Jste zde

Rychlonabíječka NiMH akumulátorů s MC 33340

Univerzální nabíječka s ukázkou aplikace MC 33340.

strong>Úvod

Když se mi po dvou letech odporoučely akumulátory v ruční radiostanici a já zjistil, že originální akupack stojí přes 2000 Kč, začal jsem přemýšlet jak tuto situaci levně vyřešit. Naštěstí se do originálního acupacku vešlo 6 akumulátorů velikosti AA typu NiMH. Abych měl radiostanici vždy k dispozici, chtěl jsem si postavit co nejjednodušší rychlonabíječku. Na každém z uveřejněných zapojení se mi ale něco nelíbilo. Jednou to byla velká složitost zapojení, zbytečně velké pouzdro integrovaného obvodu, nutnost stabilizovaného napájecího zdroje apod. Až jsem našel obvod MC33340, který byl pro můj účel ideální.

nahledPopis zapojení a funkce

Jádro rychlonabíječky NiMH akumulátorů tvoří obvod MC33340 firmy ON SEMICONDUCTOR. Jedná se o integrovaný obvod pro řízení nabíjecího procesu u NiCD a NiMH akumulátorů. Mezi hlavní rysy obvodu MC33340 patří:

  • ukončení nabíjení při poklesu napětí na akumulátoru (negative slope detection)s citlivostí 4mV 
  • programovatelný časovač 1 - 4 hodiny 
  • možnost kontroly teploty nabíjené baterie 
  • kontrola velikosti napájecího napětí 
  • široký rozsah napájecího napětí 3-18V 
O tom, že se jedná o poměrně komplexní obvod svědčí počet 2512 tranzistorů na čipu. Integrovaný obvod MC33340 používá dva režimy nabíjení, rychlý a udržovací. Z rychlonabíjecího režimu může obvod přejít do udržovacího režimu třemi způsoby -
  • poklesem napětí na akumulátoru - Tato metoda ukončení nabíjení byla již několikrát popsána například na stránkách časopisu Praktická elektronika A-Radio. 
  • překročení naprogramovaného časového limitu nabíjení 
  • překročení naprogramovaného teplotního rozsahu nabíjené baterie 
Časovač obvodu lze naprogramovat v sedmi krocích od 71 minut do 283 minut pomocí pinů T1, T2 a T3 viz. tabulka č.1.:
 
T3 (pin 5)T2 (pin 6)T1 (pin 7)Doba nabíjení [min]
nezapojennezapojennezapojen283
nezapojennezapojenGND247
nezapojenGNDnezapojen212
nezapojenGNDGND177
GNDnezapojennezapojen141
GNDnezapojenGND106
GNDGNDnezapojen71
Tabulka č.1. Nastavení interního časovače.

U svých akumulátorů používám právě nejdelší časový limit. Použití termistoru NTC pro měření teploty nabíjených baterií se mi zdálo příliš složité a vyžadovalo 3-žilový kabel k acupacku.

Nastavení teplotního rozsahu, ve kterém by obvod pracoval v rychlonabíjecím režimu by se provádělo pomocí dvou rezistorů připojených k pinu 5 a pinu 7. K pinu 6 by se připojil negastor ( NTC termistor - s rostoucí teplotou klesá jeho odpor ). K nastavení pracovního teplotního rozsahu a naprogramování časovače se využívají stejné piny, proto může v obvodě pracovat buď časovač nebo měření teploty nabíjeného akumulátoru. Je tedy nutné zajistit při použití měření teploty akumulátoru , aby na každém ze tří pinů (pin 5,6,7) bylo napětí v rozsahu 0V až Vcc - 0.7V. Tím je vypnut časovač. Jak již bylo uvedeno, ukončení nabíjení (přechod z režimu rychlého nabíjení do udržovacího režimu) pomocí měření teploty akumulátorů nepoužívám.

Obvod MC33340 snímá napětí na akumulátoru přes pin Vsen. Pokud je jeho hodnota mezi 1V až 2V, začne rychlonabíjecí režim. Při napětí pod 1V, což může znamenat například vadný článek nebo při napětí větším jak 2V nepřipojený akumulátor, zůstává obvod v režimu udržovacího nabíjení.

Jako výkonnový prvek je s výhodou používán stabilizátor LM317, takže k napájení stačí obyčejný nestablizovaný zdroj (jeho součástí je i usměrňovač B1 a C3). Právě toto zapojení mi připadalo na celé nabíječce jako nejzajímavější. Odpadá tak nutnost dalšího spínacího tranzistoru v sérii s akumulátorem. Napájení obvodu nesmí překročit 18V.

schema zapojeni
Obr.1. Zapojení rychlonabíječky s MC33340.

Výsledné jednoduché zapojení je uvedeno na obr.1. Hodnoty odporů děliče R1,R2 je nutné určit podle počtu nabíjených článků (pro napětí 1-2V na Vsen, viz. výše).
Vztah je jednoduchý -

Rovnice1

Hodnoty R1 a R2 volíme řádu desítek kiloohmů. Nabíjecí proud v rychlém režimu závisí na typu akumulátoru a dá se přibližně vypočítat podle vztahu -

Rovnice2

R6 dimenzujeme na výkon pomocí vztahu -

Rovnice4

Proud v udržovacím režimu je určen dle vztahu -

Rovnice3

Kde -
     Uin ...... napětí na vstupu stabilizátoru LM 317
     Ud1 ...... napětí na diodě D1 v propustném směru, tedy přibližně 0.6V
     Uakumulatoru ...... napětí na nabíjeném akumulátoru

LED dioda D4 signalizuje stav nabíjení. Při rychlém nabíjení bliká asi 1x za 1.4 sec., při udržovacím režimu svítí trvale.

Obr2
Obr.2. Výkres plošných spojů 25x51 mm

Obr3
Obr.3. Osazovací výkres plošných spojů rychlonabíječky

Výkres plošného spoje a osazovací výkres jsou uvedeny na obr.2. a obr.3. Obvod je dodáván jak v pouzdře DIP8, tak i v provedení SO8 pro povrchovou montáž. Byl jsem limitován místem, takže jsem použil verzi SMD (SO8). Regulátor IC2 je umístěn na malém chladiči. Pro výrobu plošného spoje lze použít i výkres plošného spoje ve formátu EPS, který si stáhnete Ve formátu EPS nebo v PDF souboru. Případně z mojí soukromé stránky http://www.qsl.net/ok2xdx/. Plošný spoj si samozřejmě každý může navrhnout dle svých potřeb. Já se snažil o co nejmenší rozměr, abych jej mohl vestavět do malého napájecího adaptéru.

Závěr

Co dodat? Zapojení a stavba této nabíječky akumulátorů je velmi jednoduchá. Nabíječka mi pracovala na první zapojení bez nutnosti dalšího nastavování. Stavebnici rychlonabíječky zakoupíte u firmy EMGO - stránkách http://www.emgola.cz.
Stavební návod rychlonabíječky si můžete zde také stáhnout ve formátu PDF - rychlonab_mc3306.pdf

Literatura:

[1]     Firemní literatura: Katalogové listy firmy ON SEMICONDUCTOR 

Hodnocení článku: 

Komentáře

Je to další stránka, která vznikla nejspíše jen teoreticky na základě známých faktů z datasheetu obvodu MC33340. Zkuste se podívat a uvidíte, že toto schéma tam je.
Nebude to ovšem fungovat a také mi to fyzicky nefunguje, myslím díky diodě D3. Když se totiž podíváte i do datasheetu LM317, nenaleznete nikdy mezi tipy jak utvořit proudový zdroj s LM317, nebo dokonce i jednoduchou nabíječku s LM317 (datasheet přímo od TI), diodu jako je zde D3, ale maximálně odpor. Dioda D3 totiž nejspíše způsobí, že je pak na ADJ vstupu LM317 vždy napětí cca 0,5V - 1V, typicky 0,7V (napětí v propustném směru, dle typu diody), ale LM317 vyžaduje mít 1,25V, tzn. otevře se do maxima co může a tím přestává plnit funkci proudového zdroje. Tedy nahradil bych diodu D3 odporem. I v datasheetu MC33340 je tato chyba také = stejné schéma. A kdo ví kolik chyb tam ještě bude. Promiňte mi, ale za tuto důvěru v tento web zaplatí asi hodně elektro_bastlířů tím, že se sníží jejich ego díky nefunkční konstrukci, kdy budou tomuto webu plně důvěřovat a chybu budou tedy hledat u sebe, přičemž je chyba jen na pisálcích-teoreticích, kteří si ani tyto schímata "neošahaji" buď fyzicky, nebo důkladnou analýzou a umístí je klidně i na odborný web tohoto typu a web_administrátoři - další paka v řetězci jim to schválí a umožní. Takové lidi bychom měli milí spolu_elektro_bastlíři vymítit, protože nadělají více škod než užitku.

Udrzovaci proud (trickle charge) je maly, mereni -deltaV neovlivni (to k prvnimu negativnimu prispevku).

A k druhemu negativnimu prispevku: dioda D3 se na mereni referencniho napeti 1.25 nijak nepodili, to napeti se vyhodnocuje mezi vyvody OUT a ADJ. Takze ego bastliru zustane zachovano. ;-)

Autor píše že byl omezen místem a proto použil SMD MC33340, ale LM317 použil v pouzdru TO220, což je trochu v rozporu s tímto tvrzením. Dále důkladně utajil hodnotu R5 což může někoho splést. Pochopitelně netuší každý že tam je odpor v řádu desítek kiloohmů. Rovněž mě zaujalo že ve schématu je zakresleno připojení akumulátoru dokonce pouze jedním vodičem, což mi ulehčilo pochopení skutečnosti proč autor tvrdí že připojení akumulátoru třemi vodič je příliš složité.

Marne premyslim, k cemu se vztahuje ten titulek, ze "to neni az tak ruzove". Protoze je to uvedeno jako odpoved na muj komentar, tak zrejme je to nejaka reakce na to, co jsem napsal. Ale opravdu nevim na co. Napovite?

Ze autor pouzil verzi SMD by treba zrovna mi vyhovovalo (ja to ale stavet nebudu). Ale pak bych k tomu jeste dal i pasivni soucastky v SMD. Zvlast kdyz autor pise o nedostatku mista.
LM317 v TO220 nemusi byt spatna volba. Jednak je to zrejme nejdostupnejsi provedeni, hlavne ale pri vyssi vykonove ztrate je to nejsnazsi moznost, jak tam bez problemu dat chladic.
Vztah mezi udrzovacim proudem a R5 tam ma vzorcem, navic je to ze schematu na prvni pohled zrejme. A pokud nekdo netusi, jaky by zhruba mel byt udrzovaci proud (pripadne co to vubec je), tak pak je otazka, jestli zrovna on by mel stavet nabijecku, resp. nez se da do stavby, tak by si nejzakladnejsi veci asi mel zjistit (jinak stavi blackbox).

A právě vvvvv v v v vv oo oo oooo t tt t t o o oo m m m m m t t t t t oo o o o j j jj jj je!
Co když si bude stavět nabíječku modelář, který není zběhlý až tak v elektrice a chtěl by jen využít této konstrukce? Vše je přeci nutné psát odpusťte mi výraz jako "pro blbečky", pak to bude použitelné pro všechny a také i pro nás sběhlejší, protože nebudem muset u toho už moc přemýšlet. Konatrukce je prostě nedotažená a jen "obšlehlá" přímo z datasheetu obvodu mc33340 a není, dle mého názoru ani funkčně odzkoušena. Protože tak jak je, nefunguje. Jedinné řešení co mne napadá, ale nevyzkoušené je vyřadit D3, zkratovat R4 a místo D2 dát tranzistor (možná i fet), který bude tou připínanou zemí z mc33340. To by asi už mělo fungovat a i vztah pro nabíjecí proud by měl odpovídat. Nyní to neplatí.
Opakuji, funguje to tak, že baterie se nabíjí cca 1 minutu a to proudem větším než vypočtený a pak se přestane nabíjet a je jen udržovací režim. Divné že?

Kdysi jsem to postavil zapojil a vyhodil do šuplíku... a navrhnul si svoji nabiječku. Přesně tak to je, toto zapojení nefunguje. Radši vemte 1xNE555 jako časovač s relátkem pro start, jednu LM317 jako zdroj stabilního proudu a jednu jako nastavitelný spínaný regulátor napětí, k tomu jsem udělal komparátor z LM311 který hlídá kdy to přijde a pak cvak vypne časovač. Každýho asi napadne jak to zapojit. Toto používám už léta a při dobrém chlazení těch 1,5A co zvládnou LM 317 úplně stačí. Lze tak nabijet i 10-20 baterek najednou a bezpečně.....

U NiXX technologii se "to" (pouzivam Vasi terminologii "kdy to prijde"), tedy okamzik pro ukonceni vykonoveho nabijeni, urcuje zpravidla podle -deltaU, tedy podle poklesu napeti nabijeneho clanku. Pricemz ten pokles neni nijak prilis rychly. Vypinani podle dosazeneho nejvyssiho napeti (jako se pouziva u Pb nebo LiXX) je zde velmi nevhodny, protoze toto napeti u NiXX velmi kolisa podle teploty, typu clanku, jejich stari atd.

Mozna to nejak genialne s jednou LM311 zapojit jde (samozrejme nezavisle na zmene teploty okoli a pri vypnutem silovem nabijeni, aby se neuplatnil vnitrni odpor jiz starsich clanku). Ale asi nejsem ten zminovany "kazdy", protoze me to teda nenapada.
Mohl byste to prosim zkonkretizovat?
Dekuji.

A právě vvvvv v v v vv oo oo oooo t tt t t o o oo m m m m m t t t t t oo o o o j j jj jj je!
Co když si bude stavět nabíječku modelář, který není zběhlý až tak v elektrice a chtěl by jen využít této konstrukce? Vše je přeci nutné psát odpusťte mi výraz jako "pro blbečky", pak to bude použitelné pro všechny a také i pro nás sběhlejší, protože nebudem muset u toho už moc přemýšlet. Konatrukce je prostě nedotažená a jen "obšlehlá" přímo z datasheetu obvodu mc33340 a není, dle mého názoru ani funkčně odzkoušena. Protože tak jak je, nefunguje. Jedinné řešení co mne napadá, ale nevyzkoušené je vyřadit D3, zkratovat R4 a místo D2 dát tranzistor (možná i fet), který bude tou připínanou zemí z mc33340 připojovat I-zdroj k baterii. To by asi už mělo fungovat a i vztah pro nabíjecí proud by měl odpovídat. Nyní to neplatí.
Opakuji, funguje to tak, že baterie se nabíjí cca 1 minutu a to proudem větším než vypočtený a pak se přestane nabíjet a je jen udržovací režim. Divné že?

Mám zato, že každá elektrická konstrukce by měla obsahovat vše potřebné. Ego bastlířů asi nebude zachováno, protože není doporučen nikde (možná jsem ji nevšimnul, ale i to je chyba, že to není zvýrazněno) udržovací proud, jeho velikost, čímž je definována velikost odporu R5. Pokud to někdo "přestřelí", nevím co to udělá s vyhodnocením deltaV, protože on tam na té baterce asi nějaký bude, ale zaznamená jej MC33340? To je diskutabilní a to ověřené nemám, protože dle této konstrukce mi nabíječka nefunguje. Nabíjí (LED bliká) cca 1minutu a pak zhasne a to nabíjím vybitou novou např. 2500mAh NiMH. Proud změřený ve větvi s LM317 neodpovídá výpočtu ani náhodou a je mnohem větší, ale ne zase tak, aby baterii nabil za tu minutu, to by se za tu 1 minutu musela tím proudem rozstřelit (je to výpočtem 150A - to by byl výbuch jak u LiPol, ne?).
Dále, další blud je, když tvrdíte, že 1,25V je mezi Uout a Uadj (což je, to je pravda), tak rozhodně už nebude platit vztah Irychlo = 1,25/R6, protože na R6 není 1,25V, je tam jetě R4 a ta dioda to naěťově posouvá nahoru (to nebude mít takový vliv na proud), že? Vztah by platil, jen kdyby R4=0Ohmů=zkrat. Takže možná, že to chce vyzkratovat R4, aby to "chodilo", co?
Mám dotaz, máte to vůbec postavené a funkční? Ale bez lhaní, prosím! Já jsem to kontroloval X-krát a neshledal jsem chybu mezi zapojením a fyzickou konstrukcí. Dokonce to mám postaveno 4x pro nabíjení 4 baterií nezávisle současně a chová se to ve všech případech stejně.
Tak co s tím egem uděláme pane datasheet-pisálku?

V tomto pripade by bylo vhodno skutecne hledat chybu nejdrive u sebe - schema je plne funkcni :-) Proudovy zdroj s LM317 funguje spravne, pomoci diody D3 dochazi k prepinani mezi rezimem proudoveho zdroje a rezimem napetoveho zdroje s napetim nizsim, nez je napeti na baterii. O prepinani se stara MC33340 a tranzistoy s otevrenym kolektorem na vystupech (s typickym svodovym proudem 10nA v rozepnutem stavu - viz datasheet).

To schema je v datasheetu prave proto, ze funguje :-)

Z Danska zdravi Marek

 

Pokud se ADJ připojí k zemi, na výstupu je 1,25V. Netuším, kde jste vzal nesmysl, že na ADJ musí být min. 1,25V. Naopak, pokud přivedete na ADJ -1,25V, dostanete na výstupu regulaci od 0 (do Uvst - 1,25V). Nahrazení diody rezistorem způsobí, že se z proudového zdroje stane napěťový. A vymýtit by se měli spíše teoretici, co neumí ani vyjmenovaná slova, natož aby uměli číst v datasheetech. :-(

 

Ještě jednou milí drazí.
Našel jsem další principiální chybu v tom, že obvod MC33340 měří stav baterie (přes dělič) a ukončuje nabíjení při delta_peaku. Ovšem zde je paralelně s ideově proudovým zdrojem z LM317 (který nejspíše nefunguje jak má, díky D3) další primitivní zdroj proudu z D1 a R5. Ten dodává proud trvale do baterie bez ohledu na MC33340. Při vybité baterii to asi nebude vadit (přesněji na počátku nabíjení vybité baterie), ale co to udělá u konce nabíjení, kdy baterie už bude nabitá, to je otázka, protože do baterie poteče stálý proud i v okamžiku, kdy MC33340 odpojí zem a provede test na děliči. Nezastíní to i delta_peak a nebude se bateri tím přebíjet? U NiMH není delta_peak moc velký! Ale kdo ví.
V principu čisté řešení by bylo nemít zde vůbec R5 a D1 a nechat nabíjení čistě na MC33340 s korektním proudovým zdrojem, protože potom měření nabití baterie nebude už ničím ovlivněno a zkresleno.

Ještě jednou milí drazí.
Našel jsem další principiální chybu v tom, že obvod MC33340 měří stav baterie (přes dělič) a ukončuje nabíjení při delta_peaku. Ovšem zde je paralelně s ideově proudovým zdrojem z LM317 (který nejspíše nefunguje jak má, díky D3) další primitivní zdroj proudu z D1 a R5. Ten dodává proud trvale do baterie bez ohledu na MC33340. Při vybité baterii to asi nebude vadit (přesněji na počátku nabíjení vybité baterie), ale co to udělá u konce nabíjení, kdy baterie už bude nabitá, to je otázka, protože do baterie poteče stálý proud i v okamžiku, kdy MC33340 odpojí zem a provede test na děliči. Nezastíní to i delta_peak a nebude se bateri tím přebíjet? U NiMH není delta_peak moc velký! Ale kdo ví.
V principu čisté řešení by bylo nemít zde vůbec R5 a D1 a nechat nabíjení čistě na MC33340 s korektním proudovým zdrojem, protože potom měření nabití baterie nebude už ničím ovlivněno a zkresleno.

Tuhle nabíječku jsem si postavil již před 5 lety.Protože jsem s ní velmi spokojen a mám potřebu postavit další,tak jsem se ke schématu vrátil.A překvapují mne teoretické vývody pisatele >Pepe_peel<.Nabíječka mi pracuje podle popisu,při nabití accu odpojí....nevím co pořád má stále s 1 min.nabíjení.Je ale pravdou,že nabíjím vždy 2 ks akku SANYO ENELOOP velikosti AA.(což jsou accu NiMh ale jiné konstrukce).Moje nabíječka nabíjí 2-3 hod.Stavím tedy další a jsem zvědav,jestli se úspěch bude opakovat.

Potřeboval bych několik kusů MC3334*, ale nemohu je nikde sehnat = v tezemsku. Nemáte náhodou nějaký rozumný zdroj, kde by se nechaly sehnat? Potřebuji nabíjet 10ks NiMH (zatím pro začátek). Mohl byste mi poradit, který MC3334* je pro tento účel výhodnější? Zda MC33340, nebo MC33342? Děkuji.