Моделист конструктор зарядное устройство
Обновлено: 29.04.2024
Практически каждый автолюбитель рано или поздно сталкивается с необходимостью подзарядки аккумуляторной батареи стационарным зарядным устройством (СЗУ). Причин тут множество – частые пуски, короткие поездки, длительные стоянки. Но для того чтобы батарея служила долго, она должна не только быть постоянно заряженной, но и правильно заряжаться. В этой статье мы рассмотрим несколько схем регуляторов зарядного тока. Ведь этот узел – неотъемлемая часть любого «правильного» СЗУ.
Простые зарядные устройства с ручной регулировкой
Начнем с простых устройств, позволяющих вручную регулировать параметры зарядки. Поскольку большинство аккумуляторных батарей легковых автомобилей имеет емкость не более 100-120 Ач, зарядного устройства, обеспечивающего ток до 10 ампер, будет вполне достаточно.
Простой регулятор с балластными конденсаторами
Сделать такое зарядное устройство, не имеющее дефицитных деталей, сможет каждый, умеющий пользоваться мультиметром и держать в руках паяльник. Взглянем на схему, приведенную ниже.
Схема простого зарядного устройства с балластными конденсаторами
Устройство состоит из понижающего трансформатора Tr1, мощного выпрямителя, собранного на диодах VD1-VD4 и набора конденсаторов разной емкости С1-С4. Каждый из конденсаторов может включаться в цепь питания трансформатора при помощи отдельного выключателя S2-S4. Емкости конденсаторов подобраны так, что каждый последующий обеспечивает выходной ток ЗУ вдвое больший, чем предыдущий.
В зависимости от номинала и количества подключенных конденсаторов будет изменяться выходное напряжение, а значит, и зарядный ток. Комбинируя конденсаторы выключателями S2-S4, можно изменять зарядный ток от 1 до 15 А с шагом 1 А, что более чем достаточно для зарядки любой АКБ.
Напряжение на клеммах аккумуляторной батареи, подключенной к клеммам XS2, XS3, можно контролировать при помощи вольтметра PU1. Величину зарядного тока покажет амперметр PA1. Выключателем питания служит тумблер S1.
В конструкции можно использовать любой сетевой трансформатор (можно самодельный), обеспечивающий ток не менее 10 А при выходном напряжении 22-24 В. Диоды Д305 можно заменить на любые выпрямительные, рассчитанные на прямой ток не менее 10 А и выдерживающие обратное напряжение не ниже 40 В. Диоды выпрямительного моста необходимо установить на изолированные друг от друга радиаторы с площадью рассеяния не менее 100 см 2 каждый.
Важно! Если полупроводники будут устанавливаться на один общий радиатор, то это нужно делать через изолирующие слюдяные прокладки. При этом рассеиваемая площадь радиатора выбирается не менее 300 см 2 .
Конденсаторы C2-C4 – неполярные, бумажные, рассчитанные на рабочее напряжение не ниже 300 В. Подойдут, к примеру, МБГЧ, МБГО, КБГ-МН, МБМ, МБГП, которые широко использовались в качестве фазосдвигающих для асинхронных двигателей бытовой техники. На месте PU1 может работать любой вольтметр постоянного тока с пределом измерения 30 В. PA1 – амперметр с пределом измерения 20-30 А, в качестве которого удобно использовать любой микроамперметр с соответствующим шунтом.
С плавной регулировкой тока зарядки
Следующая схема сложнее, где в качестве регулирующего элемента использует тиристор. Преимущество данной конструкции – плавная регулировка выходного напряжения, а значит, и зарядного тока. Диапазон регулировки – 0-10 А. Принцип работы СЗУ – фазоимпульсное управление ключом (тиристором).
Как только конденсатор зарядится до определенной величины, откроется аналог однопереходного транзистора, собранный на элементах VT1, VT2. Конденсатор быстро разрядится через управляющий электрод тиристора, последний откроется и будет находиться в таком состоянии до окончания этой полуволны. При появлении следующей процесс повторится.
Таким образом, при каждой полуволне тиристор будет открываться с той или иной задержкой (зависит от времени заряда конденсатора С2), отсекая передний ее фронт. Чем большая часть полуволны будет отсечена, тем меньшее действующее напряжение будет приложено к клеммам аккумулятора, а значит, и зарядный ток будет ниже.
Амперметр PA1 – любой с током полного отклонения 10 А. Вместо мощных выпрямительных диодов Д245 подойдут любые из серий КД213, КД203, Д245, КД210, Д242, Д243, выдерживающие ток не менее 10 А и обратное напряжение на ниже 50 В. Их необходимо установить на радиаторы площадью не менее 100 см 2 . Тиристор КУ202В можно заменить на КУ202Г-Е и даже на Т-160 или Т-250. Он тоже устанавливается на радиатор.
Полезно! Если выходное напряжение трансформатора несколько выше 22 В (скажем, 24-28 В), то можно использовать и его. Единственное, при этом необходимо номинал резистора R5 увеличить до 200 Ом.
С зарядкой ассиметричным током
Это зарядное устройство имеет предел регулировки тока от 0 до 10 А и производит зарядку ассиметричным током, при котором определенное время батарея заряжается, а остальную часть – разряжается током около 600 мА. Это существенно продлевает жизнь АКБ и предотвращает сульфатацию.
Здесь регулировка зарядного тока производится по высокому переменному напряжению при помощи симметричного тиристора (симистора). Принцип регулировки тот же, что и в предыдущей схеме, – фазоимпульсное управление. Но схема регулятора выглядит и работает несколько иначе.
В начале положительной полуволны зарядка конденсатора С2 происходит через резистор R3 и диод VD1 диодного моста VD1-VD4. Как только конденсатор зарядится до напряжения зажигания газоразрядной лампы HL1 (время зарядки зависит от положения движка переменного резистора R1), последняя зажжется. Конденсатор быстро разрядится через управляющий электрод симистора, и он откроется, подавая напряжение на сетевую обмотку понижающего трансформатора Т1.
В таком состоянии симистор будет находиться до окончания полупериода. При отрицательной полуволне конденсатор будет заряжаться через резистор R5 и диод VD2. При этом полярность напряжения будет противоположной предыдущей. Снова разряд в лампе, тиристор открывается, пропуская на обмотку уже отрицательную полуволну.
Любопытно! Резисторы R3 и R5 исполняют еще одну немаловажную роль. Они попеременно через диоды VD3 и VD4 шунтируют сетевую обмотку трансформатора. Это предотвращает закрывание симистора сразу после короткого открывающего импульса на время, пока ток в обмотке Т1, являющейся индуктивной нагрузкой, не установится выше тока удержания симмитричного тиристора.
Пониженное напряжение, величина которого зависит от положения движка R1, выпрямляется диодами VD5, VD6 и подается на клеммы аккумуляторной батареи, производя ее зарядку выбранным нами током. После закрытия симистора и до следующего его открытия батарея разряжается через нагрузочный резистор R6, обеспечивающий разрядный ток порядка 600 мА.
Зарядный ток можно контролировать при помощи амперметра PA1, прибор PV1 показывает напряжение на клеммах АКБ.
Важно! Устанавливая величину зарядного тока по амперметру, необходимо учитывать и ток (600 мА), протекающий через резистор R6. То есть, если мы установим на приборе 6 А, фактический зарядный ток, протекающий через АКБ, будет составлять 6 – 0.6 = 5.4 А.
О деталях. В качестве сетевого подойдет любой трансформатор соответствующей мощности (выдаваемый ток не менее 10 А) с выходным напряжением 20 В и отводом от середины. Если вторичная обмотка не имеет отвода от середины, то можно использовать выпрямитель, собранный по мостовой схеме. Диоды VD5, VD6 – любые мощные выпрямительные на ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 40 В.
VD1-VD4 можно заменить на любые выпрямительные, выдерживающие ток не менее 200 мА и напряжение 300 В. Конденсаторы С1, С2 – пленочные или бумажные, неполярные. Симистор можно заменить на КУ208В. Амперметр PA1 имеет предел измерения 15-20 А, вольтметр PV1 – 20 В. Мощные выпрямительные диоды VD5, VD6 и симистор VS1 необходимо установить на радиаторы. При этом диоды можно установить на общий радиатор без изолирующих прокладок. Диоды VD1-VD4 в радиаторе не нуждаются.
Схемы регуляторов тока на микросхемах
Выше мы рассмотрели несколько схем зарядных устройств с ручной регулировкой. Основной их недостаток – отсутствие стабилизации. В процессе зарядки АКБ ток через нее уменьшается, а это значит, что придется постоянно контролировать и подстраивать этот параметр. Но построить стабилизированный источник питания ненамного сложнее. Для начала несколько схем регулятора тока для зарядного устройства со стабилизацией, которые можно использовать для построения стационарных ЗУ.
Стабилизатор
Эта схема позволяет заряжать шести- и двенадцативольтовые батареи током одной, заранее установленной стабильной величины до 10 ампер.
Стабилизатор тока для зарядного устройства
Сердцем узла является интегральный стабилизатор напряжения, включенный по схеме токовой стабилизации. Величина зарядного тока будет зависеть от номинала резистора R4, который можно рассчитать по формуле:
I = 1. 2/R ,
- I – необходимый зарядный ток в А;
- R – номинал резистора R4 в Ом.
Поскольку сама по себе микросхема КР142ЕН12А маломощная, для обеспечения большей мощности используются транзисторные ключи T1 и T2, включенные параллельно. Резисторы R1 и R2 – токовыравнивающие. Они компенсируют разброс параметров транзисторов.
Несмотря на токовыравнивающие резисторы желательно подбирать транзисторы с как можно более близкими коэффициентами передачи.
Резисторы R1, R2, R4 изготавливаются из отрезков обмоточного провода необходимой длины, которые для большей компактности свернуты в спираль. Транзисторы VT1 и VT2 можно установить на один общий радиатор без изолирующих прокладок. Площадь рассеяния радиатора – 300 см 2 . Если на место R4 установить мощный реостат сопротивлением 0.8 Ом, то легко получить регулируемый стабилизатор.
Регулятор-стабилизатор
Эта схема является регулируемым стабилизатором и в отличие от предыдущей имеет более высокий КПД, поскольку рассеиваемая мощность на токозадающем резисторе намного меньше из-за его низкого сопротивления.
Узел собран на операционном усилителе LM358 и полевом транзисторе IRFZ44. Регулировка зарядного тока производится при помощи переменного резистора R3. Резистор R5 является токозадающим.
При указанных на схеме номиналах R5 регулировка будет производиться в диапазоне 0 … 8 А. Если необходимы большие величины, то номинал резистора нужно уменьшить.
На месте T1 может работать транзистор STP55NF06, стабилитрон 1N4734A заменим на любой маломощный с напряжением стабилизации 5.6 В. Отечественные аналоги микросхемы LM358 – КР1401УД5, КР1053УД2, КР1040УД1. Полевой транзистор устанавливаем на радиатор.
Регулятор тока и напряжения
Регулятор напряжения собран на транзисторах Т1 Т2 и регулируемом стабилитроне D1 по схеме обычного параметрического стабилизатора. Величина выходного стабилизированного напряжения регулируется при помощи переменного резистора P1. Стабилизатор-регулятор тока выполнен на интегральном стабилизаторе напряжения DD1 и мощном полевом транзисторе T3. Регулировка осуществляется при помощи переменного резистора P2. Схемы обоих узлов классические и особых пояснений не требуют.
Единственное, скажем пару слов о назначении светодиодов Led1 и Led2. Они служат для индикации правильного подключения СЗУ к аккумуляторной батарее. Если полярность верная, то загорится индикатор Led1: можно подключать зарядное устройство к сети и начинать зарядку. Если полярность перепутана, то загорится Led2. Пока прибор не включен в сеть, ему ничего не грозит. Просто меняем полярность на правильную.
Полезно! Зарядка батареи производится следующим образом. Резистором P1 устанавливаем конечное напряжение зарядки (14.5 В), резистором P2 – начальный ток заряда (0.1 от емкости батареи). В процессе зарядки АКБ напряжение на ее клеммах будет увеличиваться, и как только оно достигнет установленного нами значения, ток зарядки упадет до 100-200 мА, процесс закончен.
В устройстве вместо моста KBPC2510 можно использовать любые мощные выпрямительные диоды (VD1-VD4), выдерживающие ток не менее 15 А и обратное напряжение 50 В. Транзистор TIP35C можно заменить на КТ867А, TIP41С – на КТ805 или КТ819. Диоды и транзисторы нужно установить на радиаторы площадью не менее 100 см 2 каждый. Если используется мост, то он тоже должен иметь радиатор. Аналоги управляемого стабилитрона TL431 – КР142ЕН19А, К1156ЕР5Т, KA431AZ, LM431BCM, HA17431VP, IR9431N.
Интегральный стабилизатор напряжения L7812CV заменим на LM7812CT, UA7812CKC KA7812A, MC7812CT, КР142ЕН8Б. Полевой транзистор IRFP250 можно заменить на IRFP260. Ему тоже нужен радиатор. Светодиоды – любые индикаторные, желательно разного цвета свечения.
Подведем итоги
Итак, мы выяснили, что схем, позволяющих регулировать параметры зарядки аккумуляторной батареи, немало. Сложные и простые, с широким функционалом и просто стабилизаторы – выбирать есть из чего. Ну а тем, кого не удовлетворила, надо признать, довольно скромная подборка конструкций, можно рекомендовать статью «как сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками» и несколько роликов по теме.
Простое зарядное устройство
Зарядное устройство из готовых узлов
Зарядное устройство с автоматическим отключением
Спасибо, помогло! 50
Что такое контроллер заряда TP4056 — как пользоваться и что с ним можно сделать
Как защитить блок питания от КЗ и перегрузок
Обзор зарядного устройства Вымпел 20 производства Орион
Как произвести десульфатацию пластин аккумулятора
Как сделать самодельный регулируемый блок питания – подборка схем
Здравствуйте Алексей! Зашёл я на сайт и увидел схемы выложенные Вами, они мне понравились, особенно первая, по простоте исполнения, на конденсаторах! Но решил я сделать последнюю, на IRPF250! Купил всё, что надо, начал собирать и упёрся в недоумение, так-как электронщик с меня никакой и понимание процессов у меня на уровне 2+. Я не пойму как мне впаивать L7812cv, по схеме 1 ножка на минусе, а это вход, 2 минус, идёт на резистор, а 3 выход и я в ступоре! Там ошибка или я тупой. Если можно ответьте пожалуйста!
Просто схемотехническое решение немного непривычное – стабилизатор напряжения работает в стабилизаторе тока.
1 ножка – это не вход, вход 3 ножка.
выход вторая а 1 – общий.
Здравствуйте! Спасибо за ответ, я смотрю и на схемах исправили! Просто я всю жизнь водителем работал и для меня схемотехническое решение непонятное, это как включить правый сигнал поворота, а повернуть на лево, ты в норме, а те кто сзади тебя, в шоке. Ещё раз спасибо, буду дальше собирать.
Здравствуйте, в последней схеме у меня жутко греется Т2, повесил нагрузку в виде лампочки 21ватт и через несколько секунд радиатор стал градусов 50. Поменял его, но проблема не ушла. Не могу найти причину
Попробуйте проверить T1 и R1, может быть слишком большой ток базы? В любом случае будет греться, это же линейный регулятор.
Как известно, стоимость гальванических элементов существенно возросла. Поэтому многие владельцы переносной радиоаппаратуры начинают использовать аккумуляторы. А их необходимо своевременно и правильно заряжать. Конечно, когда используемой аппаратуры немного (да к тому же вся она однотипная), проблемы с зарядкой нет. Ведь обзавестись добротным зарядным устройством (ЗУ) для возобновляемого источника электроэнергии в одной-единственной «радиопищалке» гораздо проще, чем, скажем, обеспечить жизнеспособность и фонарику (а в нем 2хД-0.55С), и всеволновому приемнику (5хД-0,26Д), и тестеру (ЗхД-0,06). Вдобавок следует учесть, что предлагаемые рынком ЗУ в большинстве своем дороги, не очень надежны, рассчитаны только на определенный тип аккумуляторов и строго фиксированное число элементов.
Свойственны таким устройствам и другие недостатки. В частности, перед зарядкой аккумуляторы необходимо извлечь из аппарата, в котором они установлены, а после проделать обратную процедуру, избегая «переполюсовки» или короткого замыкания.
Учитывая это, хочу поделиться техническим решением, способным, как говориться, разрубить гордиев узел проблем и унифицировать зарядку аккумуляторов для всей переносной аппаратуры, имеющейся в квартире. Надо лишь собрать на базе трансформатора ТВК-110/1 самодельное ЗУ «Стандарт», имеющее следующие параметры:
Емкость заряжаемых аккумуляторов, А • ч……..0,03 — 3
в батарее, шт………………….1 — 8
зарядки, В…………………….16 — 17
Устройство состоит из собственно ЗУ, зарядного кабеля с двумя штекерами (соединены одноименными контактами), применяемыми обычно в 9-вольтных блоках питания (БП), и ответной (заряжаемой) части. Все здесь просто и понятно даже новичку.
Электронный узел, собранный на транзисторе VT1, — индикатор зарядки. Он позволяет предотвратить неприятную ситуацию, когда время потрачено, а зарядка не произошла из-за плохого контакта в батарее или разъеме.
При протекании зарядного тока на резисторе R3 возникает падение напряжения. Диод VD5 «обрезает» его на уровне 0,6 В. При этом в цепи базы течет открывающий VT1 ток, ограниченный резистором R2. Работает светодиод HL1, яркость свечения которого остается постоянной во всем диапазоне зарядных токов.
Диоды выпрямительного моста — любые полупроводниковые. Главное, чтобы они были рассчитаны на рабочий ток не ниже 0,3 А. А вот VD5 — обязательно кремниевый (тип указан на схеме).
Самодельное зарядное устройство «Стандарт»:
а — электронный блок; б — соединительный кабель с двумя штекерами на концах; в — ответная (зарядная) часть с аккумуляторной батареей, которую не придется вынимать из корпуса потребителя.
В качестве VT1, как показывает практика, отлично работают не только МП40А, но и полупроводниковые триоды серий МП25, МП26, ГТ403. Вполне заменяем и трансформатор Т1. Вместо указанного на схеме ТВК-110Л (телевизионный, от лампового каскада кадровой развертки) можно использовать любой другой (в том числе и «силовик»), способный обеспечить нагрузку необходимыми напряжением и током.
Следующая особенность рассматриваемого ЗУ напрямую связана с используемым трансформатором. Дело в том, что среди са-модельщиков довольно популярны блоки питания на тех же ТВК-110Л, разработанные монгольскими школьниками и опубликованные в ряде журналов (например, «Радио» № 5 и 6 за 1981 г.) и в брошюре «В помощь радиолюбителю». Так вот, владелец подобного БП может и не собирать новое универсальное ЗУ, а дополнительно оснастить уже имеющийся блок необходимыми цепями. При этом разъем рекомендуется установить прямо на радиаторе регулирующего транзистора П213 (опять-таки без изоляции корпуса-скобы от площадки крепления гнезда).
И, наконец, ответная(зарядная) часть предлагаемого технического решения. Главная «изюминка» здесь в том, что элементы, определяющие режим зарядки, устанавливаются не в ЗУ, а в самом аппарате-потребителе электроэнергии. В простейшем случае это разъем и токоограничивающий резистор. Место для таких элементов найдется даже в самом миниатюрном аппарате.
Расчет требуемого резистора ведется (с округлением до ближайшего номинала) по формулам:
где: N — число элементов в аккумуляторной батарее (шт.), С — емкость батареи (А*ч), Я — сопротивление резистора (Ом), Р — номинальная мощность рассеивания (Вт).
Те, кому предстоит рассчитывать сразу несколько зарядных устройств, могут воспользоваться микрокалькулятором БЗ-34 и приведенной ниже программой.
При расчете следует ввести: число элементов, B1, емкость батареи А*ч, С/П| (например, для батареи 7Д-0,125 это будет как 7 [Вт 0.125[С/П).
После окончания расчета на индикаторе микрокалькулятора высветится искомое сопротивление резистора. А мощность (в регистре У) извлекается клавишей |«-»|.
Усовершенствованный индикатор зарядного тока.
При наличии семи элементов в батарее желательно (а при восьми — обязательно) вместо резистора впаять в схему стабилизатор тока (выполненный, скажем, на полевом транзисторе). В противном случае из-за возрастания напряжения зарядки ток значительно упадет.
Правила пользования ЗУ «Стандарт» просты. Не думая ни о каких полярностях, токах и напряжениях, соединив с потребителем при помощи кабеля, включают устройство в сеть и ставят аккумуляторы на зарядку. Время зарядки 12—15 ч (для полностью разряженного источника электропитания).
Желающие могут сделать свое ЗУ еще эффективней, заменив рассмотренный индикатор зарядного тока на более совершенный. Сигнал о работе схемы здесь уже подает не светодиод АЛ307ГМ, а специальная сборка АПС331: в отсутствие зарядного тока — красный, при наличии — зеленый.
Известно, что в процессе эксплуатации автомобильных аккумуляторных батарей необходимо время от времени делать профилактические зарядно-разрядные циклы, чтобы предотвращать сульфатацию пластин и тем самым увеличивать срок их службы. Существует и немало устройств, в том числе самодельных (см. журнал «Моделист-конструктор» № 9— 11 ’01), посредством которых аккумулятор вначале разряжается до 10,5 В током 1/20 от его емкости, а затем напряжение на его клеммах доводится в ходе зарядно-разрядного цикла до 14,2—14,5 В. И соотношение зарядно-разрядной составляющих тока здесь в большинстве своем поддерживается чуть ли не идеальное — как 10:1, а длительностей импульсов заряд-разряд — как 3:1, но…
Меня (да, наверное, и многих других автолюбителей, не говоря уже о профессионалах) не могут удовлетворять массивность трансформаторов и крупногабаритность радиаторов, присущих конструкциям данных устройств. Похоже, что миниатюризация и иные черты прогресса, бурно проявляющиеся, скажем, в телевизионной и компьютерной технике, почти не угадываются в той аппаратуре, которую отечественный рынок выдает за «современную разрядно-зарядную, десульфатизирующую».
Отчаявшись найти готовую разработку с нужными мне параметрами, создал свою. Ее основные характеристики: ток заряда регулируется переменным резистором, выведенным на лицевую панель, в интервале от 2,5 до 7 А. Значит, требуемая зарядно-разрядная составляющая 1:10 может легко устанавливаться для большинства из эксплуатируемых аккумуляторов. Ток разряда фиксированный, равный 2.5 А (определяется электрическими параметрами лампы EL2). Ну а ток разряда в режиме десульфатации составляет 0,65 А (зависит от лампы EL1).
Время заряда равно 17 с, а разряда — 5 с. То есть соотношение длительности импульсов заряд-разряд приблизительно соответствует рекомендуемому 3:1. Однако этот параметр можно изменять подбором резисторов R35 и, соответственно, R36. Потребляемая мощность зависит от устанавливаемого тока заряда и равна примерно 30—90 Вт. Юстировка пороговых компараторов осуществляется подстроечными резисторами: R34 — нижний предел (10,5 В) и R31 — верхний предел (14,5 В). Устройство питается от аккумулятора и от бытовой энергосети напряжением 180—250 В.
Когда переключатель SB2 находится в положении ЗАРЯД (см. принципиальную электрическую схему), контроль за аккумулятором отсутствует, разряд невозможен. В этом режиме при включенной сетевой кнопке SB1 блок работает как обычное зарядное устройство с регулировкой зарядного тока. С установкой переключателя SB2 в режим ДЕСУЛЬФАТАЦИЯ осуществляются поочередная зарядка и разрядка аккумулятора.
При нажатии на кнопку ПУСК (SB3) происходит первоначальная разрядка током 2,5 А до напряжения 10,5 В, а затем — зарядка десульфатирующим способом до напряжения 14,2—14,5 В, после чего устройство, находясь в режиме ОДНОКРАТНО, автоматически отключается. Если же кнопочный переключатель SB4 находится в положении МНОГОКРАТНО, процесс разрядки-зарядки повторяется сколь угодно, что является необходимейшим условием для «лечения» аккумулятора.
«Стандартное» электропитание (220 В, 50 Гц) устройства осуществляется через плавкий предохранитель FU1 и фильтр L1C1C2, предотвращающий от проникновения радиопомех в сеть. Поступающее переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1—VD4 и сглаживается конденсаторами С4, С5. Присутствие резистора R2 диктуется необходимостью ограничивать ток во время зарядки конденсаторов. Оптроном VU1 контролируется наличие напряжения в сети или, когда оно отсутствует, обеспечивается блокировка (по выв.9 логического элемента DD2.3) режима разряда аккумулятора.
Далее. Если подсоединить аккумулятор, то на выв.3 двухпорогового компаратора DA2 установится напряжение высокого уровня (логическая «единица»). Значит, откроется полупроводниковый триод VT6 и засияет светодиод HL1 ИНДИК. ЗАРЯДА. А низкий уровень (логический «нуль»), появившийся на коллекторе этого транзистора, поступит на выводы 9 DD1.3 и 13 DD1.4 и обеспечит тем самым разблокировку низкочастотного генератора. Скважность импульсов предопределят величины сопротивлений резисторов R36 (заряд) и R35 (разряд), а частоту — номинал емкости С18.
Принципиальная электрическая схема импульсного автоматического разряднозарядного устройства
На выв.10 логического элемента DD1.3 во время заряда аккумулятора устанавливается лог.1, блокируя транзистором VT3 высокий порог (14,2 В) компаратора DA2. Использование данного алгоритма обуславливается тем, что сравнение с поименованным выше порогом должно происходить только в режиме разряда, чтобы не допускать срабатывания компаратора с недозаряженным аккумулятором. Тот же высокий уровень через оптрон VU2 и транзистор VT1 запускает преобразователь напряжения.
В момент разряда появляется на выв. 10 DD1.3 напряжение низкого логического уровня. Это создает благоприятные условия для блокировки преобразователя, а также для установления лог.1 на выв.11 DD1.4. В результате срабатывает электронный ключ, собранный на транзисторах VT4, VT5, и происходит разряд аккумулятора через лампу накаливания EL1. Завышенные электрические параметры последней (24 В, 21 Вт) предотвращают ее преждевременное перегорание.
Нажатие на кнопку SB3 ПУСК приводит к установлению напряжения низкого логического уровня на выходе компаратора (выв.3 DA2). Транзистор VT6 при этом закрывается; блокируется генератор, собранный на ИМС DD1, а также электронный преобразователь напряжения; устанавливается лог.1 на выв.3 RS-триггера, включающего в себя ячейки DD2.1, DD2.2 микросхемы К561ЛА7. И если сетевое напряжение присутствует, то на входах логического элемента DD2.3 — лог. 1 и, соответственно, на выходе DD2.4— напряжение высокого уровня. Последнее вызывает срабатывание транзисторного ключа (VT7, VT8). В результате начинают светиться полупроводниковый HL2 ИНДИК. РАЗРЯДА и лампа накаливания EL2 (12 В, 30 Вт); аккумулятор разряжается до напряжения 10,5 В. Затем срабатывает «низкий» компаратор (DA2 с резисторами R33, R34), на выходе которого устанавливается вновь лог.1, повторяя тем самым цикл заряда.
При достижении напряжения 14,2 В срабатывает «высокий» компаратор (DA2 с резисторами R31, R32). И если кнопочный переключатель SB4 находится в положении ОДНОКРАТНО, то светодиод HL2 гаснет, а устройство устанавливается и работает в ждущем режиме. Но когда SB4 — в положении МНОГОКРАТНО, тогда аккумулятор вновь включится на заряд и контрольно-тренировочный цикл будет повторяться сколь угодное число раз.
Емкости С19, С20 необходимы для защиты от помех, а также для некоторой задержки срабатывания компараторов при переходных процессах. Электронный стабилизатор DA3 необходим для защиты микросхем при кратковременном пропадании контакта на клеммах аккумулятора, так как напряжение на выходе преобразователя в режиме холостого хода увеличивается до 25 В.
Топология монтажных плат I и II (масштабное изображение со стороны радиодеталей и со стороны печатных проводников)
Для улучшения эксплуатационных характеристик устройства (в том числе снижения его массы до 900 г и доведения размеров корпуса до минимальных 80x80x150 мм) рекомендуется ввод дополнительного субблока в конструкцию, с установкой малогабаритного вентилятора. Это своего рода мини-система принудительного охлаждения для данной аппаратуры, обеспечивающая должную надежность мощным полупроводниковым приборам даже при использовании малогабаритных радиаторов: дюралюминиевой пластины 80x65x5 мм — для VD9 и VD10, а ребристого теплоотвода, укороченного до 30x22x15 мм — для VT2. Остальная «электроника» устройства, включая транзисторы VT5 и VT8, безотказно работает в допустимых режимах и без каких бы то ни было радиаторов.
Теперь о других особенностях конструкции. В преобразователе применены самодельные дроссели и трансформатор. Обмотка L1 — это 15—20 витков на феррите Н2000НМ К20х16х6 в два провода НГТФ-0,25. В качестве магнитопровода для Т1 использован феррит Ш11,5×14,5 от дросселей строчной развертки, уже отработавших свое в телевизорах УПИМЦТ. Обмотки, разумеется, нужны новые. I и II выполнены в два, а III — в семь проводов. То есть первичная обмотка у Т1 должна содержать в себе 91 виток (ПЭВ2-0,5х2), вторичная — четыре витка того же провода. А в качестве последней, третьей обмотки нужно лишь девять витков (ПЭВ2-0,6х7).
Качеству намотки следует уделить особое внимание. Витки должны быть уложены аккуратно, без перехлестов; между рядами необходимо проложить бумагу. Если последний ряд какой-либо обмотки грозит оказаться заполненным не до конца, то надо распределить оставшиеся витки равномерно.
Чтобы впоследствии не возникало путаницы, нелишне сразу же пометить начало и конец каждой из обмоток. Но можно воспользоваться следующей, хорошо зарекомендовавшей себя на практике методикой. Особенно, когда время для пометок, казалось бы, упущено и трансформатор уже готов к установке в ту или иную конструкцию.
На первичную обмотку следует подать контрольное напряжение с низкочастотного генератора (10—15 В, 5—15 кГц). Произвольно приняв за «начала» и «концы» остальные выводы, цифровым вольтметром в режиме работы в цепях переменного тока находят истинные обмотки и фиксируют значение и для каждой из них.
Затем к концу первичной обмотки временно подключают вторичную. Замеряют напряжение относительно заведомо известного начала «первички» и неприсоединенного «конца» исследуемой пары выводов.
Если прибор фиксирует в данном эсперименте возросшее значение и, то временно подключенный вывод и есть истинное начало, а подсоединяемый (бывший ранее свободным) — конец обмотки. И наоборот, заниженное напряжение свидетельствует о том, что принятые произвольно наименования исследуемой пары выводов необходимо поменять на их антиподы. Аналогичным же образом определяют начало и конец третьей обмотки.
Во время сборки трансформатора надо предусмотреть фиксированный зазор 1,3 мм, проложив между магнитопроводом и «симбиозом» бескаркасных обмоток кусочки картона. В качестве измерителя тока рекомендуется использовать стрелочный М4761 (им оснащались когда-то катушечные магнитофоны) с самодельным шунтом R26 — отрезком нихромового провода (диаметр 2 мм, а длина — исходя из требуемого сопротивления 0,1 Ом). Перед монтажом такой прибор необходимо аккуратно вскрыть и сместить стрелку в середину шкалы, чтобы потом, в ходе работы устройства была возможность наблюдать как заряд, так и разряд аккумулятора.
Самодельное устройство выглядит не хуже промышленного:
1,2 — клеммы; 3 — стрелочный индикатор разряда-заряда; 4 — кнопка включения устройства в бытовую сеть; 5 — кнопка ПУСК; 6 — переключатель ОДНОКРАТНО-МНОГОКРАТНО; 7 — переключатель ЗАРЯД-ДЕСУЛЬФАТАЦИЯ; 8 — ручка регулятора ТОК ЗАРЯДА; 9 — светодиод ИНДИК. РАЗРЯДА; 10 — светодиод ИНДИК. ЗАРЯДА; 11 — вентилятор системы принудительного охлаждения; 12 — монтажная плата II; 13 — пластина охлаждения и радиатор; 14 — отсек ламп накаливания; 15 — монтажная плата I
Примененные в конструкции диоды в большинстве своем — типа КД226 с любым буквенным индексом в конце наименования. В качестве VD8 рекомендовано использование КД206Д или аналога, рассчитанного на напряжение 600—800 В, прямой средний ток силой 1,7 А и частоту не менее 30 кГц. Диоды VD9, VD10 в авторском варианте — КД213А (КД213Б). Но, как показала практика, их для большей надежности желательно заменить диодами Шоттки КД2997А (КД2997Б) или КД2999А (КД2999Б).
Оптроны VU1, VU2 типа АОТ127. Важно, чтобы напряжение изоляции было не ниже 500 В. Вместо транзисторов КТ315, указанных на принципиальной электрической схеме, приемлемы любые из серий КТ312, КТ316, КТ3102, рассчитанные на работу в устройствах с напряжением 30 В. Транзистор VT5 — КТ801А (КТ801Б), другие типы полупроводниковых триодов здесь нежелательны. А вот на месте VT8 приемлем КТ819 с любым буквенным индексом в конце наименования.
Устройство собрано на двух печатных платах 111x75x2 мм из двусторонне фольгированного текстолита или гетинакса. Жесткая их фиксация в корпусе достигнута посредством алюминиевого уголка — к передней панели, а с помощью пластины охлаждения и радиаторов — к стенкам прочного металлического корпуса, имеющего в верхней части вентиляционные отверстия, а сзади — отсек под лампы накаливания. Все располагается так, чтобы захваченный сверху воздушный поток обдувал радиатор транзистора VT2, резисторы R20—R22, проходил через отверстия пластины-радиатора диодов VD9, VD10, охлаждая сами вентили, а затем — и лампы накаливания EL1, EL2, после чего беспрепятственно покидал бы блок в задней его части.
Если монтаж выполнен в строгом соответствии с принципиальной электрической схемой и из заведомо исправных радио-деталей, то устройство, как правило, начинает работать сразу. Однако пренебрегать юстировкой пороговых компараторов в большинстве случаев, думается, не стоит. Да и алгоритм выполнения такой операции довольно прост.
Вначале вывертывают из патронов лампы накаливания EL1 и EL2 (чтобы снизить нагрузку) и подсоединяют к регулируемому блоку питания клеммы устройства, выведенные на лицевую панель. Выставив на блоке питания 10,5 В, подстроечным резистором R34 добиваются появления свечения HL1 — ИНДИК. ЗАРЯДА. Затем устанавливают напряжение 14,2 В, и регулировкой «подстроечника» R31 достигают того момента, когда HL1 выключится. После этого ввинчивают в патроны лампы накаливания (EL1, EL2) и… Импульсное автоматическое разряднозарядное устройство можно с полным основанием считать настроенным и готовым к надежной работе!
Сейчас приходится сидеть дома. Скучно. Освободился корпус с силовым трансформатором. Размышляя, что с ним сделать, решил сделать давний проект. Хоть у меня и есть подобное устройство, но сделаю еще. Делать буду зарядное устройство для свинцовых аккумуляторов. Такой себе вариант «из того что есть».
Схема
Комплектующие
- - детали по схеме;
- - Амперметр;
- - диодный мост;
- - тиристор;
- - корпус;
- - трансформатор;
- - инструменты.
Диодный мостик был готовый, собран из 4-х диодов Д242Б. Установлены диоды через изоляцию. Можно крепить прямо к корпусу.
Тиристор КУ202Е. Установил на радиатор, площадь не считал, но сильно греться не должен. Можно установить любой из данной серии.
Плату изготовил по методу ЛУТ. Чуть перетравились некоторые места, подправлю припоем. Плату в формате lay6 прилагаю.
Амперметр на 20 Ампер. Был двухполярный, особой разницы нет. Нужно установить «О», у меня он чуть расстроен.
Сборка
На плате просверлил отверстия. Сверлил диаметром 1.2 мм. Радиокомпоненты подобрал, на фото не все. Все по списку. Пойдут любые резисторы на 0.125 Вт, проверено, не греются. R5 на 2 ватта.
Радиатор с тиристором я прикрутил к отрезку пластика. Теперь он изолирован. Прикручу пластину через стойки в корпусе. Плату буду крепить на шпильку трансформатора. Для крепления вырезал скобу. В скобе сделал пропил для конденсатора.
Разметил переднюю панель, вырезал отверстия под элементы управления.
Регулировочный резистор у меня на 25 кОм.
Подключил аккумулятор и проверил регулировку тока. Кратковременно выдает 15 ампер, тиристор у меня на 10 Ампер. Так что не переусердствуем.
Такое вот зарядное устройство получилось. По мере заряда ток падает. Аккумулятор заряжен, когда ток равен нулю.
Смотрите видео
Именно ОТКЛЮЧЕНИЕ, с контролем нижнего и верхнего порога напряжений аккумулятора и желательно - температуры его корпуса. А не всякие там "плавное снижение тока" или отключение зарядного тока по таймеру. Такими функциями можно дополнять любое ЗУ, но считать это "автоматическим отключением" - нельзя. Человек склонен к забывчивости, поэтому оставленное на сутки зарядное устройство не должно повредить аккумулятор перезарядом или наоборот - глубоким разрядом в случае отключения питающей сети.
3. Питание от ЗУ для телефона с разъемом USB или от USB порта компьютера или ноутбука, так как при наличии скопившихся у меня зарядок для различных телефонов делать отдельный источник питания было бы нецелесообразным.
Разбор схемы зарядного устройства
За основу взял схему заводского зарядного устройства для АКБ типа 7Д-0,125Д. Называется оно ЗУ-3М и производилось в стародавние времена в славном городе Мукачево Закарпатской области на славном заводе "Мукачевприбор". Основой зарядного устройства является советский клон всемирно известного 555 таймера, называвшийся у нас КР1006ВИ1.
Схема этого ЗУ имеет ряд существенных с моей точки зрения недостатков. Это отсутствие гальванической развязки от питающей сети, наличие подстроечных резисторов, которые увеличивают габариты устройства и значительно падающий ток в процессе зарядки, что сильно увеличивает время окончания зарядки без каких либо технически обоснованных для этого причин. Есть еще один схемотехнический косяк для промышленно выпускавшегося устройства, но об этом ближе к концу.
Схема была немного изменена и получилось следующее:
Схема условно разделена на две части пунктирными линиями. В левой части находится повышающий преобразователь на дешевой микросхеме DA2 MC34063. Включение сделал строго по документации производителя, в левом верхнем углу исходные и расчетные данные преобразователя. Выходное напряжение составляет почти 18 В., такой "запас" сделан для компенсации падения напряжения на стабилизаторе тока и других элементах.
В правой части - измененная схема ЗУ-3М.
На ZD1, ZD2, C8 и R5 выполнен простой параметрический стабилизатор, с которого подается питание на микросхему NE555N и он же выполняет роль источника опорного напряжения для внутренних компараторов таймера, подаваемого на выв. 5 микросхемы от нижнего по схеме стабилитрона ZD2. В этой схеме отдельное питание для DA3 обусловлено верхним пределом для таймера, который составляет 16В.
Индикация организована практически без изменений - вывод 7 таймера представляет собой выход открытого коллектора. Когда на выходе таймера (выв.3) логический ноль, выв.7 "притянут" к минусу источника питания. Если на выв.3 логическая единица - транзистор на выв.7 закрыт и его коллектор "висит" в воздухе. Таким образом в процессе зарядки в большей степени светится красный светодиод, а синий - светится слабо, что дает один из оттенков фиолетового цвета. Когда зарядка завершена, HL2 шунтируется выводом 7 на землю, и светит в большей степени уже HL1 синего цвета. Резисторы R6 и R7 ограничивают ток через светодиоды HL1 и HL2.
Стабилизатор тока выполнен на другой не менее популярной микросхеме - TL431. Включение так же сделал строго по документации производителя, а сопротивление R1 в 120 Ом соответствует расчетному току 20 мА. На схеме узел стабилизации выделен пунктиром оранжевого цвета и включает в себя кроме микросхемы TL431 и шунта 120 Ом транзистор Q2 и резистор R3.
Транзистор Q1 служит непосредственно для коммутации аккумулятора с зарядным устройством. В процессе зарядки, как говорилось выше, на выв.3 DA3 присутствует высокий уровень. Через резистор R12 открывается транзистор Q3, который в свою очередь через R3 подтягивает к минусу питания затвор Q1.
Когда зарядка завершена, происходит обратный процесс, и напряжение на затворе Q3 определяется делителем на термисторе R4 и резисторе R19. В этом режиме через Q3 протекает лишь небольшой ток, определяемый номиналом R19. При указанном на схеме ток составляет примерно 0,5 мА. Термистор R4 располагается в непосредственной близости от узла стабилизации тока и Q1, в случае КЗ на выходных клеммах и перегрева этих элементов он дополнительно ограничит протекаемый через них ток путем закрывания Q1.
Включение и отключение режима зарядки определяют два встроенных компаратора таймера DA3, сравнивая подаваемые на выв.2 и выв.6 уровни с опорным напряжением на выв.5.
На выв.2 и 6 напряжение подается с делителя, собранного на резисторах R8, R14, R16, R20 и подключенного непосредственно к полюсам аккумулятора.
Поскольку ток через такой высокоомный делитель составляет несколько микроампер, это соизмеримо с током саморазряда батареи. Для обеспечения такого малого тока и для повышения надежности устройства был применен один делитель вместо двух и исключены подстроечные резисторы.
Логика работы очень простая - когда напряжение, подаваемое с делителя на выв.6 превысит уровень опорного напряжения на выв.5 - зарядка будет прекращена.
Когда напряжение, подаваемое с делителя на выв.2 станет меньше примерно на 1/2 от опорного - зарядка будет возобновлена.
В приведенном варианте ЗУ порог отключения рассчитан при напряжении на аккумуляторе 10,25В, а включения - примерно 8,5В.
Это составляет 1,46В на банку в заряженном состоянии и 1,2В в разряженном.
Как раз с делителем и внутренними компараторами таймера связан упомянутый в начале статьи схемотехнический косяк, вызванный скорее не низкой квалификацией советских инженеров, а необходимостью в тотальном конструкторском кроилове из-за отсутствия нормальной элементной базы для такого ширпотреба. Дело в том, что выв.5 555-го таймера не является в прямом смысле входом компараторов. Он является контрольным выходом, соединенным с инвертирующим входом одного компаратора и не инвертирующим - другого.
Но опорное напряжение на этих входах уже есть внутри чипа, оно обеспечивается внутренним резистивным делителем из трех резисторов, включенных между выводами питания микросхемы. Составляет это напряжение примерно 2/3 от U питания для выв.6 и 1/3 от U питания для выв.2
Мы же нахально суем туда еще и свое внешнее напряжение, чтобы попасть в уровни порогов включения/отключения зарядного тока. В принципе на работоспособность таймера это никак не влияет, но такое решение, как "задавленный" внешним стабилитроном внутренний делитель- выглядит несколько коряво, если знаешь, что находится внутри микросхемы)
Изначально не удосужившись изучить документацию на таймер и отталкиваясь от исходной схемы я пытался формировать опорное напряжение резистивным делителем, включенным от одного стабилитрона 12В, которым питал сам таймер, деля это напряжение пополам. Однако на практике получил вовсе не то, что ожидал из-за взаимного влияния внутреннего и внешнего делителя на резисторах соизмеримых номиналов, что в итоге привело к изменению схемы и введению второго стабилитрона.
Получается, что в принципе, запитав таймер от стабилитрона с напряжением стабилизации 10В., мы можем получить на выв.5. напряжение около 6,66В, а на выв.2. около 3,3В. Это позволило бы исключить из схемы элемент ZD2, заменив ZD1 на стабилитрон с напряжением стабилизации 10В. Сделать подобное конструкторы оригинальной схемы не могли, поскольку зарядка аккумулятора в их схеме шла через ключ таймера, а напряжение на выводе 3 составляло бы 10 минус 1,2В, чего явно недостаточно для обеспечения нужного тока зарядки.. В общем - курить даташиты иногда полезно, даже если вы отталкиваетесь от чьей-то готовой конструкции.
Переделывать изготовленную печатку не стал, разместив новые элементы "навесом", но на приведенном рисунке и в прикрепленном архиве эти изменения (с двумя стабилитронами) уже учтены. При повторении можно смело исключать один стабилитрон, оставляя выв.5 таймера только на конденсаторе С8. Так будет грамотнее, но дошло до меня это уже после отладки изделия.
Рисунок печатной платы приведен в качестве примера.
Обе стороны на изображении - НЕ зеркальные, а изображены так, как они будут выглядеть сверху на готовой печатке. Печатная плата в формате *.lay6 доступна для загрузки -
Монтаж и наладка
Устройство собрано практически полностью на SMD компонентах, так как хотелось получить не превышающую размеры аккумулятора печатную плату. Выводные детали - это электролитические конденсаторы и стабилитроны (для приведенного рисунка платы. Плата двусторонняя, незанятые элементами отверстия - проходные, их нужно соединить сквозной перемычкой. Первым собирается преобразователь, после проверки которого - остальная часть схемы. При разводке своей печатной платы стремитесь в обвязке MC34063 придерживаться топологии, приведенной в документации производителя.
Вся наладка сводится к проверке работоспособности преобразователя, измерению тока, который не должен превышать допустимый для вашего типа аккумулятора и к установке порогов включения/отключения зарядного тока.
Поскольку стабилитрон ZD1 (или один питающий на 10В, если оставить компаратор на внутреннем делителе таймера) вряд ли реально подобрать с точностью до сотых по заранее выбранному напряжению, а так же учитывая особенность выв.5, оговоренную выше - легче всего сделать настройку порогов при помощи изменения номиналов делителя на R8, R14, R16, R20 по месту.
Для этого в любом варианте получения опорного напряжения при подключенном аккумуляторе точно измеряется его значение на выв.5 DA3, а затем на его основе рассчитывается делитель, общее сопротивление которого должно составлять несколько десятков кОм (82кОм в моем случае). Для удобства можно внести пороговые напряжения и общеизвестные формулы расчетов в электронную таблицу (ссылка ниже) и подобрать номиналы резисторов под выбранные пороги из стандартных рядов. В приведенной таблице все расписано в заголовках столбцов, значения сопротивлений вводятся в Омах.
Ссылка на готовую таблицу - raschet-delitelja.zip [10 Kb] (скачиваний: 36)
Так же для упрощения процесса можно предусмотреть на плате большее количество последовательно включаемых в делитель резисторов - это облегчит подбор и составление делителя из нескольких доступных вам номиналов. Единственное неудобство в снятии двух напряжений с одной цепочки заключается в том, что изменение номинала любого из резисторов ведет к изменению обоих порогов, поэтому важно соблюдать общее соотношение. В моем случае много элементов на плате не понадобилось, R14 был включен перемычкой R000, а 32кОм я получил параллельным включением резисторов 33кОм и 1МОм. При точном расчете и использовании резисторов с допуском 1% вам понадобится только проверить заданные пороги срабатывания компараторов в процессе пробной зарядки.
Комплектующие
Особых требований к элементной базе нет, кроме резисторов R8, R14, R15, R16, R17 и R20, которые должны иметь точность 1%. Резисторы R1, R5, R9, R10, R11 - должны иметь габаритную мощность 0,25 Вт, что обеспечивает SMD типоразмер 1206. Остальные - по наличию, желанию и возможностям вашего зрения. При использовании моего варианта печатной платы без изменений - придется подбирать все элементы по их корпусу и цоколевкам. В качестве Q1, Q2, Q3 - любые аналогичные транзисторы с подходящими параметрами, Q1 и Q2 должны обеспечивать достаточный запас по мощности для протекаемого через них тока зарядки. Катушка индуктивности L1 - любая с номиналом от 40uH (больше можно, меньше - нет), например B82472G6683M000, 68 мкГн, 0.82 А. Диод VD1 - Шоттки, любой подходящий под параметры преобразователя(например SS34 - U=40В, I>1А), SK24, B240A-E3/61T и др. Электролитические конденсаторы - любые малогабаритные низкопрофильные, остальные - керамические SMD с номинальным напряжением 25..50В. Стабилитроны указанных номиналов - в любом корпусе. При повторении следует учитывать, что DA1 TL431 в SMD корпусе SOT-23-3 может иметь разную цоколевку даже у одного производителя, к примеру, как у NXP.
С3 является частотозадающим для преобразователя на DA2, поскольку частота близка к предельной, отклоняться от указанного номинала более чем в +/- 10% нежелательно. В качестве индикатора использован SMD RGB светодиод типоразмера 5050. В качестве "клемм" для подключения аккумулятора в плату впаяны пружинистые платинки с серебряными контактами от промежуточного реле РПУ-0-У4.
Разъем для подключения USB кабеля от внешнего адаптера - гнездо microUSB.
Корпус зарядки
Корпус изготовлен из 2 мм. листа тыльного рассеивателя молочного цвета от неисправной ЖК матрицы телевизора, что позволило не выводить индикацию на поверхность корпуса. В качестве дополнительной защиты от переполюсовки перед контактами для подключения батареи предусмотрена перегородка с отверстиями, соответствующими диаметру клемм аккумулятора. Габаритные размеры с установленным аккумулятором - Д/Ш/В = 64/31/38мм. Некоторые этапы изготовления корпуса и демонстрация режимов индикации приведены на картинках.
Читайте также: