6, LED1, R20 a R21 slouží k indikaci poklesu střídy generované PWM pod cca 10% a tedy LED1 indikuje nabití baterie. LED1 ale svítí i při odpojeném výstupu nebo při zkratu na výstupu nabíječky.
Nabíječka je na oboustranné DPS (viz Obr. 2) a je vestavěná v krabičce KG28M z černého ABSu, rozměry 72x50x28mm. Dosaženou účinnost jsem neměřila, ale bude dostačující. Usuzuji tak z toho, že výkonový tranzistor Q3 nepotřebuje ani chladič, použité Schottkyho diody D3, D4 a D5 (neznámý typ z elektroniky HDD) mají velmi malý úbytek v propustném směru a tlumivka L1 je také za provozu studená. Co se týče stability, vlivem poměrně silné kmitočtové korekce je měnič velmi stabilní, sice se to rojevilo pomalejší odezvou na skokové změny zátěže, ale to u nabíječky nevadí.
Velikost výstupního napětí a proudu je možné jednoduše modifikovat změnou několika součástek a upravit tak nabíječku např. pro nabíjení 12V akumulátorů proudem 3A. Velikost nabíječky by se nijak výrazně nezvětšila, napájení by se ale muselo vyřešit jinak než malým síťovým adaptérem.
| Podklady ve formátu pro Eagle 4.1 jsou zde: | Schéma | |
| Plošný spoj |
Následuje několik fotografií hotové nabíječky.
 Pohled na spodní stranu desky |
 Pohled na desku v krabičce |
 Pohled na sestavenou nabíječku |
 Nabíječka v akci |