Автоматическое импульсное зарядное устройство для аккумуляторов 12В
Предлагаемое устройство позволяет перед зарядкой разрядить аккумулятор до напряжения 10,5 В током равным 1/20 его ёмкости, а затем зарядно-разрядным циклом довести напряжение на батарее до 14,2 - 14,5 В. При соотношении зарядного и разрядного токов 10:1 и длительности импульсов заряд-разряд - 3:1.
Технические характеристики:
- Ток заряда (регулируемый), А 2,5...7;
- Ток разряда (фиксированный), А 2,5;
- Время зарядного импульса, с 17;
- Время разрядного импульса, с 5;
- Потребляемая мощность, Вт 30...90.
Схема устройства
При показанном на схеме положении переключателя SA3 "ЗАРЯД", контроль за аккумулятором отсутствует, разряд не производится. В этом режиме, при включенной сетевой кнопке SA1, блок работает как обычное зарядное устройство с регулировкой зарядного тока.
Когда переключатель SA2 установлен в режим "ДЕСУЛЬФАТАЦИЯ", происходит поочередная зарядка и разрядка аккумулятора. При нажатии на кнопку SB1 происходит первоначальная разрядка током 2,5 А до напряжения 10,5 В, а затем зарядка до напряжения 14,2 -ь 14,5 В. После этого устройство отключается. А если SA3 переключён в режим "МНОГОКРАТНО", процесс повторяется (это необходимо для "лечения" аккумулятора).
Напряжение 220 В поступает на сетевой фильтр L1, С1, С3, С4, необходимый для предотвращения проникновения помех в сеть. Затем оно выпрямляется диодами VD1 VD4 и сглаживается конденсатором С5.
Резистор R3 необходим для ограничения тока во время зарядки конденсатора С5. Оптрон U1 контролирует наличие напряжения в сети, и если оно отсутствует, то происходит блокировка по выводу 9 элемента DD2.3 для выключения режима разрядки аккумулятора.
Далее, если подсоединить аккумулятор, двухпороговый компаратор на DA1 устанавливается в "1", транзистор VT5 открывается, и загорается светодиод HL2 "ЗАРЯД". Напряжение низкого уровня с коллектора VT5 поступает на выводы 9 DD1.3 и 13 DD1.4. Тем самым снимается блокировка низкочастотного генератора. Скважность импульсов задается резисторами R6 (заряд) и R4 (разряд).
Она подбирается в каждом конкретном случае. Частота определяется емкостью С2. Во время заряда на выходе 10 DD1.3 устанавливается "1", которая открывает транзистор VT1 и блокирует верхний порог (14,2 В) компаратора DA1, поскольку сравнение напряжения на аккумуляторе с верхним порогом происходит только в режиме разряда, чтобы не допустить срабатывания компаратора с недозаряженным аккумулятором. Тот же высокий уровень с DD1.3 через оптрон U2 и транзистор VT2 запускает преобразователь напряжения.
В момент разряда на выводе 10 DD1.3 - низкий уровень, происходит блокировка преобразователя, а также устанавливается "1" на выходе 11 DD1.4. При этом срабатывает ключ на VTЗ, VT4, и происходит разряд аккумулятора через лампочку HL1. Она выбрана с двойным запасом по напряжению, чтобы предотвратить её преждевременное перегорание.
При нажатии на кнопку SB1 "ПУСК" компаратор DA1 устанавливается в "0", тем самым транзистор VT5 закрывается, блокируется генератор на DD1, а также преобразователь напряжения. На выводе 3 RS-триггера DD2.1, DD2.2 устанавливается "1". Если сетевое напряжение присутствует, на входах DD2.3 появляются "1", на выходе DD2.4 - высокий уровень, срабатывает транзисторный ключ на VT7, VT8, зажигается светодиод HL4 "РАЗРЯД", а через лампочку HL3 (12 В х 30 Вт) течет разрядный ток 2,5 А.
Рис. 1. Принципиальная схема импульсного зарядного устройства.
Аккумулятор разряжается до напряжения 10,5 В, затем срабатывает компаратор нижнего уровня (R20, R21, DA1), и "1" вновь устанавливается на выходе DA1. Цикл заряда повторяется. По достижении напряжения 14,2 В срабатывает компаратор верхнего уровня (R11, R14, DA1), и если переключатель SA3 был установлен в режим "ОДНОКРАТНО", светодиод HL2 гаснет, а устройство переходит в ждущий режим.
Когда выбран режим "МНОГОКРАТНО", разряд вновь включится, и цикл будет повторяться.
Емкости С6, С7 необходимы для защиты от помех и для некоторой задержки срабатывания компараторов при переходных процессах.
Стабилизатор DA3 необходим для защиты микросхем при кратковременном пропадании контакта на клеммах аккумулятора, так как на выходе преобразователя в режиме холостого хода напряжение увеличивается до 25 В.
Настройка
Если все детали исправны, устройство начинает работать сразу. Необходимо только отрегулировать пороговые компараторы. Для этого отключают лампочки HL1, HL3, чтобы снизить нагрузку.
К регулируемому блоку питания подключают клеммы X1, Х2 зарядного устройства. Выставляют напряжение 10,5 В, и регулировкой резистора R21 добиваются включения HL2; затем выставляется напряжение 14,2 В, и регулировкой R11 добиваются выключения HL2. После этого лампочки опять подключаются, и прибор готов к работе.
Детали
В преобразователе применен самодельный трансформатор на базе дросселей от строчной развертки телевизоров УПИМЦТ. Габариты Ш-образного сердечника - 11,5x14,5 мм.
Обмотки I и II Т1 намотаны в два, а обмотка III - в 7 проводов.
Обмотка I содержит 91 виток провода ПЭВ-2 диаметром 0,5 мм.
Обмотка II содержит 4 витка того же провода.
Обмотка III - 9 витков ПЭВ-2 диаметром 0,6 мм.
Намотке нужно уделить особое внимание. Витки должны быть уложены аккуратно, без перехлестов, между рядами необходимо проложить конденсаторную бумагу. Если в конце намотки ряд будет заполнен не полностью, оставшиеся витки нужно равномерно распределить по всему ряду. Вторичная обмотка наматывается так же равномерно (распределение).
Необходимо пометить начала и концы обмоток.
Впрочем, это можно и не делать, а после намотки воспользоваться следующей методикой. На первичную обмотку подается напряжение 10 -15 В с низкочастотного генератора частотой 5 - 15 кГц. Условно помечаются выводы обмоток. Цифровым вольтметром в режиме измерения переменного напряжения измеряется напряжение на вторичной обмотке.
Затем к концу первичной обмотки подсоединяется вторичная, и измеряется напряжение относительно начала первичной обмотки и не присоединённого конца вторичной обмотки. Если амплитуда напряжения возросла, значит, присоединенный конец и есть начало вторичной обмотки, а свободный - её конец. Аналогично определяем начало и конец обмотки III.
Во время сборки трансформатора необходимо установить в сердечнике зазор 1,3 мм, проложив кусочки картона.
В качестве шунта использован нихром 0,2 мм. Его сопротивление - 0,1 Ом.
R11, R21 - многооборотные типа СП5-2. R27 - типа СПЗ-4ам.
Диоды VD13, VD14 - типа КД213А(Б), их желательно заменить диодами Шотки КД2997А (Б), КД2999А (Б). Диод VD12 - на напряжение 600 ч- 800 В и ток 2 - 3 А с рабочей частотой не менее 30 кГц.
Оптроны U1, U2 - типа АОТ127. Важно, чтобы напряжение изоляции у них было не ниже 500 В.
Вместо КТ315 подойдут любые из серий КТ312, КТ3102 на напряжение 30 В.
VTЗ - КТ801 А(Б), его желательно на другие не менять. VT7 - КТ819 А (Б, В).
С2 можно поставить электролитический.
C1, С19, С22 -К78-2. СЗ.С4-К15-5 на напряжение не ниже 600 В. С5 - емкостью 220мкФ на 400 В или два по 100 мкФ на 400 В (К50-32). Остальные электролитические конденсаторы - типа К50-3 5.
В дополнение
Для уменьшения массы и габаритов устройства можно добавить схему принудительного охлаждения с малогабаритным вентилятором Ml (вентилятор применен от IBM-компьютера.). Он будет работать, когда тепловая энергия выделяется на деталях. Благодаря вентилятору допустимо установить малогабаритные радиаторы для VD13, VD14 в виде пластины из дюралюминия 5x80x65 мм и VT1 (ребристый 22x15x30 мм).
Транзисторы VTЗ и VT7 работают в допустимых режимах без радиаторов.
Рис. 2. Принципиальная схема узла принудительного охлаждения.
Индикатором тока РА1 может служить готовый амперметр о пределом 10-0-10 А, или прибор М4761 (он устанавливался в старых магнитофонах). Его необходимо аккуратно вскрыть и сместить стрелку в середину шкалы, чтобы наблюдать как зарядный, так и разрядный ток. При желании можно использовать индикатор тока на светодиодах с градацией 0,5 А. Его схема изображена на рис.
2.53. На DA1, DA2 собраны преобразователь полярности и усилитель амплитуды, а собственно индикатор - на DA3. Правда, для такого индикатора придется еще собрать преобразователь для питания микросхем DA1, DA2 напряжением ± 15 В.
Рис. 3. Принципиальная схема индикатора тока.
Чертёж монтажной платы устройства приведён в журнале "Радиолюбитель", 2002, №8, С14.