Presenta:
NE555 per un caricabatterie automatico a corrente costante
di IZ1TQI Aldo RCT#030
Prendendo spunto da una vecchissimo schema di cui non so dire altro, salvo che non è mio, con le dovute modifiche e adattamenti, ho pensato questo caricabatterie utilizzabile fino all’erogazione di circa un ampere di corrente, dotando di dissipatore il BD139; sostituendolo poi con un 2N3055 + dissipatore, guadagnerete molto in corrente erogata, fino a poter ricaricare anche batterie al piombo (con 5 A erogati), ma in questo caso Rx dev’essere da almeno 5W.
In tutta onestà, non ho provato praticamente il circuito, mi riservo di farlo, pertanto ve lo propongo ugualmente in via sperimentale, perché non mi dà adito a troppi dubbi, con la raccomandazione di non superare la tensione di 15V sull’Ne 555, potreste farlo adottando la modifica descritta nel prosieguo dell’articolo, in figura 2. A fondo pagina, invece troverete lo schema di una versione, sperimentata.
La corrente di carica viene mantenuta costante dal gruppo di transistor T1 T2 T3: se la corrente, che attraversa Rx, determina una caduta di tensione, tra emittore e base di T2, maggiore di 0,65-0,7 volt, T2 conduce e polarizza T3 che pone a massa la base di T1; T1 cessa di condurre, per cui la tensione tra emittore e base di T2, diminuisce, quindi T2 cessa di condurre e T1 conduce di nuovo e così via.
In tutta onestà, non ho provato praticamente il circuito, mi riservo di farlo, pertanto ve lo propongo ugualmente in via sperimentale, perché non mi dà adito a troppi dubbi, con la raccomandazione di non superare la tensione di 15V sull’Ne 555, potreste farlo adottando la modifica descritta nel prosieguo dell’articolo, in figura 2. A fondo pagina, invece troverete lo schema di una versione, sperimentata.
La corrente di carica viene mantenuta costante dal gruppo di transistor T1 T2 T3: se la corrente, che attraversa Rx, determina una caduta di tensione, tra emittore e base di T2, maggiore di 0,65-0,7 volt, T2 conduce e polarizza T3 che pone a massa la base di T1; T1 cessa di condurre, per cui la tensione tra emittore e base di T2, diminuisce, quindi T2 cessa di condurre e T1 conduce di nuovo e così via.
La situazione intermedia risultante, di questo rapidissimo alternarsi ripetuto, è che attraverso Rx scorre una corrente costante verso la batteria.
Il diodo D1 ( 20-30V 2A ) serve per impedire un ritorno indesiderato di tensione su T1, T2, T3, per parte della batteria, qualora si tolga tensione al marchingegno, per correnti fino 200-350mA, più che sufficiente per qualsiasi pila ricaricabile, è possibile un D1 = 1N4001 (50V 1A) o similari.
La corrente massima di carica è funzione del valore di Rx, la quale si calcola in base appunto alla corrente massima desiderata, che chiameremo Ax; la relazione per determinare Rx è la seguente
Rx = ( 0,7 : Ax)
con il BD139 potrete osare anche correnti fino ad 1A, dotandolo di un piccolo dissipatore.
Come funziona? Funziona come un flip flop bistabile: sapete bene che l’ ingresso al piedino 2 dell’NE555 reagisce (portando l'uscitaa livello alto) quando rileva una tensione = 1/3 rispetto a quella di alimentazione, mentre il piedino 6 reagisce (portando l'uscita a livello basso) quando rileva su di sé una tensione = 2/3 rispetto a quella di alimentazione. In questo caso però il piedino 5 è polarizzato con 3,1 V dallo zener, perciò il piedini di trigger e di scarica a questa si riferiscono.
Tarando pertanto le tensioni volute su di essi piedini, l’NE555 reagirà ad una certa soglia bassa provocando il funzionamento di tutto il circuito e controreagirà ad una certa soglia alta, provocandone l’arresto.
Il diodo D1 ( 20-30V 2A ) serve per impedire un ritorno indesiderato di tensione su T1, T2, T3, per parte della batteria, qualora si tolga tensione al marchingegno, per correnti fino 200-350mA, più che sufficiente per qualsiasi pila ricaricabile, è possibile un D1 = 1N4001 (50V 1A) o similari.
La corrente massima di carica è funzione del valore di Rx, la quale si calcola in base appunto alla corrente massima desiderata, che chiameremo Ax; la relazione per determinare Rx è la seguente
Rx = ( 0,7 : Ax)
con il BD139 potrete osare anche correnti fino ad 1A, dotandolo di un piccolo dissipatore.
Come funziona? Funziona come un flip flop bistabile: sapete bene che l’ ingresso al piedino 2 dell’NE555 reagisce (portando l'uscitaa livello alto) quando rileva una tensione = 1/3 rispetto a quella di alimentazione, mentre il piedino 6 reagisce (portando l'uscita a livello basso) quando rileva su di sé una tensione = 2/3 rispetto a quella di alimentazione. In questo caso però il piedino 5 è polarizzato con 3,1 V dallo zener, perciò il piedini di trigger e di scarica a questa si riferiscono.
Tarando pertanto le tensioni volute su di essi piedini, l’NE555 reagirà ad una certa soglia bassa provocando il funzionamento di tutto il circuito e controreagirà ad una certa soglia alta, provocandone l’arresto.
In figura 2 è proposto una variante per corredare il caricabatterie con più valori di corrente; sono state proposte tre correnti di carica diverse: circa 80, 130, 250 mA , ma nulla osta che ciascuno di voi determini Ax come più gli aggrada, ovvero, come si suole normalmente, ad 1/10 della capacità della batteria; esempio: a batteria da 2,5 A/h (2500mA/h) corrisponde una Ax = 250mA.
Ma cominciamo dalla situazione iniziale: l’IC NE555 si trova con il pin 3 a livello di massa e il pin 7 a livello basso; ciò determina la messa a massa del catodo dell’SCR e l’interdizione di T1. Premendo il pulsante “scarica” vene applicata sul gate dell’SCR1 una tensione tale da farlo condurre, ciò determina la scarica della batteria sia attraverso R3 in parallelo al diodo led giallo che si illumina, sia attraverso l’SCR1 stesso, sia attraverso il pin 3 dell’NE555, che si trova, come accennato, a potenziale di massa. Questa situazione permane fino a quando la tensione di batteria, abbassandosi, non determina sul cursore di P2 un potenziale tale da eccitare il pin 2 dell’NE555; esso reagisce portando il pin 3 a tensione di alimentazione e portando il pin 7 a livello alto in modo da sbloccare T1.
Inizia così la carica a corrente costante onde il pin 3 a livello alto inoltre determina, attraverso R1, l’accensione del diodo led rosso e, bloccando SCR1, lo spegnimento di quello giallo.
Trascorso il tempo debito, determinato dal valore della corrente di carica, la tensione di batteria raggiunge un livello tale, sul cursore di P1, da far reagire il pin 6 dell’NE555; quest’ultimo riporta il pin 3 e il pin 7 a livello basso. Per opera del pin 3 si spegne il diodo led rosso, mentre ad opera del pin 7 s’accende quello verde ed è cortocircuitata a massa la base di T1 che cessa di condurre, interrompendo il ciclo di carica.
Qualora si desiderasse la sola ricarica della batteria deve essere semplicemente pigiato il pulsante “start”.
Ma cominciamo dalla situazione iniziale: l’IC NE555 si trova con il pin 3 a livello di massa e il pin 7 a livello basso; ciò determina la messa a massa del catodo dell’SCR e l’interdizione di T1. Premendo il pulsante “scarica” vene applicata sul gate dell’SCR1 una tensione tale da farlo condurre, ciò determina la scarica della batteria sia attraverso R3 in parallelo al diodo led giallo che si illumina, sia attraverso l’SCR1 stesso, sia attraverso il pin 3 dell’NE555, che si trova, come accennato, a potenziale di massa. Questa situazione permane fino a quando la tensione di batteria, abbassandosi, non determina sul cursore di P2 un potenziale tale da eccitare il pin 2 dell’NE555; esso reagisce portando il pin 3 a tensione di alimentazione e portando il pin 7 a livello alto in modo da sbloccare T1.
Inizia così la carica a corrente costante onde il pin 3 a livello alto inoltre determina, attraverso R1, l’accensione del diodo led rosso e, bloccando SCR1, lo spegnimento di quello giallo.
Trascorso il tempo debito, determinato dal valore della corrente di carica, la tensione di batteria raggiunge un livello tale, sul cursore di P1, da far reagire il pin 6 dell’NE555; quest’ultimo riporta il pin 3 e il pin 7 a livello basso. Per opera del pin 3 si spegne il diodo led rosso, mentre ad opera del pin 7 s’accende quello verde ed è cortocircuitata a massa la base di T1 che cessa di condurre, interrompendo il ciclo di carica.
Qualora si desiderasse la sola ricarica della batteria deve essere semplicemente pigiato il pulsante “start”.
La Taratura:
per un funzionamento corretto è dovuta una taratura dei trimmer P1 e P2, che determinano lo stato di inizio e fine carica.
Premetto che la tensione massima di ricarica per celle da 1,2V dovrà essere di 1,4V e che una batteria di 8 celle, per un totale di 9,6V dovrà essere ricaricata con una tensione massima di 11,2V, mentre una batteria di 12 celle, per un totale di 12V, dovrà essere ricaricata con tensione massima di 14V; qualcosina in più non danneggia, ma non esagerate e servitevi della modifica all’alimentazione dell’NE555.
Inoltre una cella si può considerare scarica quando scende di 0,1-0,2V al di sotto della sua tensione nominale, pertanto una batteria di 9,6 volt si può considerare completamente scarica quando la sua tensione è scesa 8,8V, ma voi non arrivateci se non nel caso di celle al nichel-cadmio, negli altri casi fermatevi a 9,2-9V S1 è un interruttore che serve solo per la taratura, effettuata la quale può essere cortocircuitato ed eliminato.
SCR1 è un diodo controllato al silicio di qualunque genere, che all’uopo può essere di piccola potenza, diciamo 200V 0,5-1A, del tipo BT169B.
Ora aprite S1, alimentate il circuito con una tensione di 15V e ponete al posto della batteria da ricaricare un alimentatore stabilizzato regolabile, inserito con le giuste polarità. Portatene la tensione a 8,8V e regolate P2 fino all’accensione del led rosso (se il led verde era acceso) oppure allo spegnimento del led verde (se il led rosso era spento), avrete così tarato il punto di riarmo del caricabatterie.
Ora portate l’alimentatore a 11,2V e regolate P1 in modo da avere led rosso spento e led verde acceso.
Tutto qui, non altro, salvo togliere l’alimentazione al circuito, rimuovere l’alimentatore stabilizzato, cortocircuitare ed liminare S1; quando vorrete ricaricare una batteria di 8 celle per un totale di 9,6V, sarà sufficiente collegarla al caricabatterie e dare tensione al medesimo senza preoccuparvi d’altro .
Ho considerato batterie di 8 elementi per chi ha tante batterie da ricaricare, casomai voleste ricaricare batterie da soli quattro elementi, per un totale nominale di 4,8V, è sufficiente una tensione di alimentazione di 9V e naturalmente dovrete tarare P2 per 5,6V e P1 per 4,2-4,4V.
Infine se misurando la caduta di tensione ai capi collettore-emittore di T1 la trovaste superiore ai 3V, diminuite R4 o aumentate la tensione di alimentazione, se invece è inferiore ai 2V potrete scendere a 14V di alimentazione.
per un funzionamento corretto è dovuta una taratura dei trimmer P1 e P2, che determinano lo stato di inizio e fine carica.
Premetto che la tensione massima di ricarica per celle da 1,2V dovrà essere di 1,4V e che una batteria di 8 celle, per un totale di 9,6V dovrà essere ricaricata con una tensione massima di 11,2V, mentre una batteria di 12 celle, per un totale di 12V, dovrà essere ricaricata con tensione massima di 14V; qualcosina in più non danneggia, ma non esagerate e servitevi della modifica all’alimentazione dell’NE555.
Inoltre una cella si può considerare scarica quando scende di 0,1-0,2V al di sotto della sua tensione nominale, pertanto una batteria di 9,6 volt si può considerare completamente scarica quando la sua tensione è scesa 8,8V, ma voi non arrivateci se non nel caso di celle al nichel-cadmio, negli altri casi fermatevi a 9,2-9V S1 è un interruttore che serve solo per la taratura, effettuata la quale può essere cortocircuitato ed eliminato.
SCR1 è un diodo controllato al silicio di qualunque genere, che all’uopo può essere di piccola potenza, diciamo 200V 0,5-1A, del tipo BT169B.
Ora aprite S1, alimentate il circuito con una tensione di 15V e ponete al posto della batteria da ricaricare un alimentatore stabilizzato regolabile, inserito con le giuste polarità. Portatene la tensione a 8,8V e regolate P2 fino all’accensione del led rosso (se il led verde era acceso) oppure allo spegnimento del led verde (se il led rosso era spento), avrete così tarato il punto di riarmo del caricabatterie.
Ora portate l’alimentatore a 11,2V e regolate P1 in modo da avere led rosso spento e led verde acceso.
Tutto qui, non altro, salvo togliere l’alimentazione al circuito, rimuovere l’alimentatore stabilizzato, cortocircuitare ed liminare S1; quando vorrete ricaricare una batteria di 8 celle per un totale di 9,6V, sarà sufficiente collegarla al caricabatterie e dare tensione al medesimo senza preoccuparvi d’altro .
Ho considerato batterie di 8 elementi per chi ha tante batterie da ricaricare, casomai voleste ricaricare batterie da soli quattro elementi, per un totale nominale di 4,8V, è sufficiente una tensione di alimentazione di 9V e naturalmente dovrete tarare P2 per 5,6V e P1 per 4,2-4,4V.
Infine se misurando la caduta di tensione ai capi collettore-emittore di T1 la trovaste superiore ai 3V, diminuite R4 o aumentate la tensione di alimentazione, se invece è inferiore ai 2V potrete scendere a 14V di alimentazione.
Una variante collaudata è quella di figura 3: quando la caduta di tensione su RX supera 0,6-0,7 V, TR2 entra in conduzione a modula la base di TR1, costringendolo ad erogare una corrente costante pari a:
Ic = 0,7 : RX.
Il piedino 3 dell'NE555 è quello che comanda il tutto: durante la scarica mantiene la base di TR1 a massa impedendo al medesimo la conduzione, durante la fase di carica polarizza la base di TR1 per la conduzione.
I diodi D2, D3, D4 hanno lo scopo di fungere da zener in parallelo a led giallo, pertanto finchè la tensone ai loro capi supererà i 2,1 V, il citato led sarà protetto, quando scenderà al di sotto il led sarà direttamente sottoposto alla sola caduta di tensione dovuta a R3, mantenendo costante la sua luminosità per tutta la fase di scarica.
N.B. per una corretta sequenza dei diod led, Inserite la batteria prima di accendere il carica batterie: dovrebbe accendersi il solo led verde; pigiando il pulsante P1, inizierà il processo di scarica (led verde e led giallo accesi), finito il quale inizierà automaticamente la carica (solo il led rosso acceso), terminato il processo di carica, tornerà acceso il solo led verde.
TR1 è un Darlington topo BDX53C, che può essere sostituito con un MJ3001 per ottenere correnti molto più forti, nel qual caso TR2 sarà un BD139.
Per alimentazione di 15 V e correnti oltre 150mA Il BDX53C necessita di un piccolo dissipatore termico: 4-5 °C / W, ovvero 4 x 5 cm con alette. Complessivamente la taratura non cambia.
Ic = 0,7 : RX.
Il piedino 3 dell'NE555 è quello che comanda il tutto: durante la scarica mantiene la base di TR1 a massa impedendo al medesimo la conduzione, durante la fase di carica polarizza la base di TR1 per la conduzione.
I diodi D2, D3, D4 hanno lo scopo di fungere da zener in parallelo a led giallo, pertanto finchè la tensone ai loro capi supererà i 2,1 V, il citato led sarà protetto, quando scenderà al di sotto il led sarà direttamente sottoposto alla sola caduta di tensione dovuta a R3, mantenendo costante la sua luminosità per tutta la fase di scarica.
N.B. per una corretta sequenza dei diod led, Inserite la batteria prima di accendere il carica batterie: dovrebbe accendersi il solo led verde; pigiando il pulsante P1, inizierà il processo di scarica (led verde e led giallo accesi), finito il quale inizierà automaticamente la carica (solo il led rosso acceso), terminato il processo di carica, tornerà acceso il solo led verde.
TR1 è un Darlington topo BDX53C, che può essere sostituito con un MJ3001 per ottenere correnti molto più forti, nel qual caso TR2 sarà un BD139.
Per alimentazione di 15 V e correnti oltre 150mA Il BDX53C necessita di un piccolo dissipatore termico: 4-5 °C / W, ovvero 4 x 5 cm con alette. Complessivamente la taratura non cambia.
Non mi pare ci sia altro da aggiungere.