294 (Задания для выполнения курсовой работы по надёжности)

Зарядное устройство для сотовых телефонов (автомат)

Сотовые телефоны комплектуются зарядными устройствами. Но эти зарядные устройства нельзя назвать универсальными, поскольку напряжение зарядки их аккумуляторов различно.

Так сотовый телефон фирмы Motorola нельзя заряжать с по­мощью зарядного устройства для сотового телефона фирмы Samsung или Sony Ericsson не только потому, что телефоны имеют разные разъемы для подключения внешнего питания, но, главное, потому, что у этих телефонов различное номинальное напряжение аккумуляторных батарей.

Большинство современных моделей сотовых телефонов имеют встроенное "умное" устройство, автоматически прекращающее зарядку аккумулятора при достижении им полной емкости. Поэтому оставлять такие сотовые теле­фоны на постоянной подпитке от зарядного устройства практически безопас­но для самого телефона и его аккумулятора.

То же касается и зарядного уст­ройства, включенного в осветительную сеть 220 В. Потребляемый ток (от се­ти 220 В) зарядным устройством очень мал, и не превышает 8—10 мА (при полностью заряженном аккумуляторе). Внешне можно лишь зафиксировать незначительный (до +30 °С) нагрев корпуса зарядного устройства при заряд­ке телефона и охлаждение этого корпуса в режиме насыщенного аккумуля­тора.

Такое устройство можно собрать как по "классической" схеме, понизив сете­вое напряжение обычным трансформатором и регулируя пониженное напря­жение, так и по более современной импульсной схеме, поставив стабилизатор и высокочастотный преобразователь в высоковольтную часть схемы.

Преимущество "стандартной" компоновки схемы — простота схемы стабили­затора и большая безопасность при настройке схемы. Но есть и недостатки, отсутствующие в импульсной схеме — нужен трансформатор довольно больших размеров, сильный нагрев регулирующего транзистора, чувстви­тельность схемы к колебаниям сетевого напряжения...

Импульсные источники питания работают на высокой частоте — десятки килогерц, поэтому трансформатор может быть буквально "микроскопическим" (трансформатор в виде куба со стороной 20 мм выдает в нагрузку до 3—5 Вт полезной мощности, т. е. до 1 А тока;
ток в высоковольтной части схемы в коэффициент трансформации раз (30—40) меньше тока в низковольтной час­ти).
Поэтому нагрев транзистора также значительно меньше, тем более что он работает в ключевом режиме; ну а благодаря ШИМ (широтно-импульсной модуляции) устройство будет нечувствительно к колебаниям сетевого на­пряжения в пределах 150—250 В и более.

Для тех же, у кого нет штатного зарядного устройства (кто приобрел б/у сотовый телефон на распродаже), будет полезным самодельное зарядное устройство с индикацией состояния и автоматической регулировкой зарядного тока. Электрическая схема этого простого в повторении и налаживании устройства представлена на рисунке.

Электрическая схема зарядного устройства для сотовых телефонов с индикацией состояния и автоматической регулировкой выходного тока

На схеме показано "классическое" зарядное устройство для заряда никель-металлогидридных (Ni-MH) и литиевых (Li-ion) аккумуляторов для сотовых телефонов с номинальным напряжением 3,6—3,8 В.

Такое номинальное напряжение имеют аккумуляторные батареи сотовых те­лефонов Nokia различных модификаций (например, Nokia 3310, Nokia 1610 и др.). Однако спектр применения этого зарядного устройства можно существенно расширить таким образом, чтобы оно стало универсальным и помогало заряжать сотовые телефоны других фирм (с иным номинальном напряжением аккумулятора).

Для переделки зарядного устройства (изменения значения выходного напряжения и тока) достаточно изменить в принципиальной схеме значения только некоторых элементов (VD2, R5, R6)— об этом написано чуть дальше.
Чтобы понять, какое номинальное напряжение аккумулятора у вашего сото­вого телефона, достаточно снять верхнюю крышку аппарата и рассмотреть запись на аккумуляторе.

Как правило, аккумуляторные батареи телефонов Nokia, Motorola, Sony Erics­son и некоторых моделей Samsung имеют номинальное напряжение 3,6— 3,8 В. Это наиболее популярное напряжение среди современных моделей со­товых телефонов.

Первоначальный ток зарядного устройства 100 мА. Это значение определяет­ся выходным напряжением вторичной обмотки трансформатора Т1 и величи­ной сопротивления резистора R2. Оба эти параметра можно корректировать, подбирая другой понижающий трансформатор или иное сопротивление огра­ничивающего резистора.

Переменное напряжение осветительной сети 220 В понижается силовым трансформатором Т1 до 10 В на вторичной обмотке, затем выпрямляется ди­одным выпрямителем (собранном по мостовой схеме) VD1 и сглаживается оксидным конденсатором С1.

Выпрямленное напряжение через токоограничивающий резистор R2 и усили­тель тока на транзисторах VT2, VT3 (включенные по схеме Дарлингтона) по­ступает через разъем XI на аккумулятор и заряжает его минимальным током. При этом свечение светодиода HL1 свидетельствует о наличии зарядного то­ка в цепи. Если данный светодиод не светится, то значит аккумулятор заря­жен полностью, или в цепи зарядки нет контакта с нагрузкой (аккумулято­ром).

Свечение второго индикаторного светодиода HL2 в самом начале процесса зарядки не заметно, т. к. напряжения на выходе зарядного устройства недостаточно для открывания транзисторного ключа VT1. В это же самое время составной транзистор VT2, VT3 находится в режиме насыщения и зарядный ток присутствует в цепи (протекает через аккумулятор).

Как только напряжение на контактах аккумулятора достигнет значения 3,8 В (что говорит о полностью заряженном аккумуляторе), стабилитрон VD2 открывается, транзистор VT1 также открывается и загорается светодиод HL2, а транзисторы VT2, VT3 соответственно закрываются и зарядной ток в цепи питания аккумулятора (XI) уменьшается почти до нуля.

Налаживание
Для полноценного и эффективного налаживания устройства потребуются два однотипных аккумулятора для сотового телефона с номинальным напряже­нием 3,6—3,8 В. Один аккумулятор полностью разряженный, а другой соот­ветственно полностью заряженный штатным зарядным устройством, идущим в комплекте вместе с сотовым телефоном.

Налаживание сводится к установке максимального зарядного тока и напря­жения на выходе устройства, при котором светится светодиод HL2. Этот мак­симальный ток устанавливается опытным путем так.

К выходу зарядного устройства (точки А и Б, разъема XI, см. рис. 1.7) через (последовательно соединенный) миллиамперметр постоянного тока подклю­чают заведомо разряженный сотовый телефон, например, фирмы Nokia 3310 (который после длительной эксплуатации выключился сам из-за разряженной аккумуляторной батареи), и подбором сопротивления резистора R2 выстав­ляют ток 100 мА.
Для этой цели удобно использовать стрелочный миллиам­перметр М260М с током полного отклонения 100 мА. Однако можно исполь­зовать и иной аналогичный прибор, в том числе стрелочный ампервольтметр (тестер) Ц20, Ц4237 (и подобные им), включенный в режиме измерения тока на пределе 150—250 мА. В этой связи применять цифровой тестер не жела­тельно из-за инерции считывания и индикации показаний.
После этого (предварительно отключив зарядное устройство от сети переменного тока) эмиттер транзистора VT3 отпаивают от других элементов схе­мы и вместо сотового телефона с "севшим" аккумулятором к точкам А и Б на схеме подключают сотовый телефон с нормально заряженным аккумулято­ром (для этого переставляют аккумуляторы в одном и том же телефоне). Те­перь подбором сопротивления резисторов R5 и R6 добиваются зажигания светодиода HL2. После этого эмиттер транзистора VT3 подключают к другим элементам согласно схеме.

О деталях
Трансформатор Т1 любой, рассчитанный на питание от осветительной сети 220 В 50 Гц с вторичными (вторичной) обмотками, выдающими напряжение 10—12 В переменного тока, например, ТПП 277-127/220-50, ТН1-220-50 и аналогичный.
Транзисторы VT1, VT2 типа КТ315Б—КТ315Е, КТ3102А—КТ3102Б, КТ503А—КТ503В, КТ3117А или аналогичные по электрическим характери­стикам.
Транзистор VT3 — из серий КТ801, КТ815, КТ817, КТ819 с любым буквенным индексом. Необходимости в установке этого транзистора на теп-лоотвод нет.

К точкам А и Б (на схеме) припаивают штатный провод от зарядного устрой­ства сотового телефона соответствующей модели с тем, чтобы оконечный разъем на другом конце этого провода подходил к разъему сотового теле­фона.
Все постоянные резисторы (кроме R2) типа МЛТ-0,25, MF-25 или аналогич­ные. R2 — с мощностью рассеяния 1 Вт.
Оксидный конденсатор С1 типа К50-24, К50-29 на рабочее напряжение не ниже 25 В или аналогичный. Светодиоды HL1, HL2 типа АЛ307БМ. Свето­диоды можно применить и другие (для индикации состояния различными цветами), рассчитанные на ток 5—12 мА.
Диодный мост VD1 — любой из серии КЦ402, КЦ405, КЦ407.
Стабилитрон VD2 определяет напряжение, при котором зарядной ток устройства умень­шится почти до нуля. В данном исполнении необходим стабилитрон с напря­жением стабилизации (открывания) 4,5—4,8 В. Указанный на схеме стабили­трон можно заменить КС447А или составить из двух стабилитронов на меньшее напряжение, включив их последовательно. Кроме того, как было отмечено ранее, порог автоматического отключения режима зарядки устрой­ства можно корректировать изменением сопротивления делителя напряже­ния, состоящего из резисторов R5 и R6.

Элементы устройства монтируют на плате из фольгированного стеклотексто­лита в пластмассовый (диэлектрический) корпус, в котором просверливают два отверстия для индикаторных светодиодов. Хорошим вариантом (исполь­зованным автором) является оформление платы устройства в корпус от ис­пользованной батареи типа А3336 (без понижающего трансформатора).