Приобретенная в свое время аккумуляторная машинка для стрижки волос PANASONIC ER1420 порадовала качественной работой менее года.
Используя машинку периодически, обратил внимание, что при включении заряженной машинки в следующий раз, ее аккумулятор был разряжен. Полностью заряжаю аккумулятор после окончания работы, через неделю простоя он вновь разряжен. После зарядки, проверил на выключенной машинке ток в цепи аккумулятора – ток разряда составлял 15,2 мА.
В результате поиска причин неисправности был найден заводской дефект, который проявился уже в процессе эксплуатации. Но годичная гарантия, однако, закончилась. Предположительно, виноватой оказалась капля припоя, попавшая при изготовлении между выводами 8-9 (см. фото) микросхемы контроллера МС1.
Видимо окисную пленку со временем пробило, схему закоротило. В итоге аккумуляторы бесконтрольно разряжались и со временем потеряли емкость, заряда не стало хватать и на одну стрижку. А внешне, все до поры до времени выглядело благопристойно. Ставим машинку на зарядку, загорается индикатор заряда, через определенное время он выключается, машинка работает какое-то время, но все меньше и меньше.
Разобрал корпус машинки для стрижки. Там находятся два последовательно соединенных Ni-Mh аккумулятора неизвестной емкости, напряжением по 1,2В, с выступающими контактными штырьками для фиксации на контактах. Аккумуляторы питают микродвигатель постоянного тока мод. FF-270PA (1,5…6,0В; 0,4…0,7А). Однако при напряжении питания 2,5В, микродвигатель уже не справляется с нагрузкой и аккумуляторы нужно заряжать.
На нижней стороне пластмассового ложемента с аккумуляторами, установлен выключатель питания и плата с электроникой управления на базе специального микроконтроллера. Его данных в интернете не обнаружил.
Микроконтроллер проверяет напряжение на аккумуляторах и управляет ключами подачи питания на электромотор машинки, подключает зарядное устройство и управляет процессом зарядки, дает соответствующие сигналы на индикатор зарядки аккумуляторов.
Так как ресурс аккумуляторной батареи подходил к концу, стал искать замену. По размерам и характеристикам подошли стандартные Ni-Mh аккумуляторы АА HR6 (1,2В).
Изготовление нового зарядного устройства
Новые аккумуляторы установлены. Для их зарядки требуется изготовить новое зарядное устройство (ЗУ), т.к. схему на микроконтроллере и SMD – деталях самостоятельно уже не восстановить.
Вариантов самодельных ЗУ для Ni-Mh аккумуляторов в сети можно найти достаточное количество и различной сложности. Желательно собрать ЗУ по функционалу аналогичное фирменному, но подходящей схемы в сети с автоматическим отключением после зарядки (исключая релейные) и необходимыми характеристиками не нашел.
Сборка, регулировка параметров и проверка под нагрузкой ряда подходящих по теме схемных решений, не дали положительного результата. Поэтому собрал свою схему ЗУ, функционально соответствующую запросу.
Получилось зарядное устройство со стабилизацией по току, автоматическим отключением по току при достижении заданного напряжения на аккумуляторе и индикацией процесса зарядки. А также простым по конструкции и в эксплуатации.
Схема ЗУ
Соберем схему ЗУ построенную на популярном операционном усилителе (ОУ) LM358.
В этой микросхеме два одинаковых ОУ в одном корпусе, имеющих общее питание.
На ОУ DA1.1 выполнен узел стабилизации тока в цепи зарядки аккумуляторов (Bat1) через полевой транзистор VT1.
На DA1.1 реализован компаратор, сравнивающий опорное стабильное напряжение с VD1 (выв.3) и напряжение на ограничительном резисторе R13 зависящее от протекающего по нему току (выв.2). За счет отрицательной обратной связи (ООС) через R7, DA1.1 корректирует напряжение на затворе (G) транзистора VT1 стабилизируя ток через него.
При наличии рабочего напряжения на выходе DA1.1 и затворе VT1 светодиод LED1 светится, указывая на зарядку аккумулятора.
На ОУ DA1.2 собран компаратор с небольшим гистерезисом (триггер Шмитта), позволяющий однозначно переключить логическое состояние выхода ОУ на высокое при достижении нужного напряжения на аккумуляторе.
При переключении DA1.2 включается излучающий диод тиристорной оптопары АОУ103А открывающий ее тиристор, который соединяет затвор VT1 и светодиод LED1 с общим проводом. Свечение LED1 значительно падает.
Напряжение на затворе транзистора VT1 падает, он закрывается и ток в цепи заряда аккумулятора падает до минимальной величины, регулируемой подбором R12. В данном случае до 5…10 мА.
Дальнейшие изменения напряжения на выходе ОУ DA1.2 уже не повлияют на установленный минимальный зарядный ток компенсирующий саморазряд, т.к. тиристор не выключится вплоть до отключения питания ЗУ. Таким образом выполняется функция автоматического отключения.
Потенциометр R2 предназначен для установки напряжения отключения ЗУ.
Потенциометр R3 используется для регулировки зарядного тока.
Светодиод LED1 сигнализирует о процессе зарядки, а LED2 (штатный) свидетельствует о подключении машинки к ЗУ.
Изготовление зарядного устройства
Машинка для стрижки волос штатно заряжается в подставке оборудованной скользящими контактами для быстрой установки и снятия машинки. Подставка подключается к сети с помощью адаптера 230 / 4,2В. Зарядный ток от адаптера в пределах одного ампера.
Подставка выполнена в виде сборного корпуса с входными и выходными контактами, соединенными параллельно. Для устойчивости при работе с машинкой, подставка укомплектована двумя металлическими цилиндрами – утяжелителями, расположенными в специальном отсеке корпуса.
В фирменной машинке для стрижки волос вся электронная начинка расположена в корпусе машинки. Для самостоятельного изготовления ЗУ этого места недостаточно, т.к. использованы более крупные детали.
Для изготовления нового ЗУ используем необходимую часть деталей со штатной платы – они обведены на схеме пунктирной линией. Лишние дорожки перерезаны.
Основную часть схемы ЗУ соберем на доп. плате и установим ее в отсек освобожденный от балластных утяжелителей. Габариты платы определяются внутренними размерами отсека.
Полевой транзистор при зарядном токе более 0,6А начинает ощутимо нагреваться, поэтому устанавливаем его на радиатор.
Первый вариант радиатора был свернут из алюминиевой пластины под свободное место в корпусе. Но его близкое расположение к деталям платы оказалось критическим.
Для исключения влияния температуры на стабильность работы ЗУ, радиатор был вынесен за пределы подставки и помещен под дно корпуса, между его ножками – утяжелителями. Выводы транзистора заведены в корпус.
Детали и монтаж платы зарядного устройства
Устанавливаем детали на плату в соответствии со схемой.
Управляющим элементом ЗУ является полевой транзистор VT1. В данной схеме использован транзистор SUD 50N024. При напряжении на затворе Vgs = 2,3В данный транзистор пропускает ток до 0,1А, а при Vgs = 2,8В он может открыться до 20А.
Такая характеристика прибора используется для управления работой ЗУ. Изменяя напряжение на затворе транзистора, можно управлять величиной проходящего тока. Графики зависимости тока от напряжения для поиска подходящего транзистора можно найти в их datasheet.
В качестве стабилизатора напряжения и термокомпенсирующего элемента использован стабистор КС107А. Напряжение стабилизации – 0,7 В при Iст = 10 мА.
В качестве управляемого ключа использована тиристорная оптопара АОУ103А.
Сборка зарядного устройства
Собранную плату ЗУ установим в выбранный отсек корпуса подставки.
Многооборотный подстроечный резистор СП5-3 на 6,8k (R2) закрепим отдельно, на основании подставки. Оптопару уложим на свободное место в корпусе.
При необходимости, это ЗУ возможно использовать для зарядки других аккумуляторов и с другим адаптером, например, типовым на 5В. Для этого, параллельно основному, установлен разъем другой конструкции.
