Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторов емкостью до 55Ач

Как показывает практика, для профилактических работ с аккумуляторами ёмкостью до 55 Ач вполне достаточно иметь зарядное устройство, обеспечивающее выходной ток до 4 А. Несколько меньший зарядный ток, в сравнении с номинальным током десятичасовой зарядки, нетрудно компенсировать увеличением времени зарядки. Такой режим даже более предпочтителен при проведении профилактических работ.

В предлагаемом двухрежимном зарядном устройстве в сетевом трансформаторе всего одна вторичная обмотка, что упрощает его изготовление. Применение же трансформатора меньшего типоразмера позволило уменьшить массу и габариты конструкции.

Основные технические характеристики устройства:

• Ток зарядки, А 0-4;
• Максимальное выходное напряжение, В - 16;
• КПД - 0,7.

Принципиальная схема

С целью упрощения блока питания зарядного устройства в нем применен однополупериодный выпрямитель, функцию которого выполняет диод VD1.

Индикатором подключения устройства к сети служит светодиод HL1 «СЕТЬ».

На однопереходном транзисторе VT1 собран генератор, формирующий импульсы узла включения тиристора VS1. Сдвиг импульса управления относительно начала рабочего полупериода сетевого напряжения задают резисторы R3 н- R5, изменяя время зарядки конденсатора С1 до напряжения открывания эмиттерного перехода транзистора VT1.

Резистором R4 регулируют ток заряда, а резистором R3 устанавливают верхний предел регулировки в процессе настройки. Чем меньше сопротивление резистора R4, тем быстрее конденсатор С1 заряжается до порогового напряжения и раньше открывается тиристор VS1 тем, следовательно, больше ток заряда аккумуляторной батареи, подключенной к зажимам X1 и Х2.

При пороговом напряжении на конденсаторе С1 открывается p-n переход эмиттер-база транзистора VT1 и конденсатор разряжается через него. Происходит резкое уменьшение сопротивления между базовыми выводами транзистора, и на первичной обмотке трансформатора Т2 формируется импульс, запускающий узел включения тиристора VS1. Открытое состояние тиристора сохраняется за счет тока удержания до окончания рабочего полупериода, В следующий рабочий полупериод процесс повторяется.

Характерная особенность узла управления заключается в том, что он питается от аккумуляторной батареи, подключенной к выходным зажимам зарядного устройства. Если батарея не подключена, то тиристор закрыт и не разрешает формируемым импульсам управлять транзисторами VTЗ, VT4, в результате чего зарядное устройство оказывается защищенным от короткого замыкания по выходу при отсутствии нагрузки, При ошибочной полярности подключения аккумуляторной батареи узел управления защищен от обратного напряжения диодом VD7, а закрытый тиристор не позволяет возникнуть в цепи току короткого замыкания. Таким схемотехническим решением удалось без введения специальных дополнительных мер достичь защищенности устройства от коротких замыканий и подключения заряжаемой батареи аккумуляторов в обратной полярности.

Рис. 1. Принципиальная схема двухрежимного зарядно-разрядного устройства.

Формирователь циклов зарядка-разрядка батареи с временным соотношением 3:1 (45с - зарядка, 15с -разрядка), выполнен на интегральном таймере КР1006ВИ1 (DA1).

При установке переключателя SA2 в положение «ИМП» на выходе таймера (вывод 3) формируются чередующиеся высокий и низкий уровни напряжения, начиная с цикла разрядки. Высокий уровень открывает транзисторы VT2 и VT6. Открываясь, транзистор VT2 блокирует работу формирователя, а транзистор VT6 подключает к аккумуляторной батарее разрядный резистор R26.

Режим разрядки индицирует светодиод HL4 «ИМП».

При появлении на выходе таймера напряжения низкого уровня транзисторы VT2 и VT6 закрываются и начинается цикл зарядки аккумуляторной батареи.

Для непрерывной зарядки батареи переключатель SA2 переводят в положение «НЕПР». Формирователь при этом отключается. Режим непрерывной зарядки индицирует светодиод HL3 «НЕПР».

Устройство автомотического выключения тока зарядки собрано на операционном усилителе (ОУ) DA2, включенного компаратором. Образцовое напряжение на его инвертирующем входе формирует стабилитрон VD9, а на неинвертирующий вход подается часть выходного напряжения, снимаемого с движка резистора R27.

При достижении на выводах аккумуляторной батареи конечного напряжения 14,4 В на выходе микросхемы DA2 устанавливается напряжение высокого уровня, которое открывает транзисторы VT2 и VT5, тем самым блокируя работу таймера DA1 и формирователя импульсов включения тиристора VS1. Кроме того, высокий уровень через диод VD10 поступает на неинвертирующий вход, поддерживая тем самым на выходе ОУ высокий уровень.

Это состояние ОУ индицирует светодиод HL2 «КОНЕЦ ЗАРЯДА».

Для контроля зарядного тока аккумуляторной батареи в процессе её зарядки можно установить амперметр РА1.

Наладка устройства

Налаживание устройства, проводят при подключенной к выходным зажимам полностью заряженной аккумуляторной батарее с напряжением 12 В. Движок резистора R26 устанавливают в крайнее правое по схеме положение, а резистора R3 - в среднее. Переключатель SA2 переводят в положение «НЕПР».

Затем, подключив зарядное устройство к сети, движок переменного резистора R4 переводят в нижнее (по схеме) положение и резистором R3 устанавливают зарядный ток, равный 4 А. Если этими резисторами не удается добиться нужного значения зарядного тока, следует заменить резистор R5 другим, несколько меньшего сопротивления. Далее переключатель SA2 переводят на режим «ИМП» и, пользуясь вольтметром или осциллографом, проверяют длительность циклов "зарядка-разрядка".

При этом следует учитывать, что при включении питания первым наступает цикл разрядки и его длительность несколько больше, чем в установившемся режиме. Объясняется это тем, что в момент включения питания конденсатор С3 полностью разряжен.

Для налаживания автоматического выключателя потребуется регулируемый источник постоянного тока с выходным напряжением 15 В и вольтметр постоянного тока класса 1. Порог срабатывания ОУ DA2 устанавливают, отключив зарядное устройство от сети и переведя переключатель SA2 в положение «НЕПР». Па выходные зажимы X1, Х2 подают от внешнего источника, постоянного тока напряжение 14,4 В и контролируют его значение вольтметром, Движок резистора R24 смещают в сторону увеличения напряжения на неинвертирующем входе ОУ до момента загорания светодиода HL2 «КОНЕЦ ЗАРЯДА».

Чертеж платы можно посмотреть в журнале "Радио" № 2 за 1999 год, С 73.

Узел стабилизации зарядного тока

Для улучшения качеств устройства, его можно дополнить узлом стабилизации зарядного тока (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема двухрежимного зарядно-разрядного устройства с узлом стабилизации зарядного тока.

При этом из зарядно-разрядного устройства, следует удалить переменный резистор R4, номинал резистора R3 увеличить до 10 кОм, а номинал резистора R5 уменьшить до 680 Ом.

Нумерация вновь введенных элементов узла стабилизации тока, для исключения путаницы, продолжается с начатой в основном устройстве (кроме резистора R4).

Датчиком тока служит резистор R37, падение напряжения на котором пропорционально зарядному току. ОУ DA3.2 усиливает сигнал датчика и подает его на инвертирующий вход ОУ DA3.1, сравнивающий его с образцовым напряжением, снимаемым с движка переменного резистора R33.

Транзистор VT7 служит усилителем тока, под действием которого в оптроне U1 изменяются яркость свечения светодиода и сопротивление освещаемого им фоторезистора. Последний включен в цепь регулирования тока зарядки аккумуляторной батареи, чем и достигается стабилизация.

Налаживают стабилизатор в следующем порядке. Прежде всего устанавливают движки резисторов R3 и R33 в крайнее нижнее (по схеме) положение. Затем включают устройство в сеть и в режиме зарядки батареи устанавливают резистором R3 зарядный ток равным 0,5 А - нижняя граница интервала его регулирования.

Переведя движок резистора R33 в крайнее верхнее (по схеме) положение, подбирают сопротивление резистора R32, добиваясь необходимого максимального значения зарядного тока. В дальнейшем этот ток регулируют переменным резистором R33.

Экспериментальная проверка показала, что установленное значение зарядного тока при колебаниях окружающей температуры в широких пределах изменяется не более чем на 5%.

Детали

Трансформатор Т1 выполнен на стальном магнитопроводе ШЛ20Х32.

Обмотка I содержит 1070 витков провода ПЭТВ-2 0,4.

Обмотка II - 126 витков провода диаметром 1,18 мм.

Можно применить трансформатор большего типоразмера.

Для трансформаторе Т2 использован магнитопровод типоразмера К 10x6x4,5 из феррита М2000НМ. Каждая из обмоток трансформатора содержит по 45 витков провода ПЭТВ-2 0,25. Намотку их ведут одновременно двумя проводами,

Основные параметры резисторов и конденсаторов, использованных в зарядном устройстве, указаны на схеме. Следует только отметить, что конденсатор С1 зарядноразрядного устройства должен быть пленочным или металлопленочным, например, К73-11, К73-16 или К73-17. Резистор R37 состоит из двух проволочных С5-16 или С5-16МВ номиналом 0,2 Ом и мощностью 5 Вт, соединенных параллельно.

Диод КД206 заменим на любой однотипный или из серии КД202. Диоды VD3 -VD6, VD8 и VD10 - любые маломощные.

Диод VD1 и тиристор VS1 установлены (через слюдяные прокладки) на одном общем теплоотводе - пластине размерами 60X60 мм из алюминия толщиной 3 - 4 мм.

Вместо ОУ КР140УД708 подойдет К140УД7. Вместо микросхемы УР1101УД01 можно применить КР1040УД1, ВА10358, LM358 или любые другие ОУ, предназначенные для работы от однополярного источника питания и сохраняющие работоспособность при входном напряжении, близком к нулевому.

Транзисторы КТ503Б заменимы на КТЗ117Б, КТ502Б - на КТ209Б или КТ501 Б, а КТ827Б - на любой из серий КТ827, КТ829, КТ972.

Функцию теплоотвода транзистора VT6 может выполнять металлическое основание корпуса.

Источник: Ходасевич А. Г, Ходасевич Т. И., Зарядные и пуско-зарядные устройства, Выпуск 2.