Приставка-регулятор к зарядному устройству аккумулятора
Описываемая ниже приставка предназначена для работы совместно с зарядными устройствами, обеспечивающими необходимый зарядный ток и имеющими на выходе пульсирующее зарядное напряжение. Подойдут, например, выпускаемые промышленностью устройства УЗ-А-6/12, УЗР-П-12-6,3, а также любительские.
Приставка позволяет разряжать батарею до напряжения 10,5 В и по окончании разрядки автоматически начать зарядку током с разрядной составляющей (при соотношении зарядной и разрядной составляющих 10-Д). Устройство прекращает зарядку при достижении напряжения на зажимах батареи 14,2 - 14,5 В, что соответствует её 100 % зараженности.
Оно контролирует напряжение, когда зарядного тока нет. При пропадании сетевого напряжения устройство прекращает разрядку батареи.
Циклы разрядка-зарядка могут быть однократными или многократными.
Принципиальная схема
Питание приставки - комбинированное - от сети, от зарядного устройства и от заряжаемой аккумуляторной батареи в то время, когда оптронный динистор U3 закрыт.
В качестве порогового элемента, вырабатывающего сигнал при двух значениях напряжения на батарее - 14,2-14,5 В при зарядке и 10,5 В при разрядке - использованы компараторы таймера DA 1 с делителями напряжения R7, R8 и R9, R10.
На входах таймера R и S происходит сравнение напряжения на заряжаемой или разряжаемой батарее с указанными выше пороговыми значениями, определяемыми напряжением питания таймера, сопротивлением резисторов внутреннего делителя напряжения таймера, напряжением на его входе Ur (оно снимается со стабилитрона VD2). Нижний и верхний пороги срабатывания компаратора можно изменять подстроечными резисторами R8 и R10. Питается таймер от параметрического стабилизатора VD3, R11.
Напряжение не слишком сильно разряженной двенадцативольтной батареи обычно равно 12 - 12,6 В. При включении устройства в сеть с подключенной батареей таймер установится в состояние, соответствующее напряжению высокого уровня на его выходе, транзистор VT1 будет открыт. Откроется динистор оптрона U3, и начнется зарядка батареи, на что и укажет включившийся светодиод HL1.
Однако, как правило, степень заряженности подключаемой батареи неизвестна, поэтому перед началом зарядки ее целесообразно разрядить до напряжения 10,5 В. Для включения режима разрядки после подключения батареи кратковременно нажимают на кнопку SB 1 «ПУСК». Через контакты SB 1.1 на вход R таймера поступит напряжение с подключенной к выходу батареи и переключит его в противоположное состояние (на выходе - низкий уровень), транзистор VT1 закроется и выключит светодиод HL1.
Одновременно через замкнувшиеся контакты SB 1.2 на верхний по схеме вход RS-триггера, собранного на элементах DD1.1, DD2.2, приходит низкий уровень. Триггер устанавливается в такое состояние, когда на выходе элемента DD1.1 появляется напряжение высокого уровня.
При показанном на схеме положении контактов переключателя SA1 на выходе элементов DD1.3, DD1.4, включенных инверторами, действует напряжение низкого уровня. Поскольку фототранзистор оптопары U2 открыт (а он открыт все время, пока на приставку подано напряжение сети), через базу транзистора VT4, резистор R23, фототранзистор оптопары и выход логических элементов DD1.3 и DD1.4 протекает ток, достаточный для насыщения этого транзистора.
Через лампу накаливания HL3 протекает разрядный ток батареи - около 2,5 А, - что соответствует 20-часовому режиму разрядки батареи 6СТ55. При обслуживании батареи другой ёмкости следует применять лампу соответствующей мощности.
Рис. 1. Принципиальная схема автоматической приставки к зарядному устройству.
Напряжение сети через гасящий резистор R1 поступает на диодный мост VD1 и после выпрямления питает последовательно соединенные светодиоды оптронов U1 и U2. Конденсатор С1 и резистор R2 образуют сглаживающий фильтр для светодиода оптрона U2. При пропадании сетевого напряжения фототранзистор этого оптрона закрывается, что приводит к закрыванию транзистора VT4 и прекращению разрядки батареи.
По мере разрядки батареи напряжение на её зажимах уменьшается. Когда оно достигнет 10,5 В, таймер переключится, откроются транзисторы VT1 и VT2. Открывание транзистора VT1 вызовет переход устройства в режим зарядки, переключение RS-триггера и закрывание транзистора VT4, а также открывание транзистора VTЗ.
Ток зарядки устанавливают с помощью зарядного устройства в соответствии с инструкцией по эксплуатации аккумуляторной батареи, т. е. равным 1/10 или 1/20 ёмкости батареи.
Если зарядка идет без контроля оператора, следует обеспечить ограничение колебаний зарядного тока при колебаниях сетевого напряжения. Самый простой способ стабилизации тока - включение цепи из двух-трех параллельно соединенных автомобильных ламп мощностью 40 - 50 Вт в разрыв одного из выходных проводов зарядного устройства. Такой же эффект дает включение лампы напряжением 220 В и мощностью 200 - 300 Вт в один из сетевых проводов зарядного устройства.
Зарядный ток содержит дозированную разрядную составляющую, что благотворно сказывается на протекании электрохимических процессов в батарее. Ток разрядной составляющей определяет резистор R19 (примерно 0,5 А).
В процессе зарядки напряжение на полюсных выводах батареи плавно увеличивается. Известно, что напряжение полностью заряженной батареи равно 14,2-14,5 Вольт. Это напряжение измеряется в отсутствие зарядного тока, поскольку зарядные импульсы в зависимости от степени разряженное батареи увеличивают мгновенное значение напряжения на её зажимах на 1 - 3 В.
Для обеспечения такого режима измерения в устройстве использованы элементы U1, R5, VT2. В режиме зарядки транзистор VT2 открыт. На рис. 2.48 показаны диаграммы напряжения и тока, поясняющие работу оптронов U1 и U2.
Напряжение сета выпрямляется диодным мостом (диагр. а) и поступает на светодиоды оптронов U1 и U2.
Фототранзистор оптрона U1 открывается в моменты, когда ток через светодиод оптрона U1 (диагр. б) превышает ток открывания фототранзистора. При этом резистор R4 шунтирует подстроечный резистор R11 и верхний порог срабатывания таймера DA 1 увеличивается. В моменты перехода сетевого на пряжения через нуль фототранзистор закрывается и порог срабатывания таймера уменьшается до значения 14,2-14,5 В.
Именно в это время через батарею не протекает ток зарядки. Измерение происходит в каждом полупериоде сети, т. е. 100 раз в секунду. Длительность измерения - 1 - 3 мс.
Ток через светодиод оптрона U2 протекает все время, пока на приставку подано сетевое напряжение, благодаря чему фототранзистор оптрона открыт.
Как только напряжение на батарее достигнет в отсутствие тока зарядки 14,2-14,5 вольт, таймер DA1 переключится (на выходе появится низкий уровень) и зарядка прекратится. Поскольку на выходе RS-триггера по-прежнему остается высокий уровень, устройство может оставаться в таком состоянии долго, вплоть до нескольких суток. Потребляемый от батареи ток невелик (20-30 мА) и не может вызвать её существенной разрядки.
Если необходима многократная тренировка батареи разрядно-зарядными циклами, контакты переключателя SA1 переводят в нижнее по схеме положение. В этом случае RS-триггер оказывается выведенным из работы и зарядка и разрядка будут чередоваться до тех пор, пока есть сетевое напряжение и подключена заряжаемая батарея.
Конденсаторы С2, С3 повышают помехоустойчивость работы таймера. Резисторы R19, R21 обеспечивают надежное удержание транзисторов VTЗ, VT4 закрытыми в отсутствие тока базы.
Рис. 2. Диаграммы поясняющие работу приставки.
Наладка
Для налаживания устройства потребуются лабораторный источник постоянного тока с напряжением, регулируемым в пределах от 9 до 15В при токе нагрузки не менее 0,6 А, и вольтметр. Сначала зарядное устройство и лампу HL3 временно отключают, а заряжаемую батарею заменяют лабораторным источником тока.
Установив по вольтметру напряжение источника 10,5 В, подстроечным резистором R8 устанавливают нижний порог срабатывания компаратора по включению светодиода HL1, а затем, установив напряжение 14,2 - 14,5 В, подстроечным резистором R10 устанавливают верхний порог по включению светодиода HL2.
Детали
Вместо КТ608Б в устройстве можно применять любые транзисторы из серий КТ603, КТ608, КТ3117, КТ815; КТ503Б - КТ315, КТ501, КТ503, КТ3117; КТ814Б - КТ814, КТ816, КТ818, КТ837 и вместо КТ825Г - любой из этой серии.
Транзистор VT4 должен быть установлен на теплоотводе с поверхностью охлаждения 100 -s-150 см2.
Оптронный динистор ТО125-10 можно заменить на Т0125-12,5, ТО2-10, ТО2-40, ТСО-10.
Оптронный динистор U3 должен быть установлен на теплоотводах с поверхностью охлаждения 100 - 150 см2.
Оптроны серии АОТ127 выбраны для обеспечения электробезопасности всей зарядной установки в целом необходимо, чтобы нагрузка (батарея) была гальванически развязана (отделена) от питающей сети. Для приставки подойдут только те оптроны, напряжение изоляции которых не менее 500 В, фототранзистор - составной (особенно это касается оптрона U2).
Диодный мост КЦ407А заменим на КЦ402, КЦ405 с буквенными индексами А, Б, В. Стабилитрон VD3 желательно использовать с небольшим ТКН стабилизации, годятся любые стабилитроны серии Д818.
Оксидный конденсатор Cl - К50-16, К50-35 или К50-29; С2, СЗ - КМ-66, КІО-23, К73-17 и др.
Подстроечные резисторы R8, R10- любые многооборотные, например СП5-2. Резистор R20 - ПЭВ мощностью 10 или 15 Вт (в крайнем случае 7,5 Вт); остальные - МЛТ, ОМЛТ, С2-23.
Кнопка SB1 и переключатель SA1 - любые, например, КМ2-1 и МТ1 соответственно.
Соединения, по которым протекает ток зарядки и разрядки, должны быть выполнены проводом сечением не менее 2 мм2. Провода, соединяющие устройство с аккумуляторной батареей, желательно выбрать гибкими.
Большая часть элементов устройства смонтирована на печатной плате, изготовленной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм.
Чертёж монтажной платы можно посмотреть в журнале "Радио" за 1998 год № 5.