V poslední době se objevilo několik zapojení nabíječe LiIon ( a Pb ) článků s obvodem L200. Chtěl bych upozornit na problém vznikající při použití tohoto obvodu a jeho řešení.
Obvod L200 se na první pohled jeví téměř jako ideální pro použití pro daný účel. Jedná se o obvod s natavitelným napěťovým a proudovým omezením. Bohužel má jednu velmi nepříjemnou vlastnost. Pokud jej použijeme jako nabíječ a připojíme omylem nabíjený akumulátor opačně , dojde k okamžité destrukci tohoto obvodu. Protože ke zničení dojde při dosti malém proudu ( více jak 100 mA ), stačí ke zničení i vybité akumulátory.
V nabíječích publikovaných v ARPE 5/2001 a na http://www.fw.cz/muller/slow_flyer/nabijecka/ se autoři tímto problémem vůbec nezabývají. Při současné ceně obvodu ( 80,- Kč u GM electronic ) a prací s výměnou obvodu to je značně nepříjemné. Když se mi to stalo hned po dokončení nové nabíječky a neúspěšném hledání rozumného a jednoduchého řešení tohoto problému, obvod jsem zavrhl.
V konstrukci z RCM 9/2001 je použito doporučené zapojení z katalogu výrobce. Princip ochrany spočívá v tom, že do vývodu č.3 obvodu je zařazen ochranný odpor RL. ( Obrázek z PDF výrobce je bohužel dost nekvalitní ).
Tento odpor má mít takovou hodnotu , aby
omezil proud z akumulátoru na max. 100 mA. Musí být bohužel dimenzován
i na velkou ztrátu, protože v případě přepólování vyzařuje značný výkon.
Bohužel tento odpor právě způsobí značné zhoršení vlastností obvodu.
Odporem protéká tzv. “klidový “ proud obvodu, který není konstantní.
Napětí na odporu se přičítá k referenčnímu napěí a tím vzniká chyba.
V katalogu jsou uvedeny závislosti na teplotě, vstupním napětí a výstupním
proudu. Nejhorší je závislost na teplotě.
Všechny tyto závislosti tedy výrazně ovlivňují stabilitu výstupního
napětí, která je pro nabíjení LiIon článků velmi důležitá. Nebudu zde
podrobně rozepisovat údaje, ale stabilita je tak špatná, že není větší
problém aby překročila odchylku jedno procento ( nebo +/- 50 mV ), stanovenou
jako maximum pro LiIon články. Vypočtená závislost vychází asi 50
mV na 25 st.C ( při 4,2 V ). Skutečné změřené hodnoty byly o něco lepší
( měření teploty pouzdra není přesné ), ale nelze na to spoléhat. Navíc
dochází ke kombinaci všech tří závislostí.
- teplotní závislost – při zahřátí obvodu dojde k poklesu výstupního napětí. Naštěstí, protože obráceně by to bylo horší. Takto dochází pouze k prodloužení nabíjecí doby, v okamžiku poklesu proudu začne klesat teplota obvodu tím ale zase dojde ke zvýšení napětí, proudu a ohřátí obvodu. Tím se prodlužuje doba nabíjení hlavně v té poslední fázi nabíjení na konstantním napětí.
- na vstupním napětí - je horší v tom, že zvětšováním vstupního napětí dochází ke zvětšování i výstupního napětí. Není ale příliš výrazná, takže nezpůsobí větší problém.
- na výstupním proudu – při velkém proudu dochází k poklesu napětí a tím vlastně zvyšuje vnitřní odpor obvodu – prodlužuje nabíjení.
Jako nejnebezpečnější je závislost teplotní, protože způsobuje největší nestabilitu napětí.
Úprava nabíječe z RCM 9/2001
Úprava má za cíl zlepšit vlastnosti nabíječe s minimem úprav.
Ochranný odpor R2 je zde použit 100 ohm /5W. Pro 4 články LiIon by měl
mít správně hodnotu až 170 ohm, aby nebyl překročen maximální proud
100 mA. Při této hodnotě je již stabilita obvodu velmi špatná.
Ověřil jsem velmi jednoduchou úpravu, která sníží nestabilitu obvodu
do přijatelných mezí beze změny plošného spoje. Místo odporu R2 použijeme
žárovku. Já jsem vyzkoušel telefonní 24V/0,1A. Protože odpor žárovky
se mění v závislosti na teplotě vlákna, je při běžném provozu vlákno
studené a jeho odpor je nízký. Oproti běžnému odporu dojde asi 4 až
5 násobnému zlepšení stability.
Nahrazením odporu R2 propojkou dosáhneme maximální stability obvodu,
ale nesmíme se splést...
Ani řešení s žárovkou není "super". Samozřejmě by šlo realizovat
obvody, které tento problém zcela a bezchybně odstraní. Bohužel se tím
ale zvyšuje cena, složitost nabíječe a tím i výhodnost použití obvodu
L200.
Doporučení ke stavbě :
- použijeme co největší chladič pro obvod L200
- nastavení výstupních napětí provádíme, když je nabíječ déle zapnut a nenabíjí ( skříňka uzavřena ), aby se ustálily tepelné poměry uvnitř, jako při konci nabíjení
- nabíječ používáme pouze při pokojových teplotách
- při výměně ochranného R2 za žárovku, musíme bohužel nastavit všechna napětí znovu
Literatura - katalogový list L200 - Thomson