Les premiers temps, le chargeur de votre camescope ne vous semblait pas assez rapide, car vous remplissiez de nombreuses cassettes: les sujets ne vous manquaient pas. Le temps a un peu passé et vous ne prenez le camescope qu'à bon escient. Aussi vous aimeriez bien avoir, toujours sous la main, une batterie chargée au top niveau. Vous l'avez sans doute chargée après sa dernière utilisation! Mais dans quel état est-elle maintenant ? Le chargeur proposé maintiendra la batterie en état de charge maximum sans risque de surcharge.
Ce chargeur arrête la charge de la batterie aussitôt qu'elle est complète et ne la reprend que si elle en a besoin, la laissant ainsi toujours à sa charge maximale. Pour ce faire, il possède un système de régulation inédit puisqu'il utilise la tension de repos de la batterie. Cette tension n'est disponible que si l'on arrête la charge. Aussi une base de temps l'interrompt toutes les 30s environ et elle ne reprend que si la tension de la batterie est inférieure à une tension de référence et, dans ce cas, l'arrêt de la charge ne dure qu'un cinquantième de seconde. Ce mode de fonctionnement est nécessaire pour une batterie au cadmium-nickel. Sur une batterie au plomb, lorsque la charge est terminée, le courant de charge décompose l'eau contenue dans l'électrolyte et la tension nécessaire à cette action s'ajoutant à celle de l'élément, il présente une brusque montée sur la courbe de charge. Avec une batterie Cd/Ni rien de tel: le courant superflu en fin de charge est transformé en chaleur sans qu'aucun accident ne le signale sur la courbe de charge. Souvent les chargeurs rapides fournis avec les camescopes utilisent cette élévation de température pour couper la charge. Il n'est bien sûr pas possible d'utiliser ce système avec un chargeur lent, et si l'on refuse de surcharger la batterie il fallait trouver autre chose...
Schéma de principe
On voit sur le schéma de principe que l'alimentation fait appel à deux condensateurs de 1 µF/400V pour la charge et un condensateur de 0,1 µF/400V pour assurer la compensation de la consommation du circuit intégré pendant les périodes de repos. L'ensemble des fonctions est assuré par un circuit intégré LM324. On utilise le circuit "A" comme base de temps, le circuit "B" comme comparateur et les circuits "C" et "D" comme bascule bistable. La résistance R1 n'est en réalité qu'un fusible qui peut être constitué par un brin, très fin, prélevé sur un fil souple. Le condensateur "A" se charge à travers la diode D2 et se décharge à travers D4. Tout ceci est très classique. Les mêmes fonctions sont assurées par le condensateur "B" et les diodes D1 et D3, mais D3 n'est connectée au "+" batterie qu'à travers R2 ( qui est très importante, nous verrons plus loin pourquoi ) et la diode LED L1. La diode LED L2 est connectée par R3 à l'anode de D4 pour n'être alimentée que pendant les périodes de charge. Notez que le "+" batterie est relié au circuit intégré par la diode D5 pour pallier à une étourderie possible du sens de branchement de celle-ci. Le fusible F a été placé également dans ce but, mais il vous faudra le remplacer si vous faites cette erreur car le circuit se referme sur lui par D2 et D4 et aucune protection n'est possible.
Pour pallier une augmentation considérable de la tension qui ferait, à coup sûr, passer le circuit intégré de vie à trépas si l'on oublie de brancher une batterie aux bornes de sortie, un triac est placé entre l'anode de D4 et le "-". Sa gâchette est commandée par une diode zener (Z1) de 20V.
Ainsi, même à circuit ouvert, la tension ne pourra dépasser 20V sans provoquer d'échauffement. Bien sûr, les batteries à charger ne doivent pas atteindre cette valeur. La base de temps est constituée par le condensateur C et la résistance R11. La charge du condensateur C est assurée pendant les périodes de repos par la diode D6 connectée à la sortie de l'ampli C. La sortie de ce même ampli commande également, par R5, le transistor T qui, par son émetteur est connecté à la gâchette du triac.
La tension du condensateur C est connectée à l'entrée inverseuse de l'ampli A. L'entrée directe de ce même ampli étant portée à une légère tension positive par R12 et R14, le condensateur provoque en se déchargeant un "+" en sortie de l'ampli A. La tension de la batterie est comparée à celle d'une diode zener, après chaque arrêt provoqué par la base de temps, pour assurer la reprise de la charge si la tension de la batterie est inférieure à celle que vous avez réglée à l'aide du potentiomètre P1. La diode zener Z3 est reliée à l'entrée directe de l'ampli B. La tension de la batterie est appliquée par P1 à son entrée inverseuse. Chaque fois que la tension de la batterie, passant par P1, se trouve inférieure à celle de Z3, la sortie de l'ampli B présente un "+".
Au niveau de la bascule bistable, rien à dire sur cette fonction au montage classique, sauf l'obligation de la présence d'une très légère réaction, (par R7 pour l'ampli C et R10 pour l'ampli D), imposée par le mode d'alimentation en mono-tension du circuit intégré. Elle est composée des amplis C et D et est commandée respectivement par les entrées directes, l'ampli C par la sortie de l'ampli A et l'ampli D par la sortie de l'ampli B. Le changement d'état ne peut se faire si l'entrée directe de l'ampli opposé présente un plus, cette particularité évite tout arrêt de charge si pendant celle-ci la batterie n'a pas atteint la tension que vous avez réglée. L'arrêt de la charge est provoquée par la mise en conduction du triac Tr lui-même commandé par le transistor T, à ce moment la sortie du condensateur A est court-circuitée et celui-ci se trouve simplement aux bornes du secteur.
La batterie
Une batterie cadmium-nickel chargée au maximum présente, au repos, une tension comprise entre 1,3 et 1,4V par élément (ce point est le départ de la courbe de décharge). Supposons que notre batterie présente une tension inférieure à celle-ci: cette tension est appliquée à l'entrée inverseuse de l'ampli B qui, la comparant après ajustage par P1 à la tension de la diode zener Z3, rend la sortie de l'ampli B positive. Cette tension appliquée à l'entrée directe de l'ampli D rend sa sortie positive également. L'ampli C, deuxième élément de la bascule, présente, lui, un - en sortie. Le transistor T est bloqué, le triac TR ne peut donc conduire qu'à partir du moment où la diode zener Z1 devient conductrice elle-même. La tension de notre batterie étant, de loin, inférieure à 20V, le condensateur A se décharge donc dans celle-ci.
Supposons maintenant que notre batterie, en charge, présente une tension de l'ordre de 1,4V par élément. L'ampli B présente un - en sortie, l'ampli C un + qui va charger le condensateur C par D6 et saturer T. Nous savons que T saturé entraîne la conduction du triac TR annulant la charge. La charge coupée, la batterie se trouve au repos, sa tension baisse. Si celle-ci est inférieure à celle que nous avons réglée, la sortie de l'ampli B devient positive, celle de D également, entraînant celle de C qui devient négative. Nous nous trouvons dans le cas de notre première supposition, mais avec le condensateur C chargé et qui se décharge lentement dans R11. Tant que la sortie de l'ampli A présente un -, la bascule reste en l'état et la charge continue. Mais aussitôt que C est déchargé, la bascule change d'état stoppant ainsi la charge et le cycle se renouvelle jusqu'à ce que la batterie présente, au repos, une tension égale ou supérieure à celle que nous avons réglée.
Réalisation
Le circuit imprimé
Le circuit imprimé, très clair, peut être reproduit par votre procédé habituel. Je vous signale toutefois que la photocopie sur papier CANSON 70gr/m2 donne de bons résultats. Le papier CANSON Calque 17-152 étant aussi transparent aux U.V. que le mylar, peut être utilisé au même titre que la pellicule pour l'insolation de vos circuits. Le seul écueil possible: l'opacité des caractères de la photocopieuse.
l'implantation des composants
Pour l'implantation des composants, commencez par les quatre straps (soudez et érasez), puis les résistances (soudez et érasez), et terminez par les composants plus volumineux. Pour maintenir les composants en place pendant le soudage, en particulier les résistances, il est intéressant de serrer le circuit, par exemple sur un tampon à récurer type SCOTCH-BRITE.
Réglage
Il se limite à celui du potentiomètre P1 que vous devrez ajuster en fonction du nombre d'éléments de votre batterie. La tension de la batterie, au repos, devant être comprise entre 1,3 et 1,4V par élément, une batterie de 6V (5 éléments) doit donc, une fois chargée, présenter une tension entre 6,5 et 7V. Supposons que votre batterie soit de 6V, la plus courante, comportant donc 5 éléments, voici comment procéder: aux bornes de la batterie, branchez une alimentation réglable (à 6,8V), branchez votre contrôleur (sensibilité 20V) entre le - de la batterie et la sortie de l'ampli B (le strap qui la rejoint à l'entrée directe de l'ampli D vous aidera), tournez P1 dans le sens horaire jusqu'à l'apparition brusque d'une tension positive. Recommencez plusieurs fois pour bien fixer ce point .
Ces opérations doivent être effectuées sans que le secteur soit branché: débranchez votre alimentation, branchez la batterie, branchez le secteur. Observer le comportement du chargeur en repérant la tension de reprise des charges successives (elles doivent s'opérer à 6,8V) et rectifiez s'il y a lieu. Attention, les arrêts automatiques de charge ne se produisent qu'en fin de charge. Il reste à contrôler la charge de compensation que doit effectuer le condensateur B par R2 et L1 de façon à laisser vraiment la batterie au repos. Pour cette vérification, il faut brancher un milliampèremètre en série avec la batterie. L'intensité pendant les périodes de charge doit se situer autour de 60 mA et pendant les arrêts en fin de charge aucun débit ne doit se manifester. Si ce n'est pas le cas, augmentez la valeur de R2 si le débit est positif, la diminuer s'il est négatif. Sa valeur se situe à environ 47 k (la précision absolue n'est pas indispensable).
Si vous ne possédez pas d'alimentation réglable, voila une bonne occasion de vous servir de la plaque de connexions que vous a offert votre journal. Il vous faut un potentiomètre multitours (à plat) de 20000 , deux BC337 et une résistance de 10000 et montés suivant le schéma ci-contre. La source de courant sera constituée de 2 piles de 9V montées en série. Ce montage utilise comme tension de référence, la tension base/émetteur du premier transistor. Sans être parfait, sa stabilité est largement suffisante pour cette utilisation.
Sécurité--------
Ce chargeur ne possédant pas de transformateur, le secteur est présent aux bornes de la batterie à charger. Ceci peut être dangereux si vous êtes étourdi . Aussi il vous suffira de repérer, à l'aide d'un testeur ou de votre voltmètre, le neutre du secteur et de brancher la prise de courant de telle sorte qu'il soit présent sur la borne marquée N du circuit imprimé. Protégé par le triac, vous n'aurez jamais plus de 20V entre les bornes de la batterie et la terre. Plus simplement, il suffit de vérifier, avec un testeur de phase, que la lampe au néon de celui-ci est bien éteinte lorsque vous touchez l'une des bornes de la batterie.
Coffret - Présentation
Le circuit a été prévu pour s'insérer dans un petit coffret de 60x110x30mm, ni encombrant, ni onéreux. Sa fixation ne pose pas de problème: un trou de 6mm sera utile pour le secteur, deux de 5mm pour les LED. Le compartiment, normalement utilisé pour la pile dans ce coffret, servira à loger le fusible: deux petits trous percés dans la cloison médiane permettront de fixer le porte-fusibles, si l'on choisit un modèle pour circuit imprimé. Le fusible sera inséré, de préférence, dans le - batterie.
Schéma de principe
Pour pallier une augmentation considérable de la tension qui ferait, à coup sûr, passer le circuit intégré de vie à trépas si l'on oublie de brancher une batterie aux bornes de sortie, un triac est placé entre l'anode de D4 et le "-". Sa gâchette est commandée par une diode zener (Z1) de 20V.
Ainsi, même à circuit ouvert, la tension ne pourra dépasser 20V sans provoquer d'échauffement. Bien sûr, les batteries à charger ne doivent pas atteindre cette valeur. La base de temps est constituée par le condensateur C et la résistance R11. La charge du condensateur C est assurée pendant les périodes de repos par la diode D6 connectée à la sortie de l'ampli C. La sortie de ce même ampli commande également, par R5, le transistor T qui, par son émetteur est connecté à la gâchette du triac.
Au niveau de la bascule bistable, rien à dire sur cette fonction au montage classique, sauf l'obligation de la présence d'une très légère réaction, (par R7 pour l'ampli C et R10 pour l'ampli D), imposée par le mode d'alimentation en mono-tension du circuit intégré. Elle est composée des amplis C et D et est commandée respectivement par les entrées directes, l'ampli C par la sortie de l'ampli A et l'ampli D par la sortie de l'ampli B. Le changement d'état ne peut se faire si l'entrée directe de l'ampli opposé présente un plus, cette particularité évite tout arrêt de charge si pendant celle-ci la batterie n'a pas atteint la tension que vous avez réglée. L'arrêt de la charge est provoquée par la mise en conduction du triac Tr lui-même commandé par le transistor T, à ce moment la sortie du condensateur A est court-circuitée et celui-ci se trouve simplement aux bornes du secteur.
La batterie
Une batterie cadmium-nickel chargée au maximum présente, au repos, une tension comprise entre 1,3 et 1,4V par élément (ce point est le départ de la courbe de décharge). Supposons que notre batterie présente une tension inférieure à celle-ci: cette tension est appliquée à l'entrée inverseuse de l'ampli B qui, la comparant après ajustage par P1 à la tension de la diode zener Z3, rend la sortie de l'ampli B positive. Cette tension appliquée à l'entrée directe de l'ampli D rend sa sortie positive également. L'ampli C, deuxième élément de la bascule, présente, lui, un - en sortie. Le transistor T est bloqué, le triac TR ne peut donc conduire qu'à partir du moment où la diode zener Z1 devient conductrice elle-même. La tension de notre batterie étant, de loin, inférieure à 20V, le condensateur A se décharge donc dans celle-ci.
Supposons maintenant que notre batterie, en charge, présente une tension de l'ordre de 1,4V par élément. L'ampli B présente un - en sortie, l'ampli C un + qui va charger le condensateur C par D6 et saturer T. Nous savons que T saturé entraîne la conduction du triac TR annulant la charge. La charge coupée, la batterie se trouve au repos, sa tension baisse. Si celle-ci est inférieure à celle que nous avons réglée, la sortie de l'ampli B devient positive, celle de D également, entraînant celle de C qui devient négative. Nous nous trouvons dans le cas de notre première supposition, mais avec le condensateur C chargé et qui se décharge lentement dans R11. Tant que la sortie de l'ampli A présente un -, la bascule reste en l'état et la charge continue. Mais aussitôt que C est déchargé, la bascule change d'état stoppant ainsi la charge et le cycle se renouvelle jusqu'à ce que la batterie présente, au repos, une tension égale ou supérieure à celle que nous avons réglée.
Réalisation
Le circuit imprimé
l'implantation des composants
Réglage
Il se limite à celui du potentiomètre P1 que vous devrez ajuster en fonction du nombre d'éléments de votre batterie. La tension de la batterie, au repos, devant être comprise entre 1,3 et 1,4V par élément, une batterie de 6V (5 éléments) doit donc, une fois chargée, présenter une tension entre 6,5 et 7V. Supposons que votre batterie soit de 6V, la plus courante, comportant donc 5 éléments, voici comment procéder: aux bornes de la batterie, branchez une alimentation réglable (à 6,8V), branchez votre contrôleur (sensibilité 20V) entre le - de la batterie et la sortie de l'ampli B (le strap qui la rejoint à l'entrée directe de l'ampli D vous aidera), tournez P1 dans le sens horaire jusqu'à l'apparition brusque d'une tension positive. Recommencez plusieurs fois pour bien fixer ce point .
Ces opérations doivent être effectuées sans que le secteur soit branché: débranchez votre alimentation, branchez la batterie, branchez le secteur. Observer le comportement du chargeur en repérant la tension de reprise des charges successives (elles doivent s'opérer à 6,8V) et rectifiez s'il y a lieu. Attention, les arrêts automatiques de charge ne se produisent qu'en fin de charge. Il reste à contrôler la charge de compensation que doit effectuer le condensateur B par R2 et L1 de façon à laisser vraiment la batterie au repos. Pour cette vérification, il faut brancher un milliampèremètre en série avec la batterie. L'intensité pendant les périodes de charge doit se situer autour de 60 mA et pendant les arrêts en fin de charge aucun débit ne doit se manifester. Si ce n'est pas le cas, augmentez la valeur de R2 si le débit est positif, la diminuer s'il est négatif. Sa valeur se situe à environ 47 k (la précision absolue n'est pas indispensable).
Sécurité--------
Coffret - Présentation
Le circuit a été prévu pour s'insérer dans un petit coffret de 60x110x30mm, ni encombrant, ni onéreux. Sa fixation ne pose pas de problème: un trou de 6mm sera utile pour le secteur, deux de 5mm pour les LED. Le compartiment, normalement utilisé pour la pile dans ce coffret, servira à loger le fusible: deux petits trous percés dans la cloison médiane permettront de fixer le porte-fusibles, si l'on choisit un modèle pour circuit imprimé. Le fusible sera inséré, de préférence, dans le - batterie.
Publie sue Magazine Electronique Pratique N°211 - Février 1997
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