Для того чтобы автомобиль завёлся, ему необходима энергия. Такая энергия берётся из аккумулятора. Как правило, его подзарядка происходит от генератора во время работы двигателя. Когда автомобиль долго не используется или батарея неисправна, она разряжается до такого состояния, что машина уже не может завестись . В этом случае требуется внешняя зарядка. Такое устройство можно купить или собрать самостоятельно, но для этого понадобится схема зарядного устройства.
Принцип работы автомобильного аккумулятора
Автомобильный аккумулятор подаёт питание на различные приборы в автомобиле при выключенном двигателе и предназначен для его запуска. По виду типу исполнения применяется свинцово-кислотная батарея. Конструктивно она собирается из шести элементов питания с номинальным значением напряжения 2,2 вольта, соединённых между собой последовательно. Каждый элемент представляет собой набор решетчатых пластин из свинца. Пластины покрываются активным материалом и погружаются в электролит.
Раствор электролита включает в свой состав дистиллированную воду и серную кислоту . От плотности электролита зависит морозостойкость батареи. В последнее время появились технологии, позволяющие адсорбировать электролит в стеклянном волокне или сгущать его с использованием силикагеля до гелеобразного состояния.
Каждая пластина имеет отрицательный и положительный полюс, а изолируются они между собой использованием пластмассового сепаратора. Корпус изделия выполняется из пропилена, не разрушающегося под действием кислоты и служащий диэлектриком. Положительный полюс электрода покрывается диоксидом свинца, а отрицательный губчатым свинцом. В последнее время стали выпускаться аккумуляторные батареи с электродами из свинцово-кальциевого сплава. Такие аккумуляторы полностью герметичные и не требуют обслуживания.
При подключении к аккумулятору нагрузки активный материал на пластинах вступает в химическую реакцию с раствором электролита, и возникает электрический ток. Электролит со временем истощается из-за осаждения сульфата свинца на пластинках. Аккумуляторная батарея (АКБ) начинает терять заряд. В процессе зарядки химическая реакция происходит в обратном порядке, сульфат свинца и вода преобразуются, повышается плотность электролита и восстанавливается величина заряда.
Аккумуляторы характеризуются значением саморазряда. Он возникает в АКБ при его бездействии. Основной причиной служит загрязнения поверхности батареи и плохого качества дистиллятора. Скорость саморазряда ускоряется при разрушении свинцовых пластин.
Виды зарядных устройств
Разработано большое количество схем автомобильных зарядных устройств, использующих разные элементные базы и принципиальный подход. По принципу действия приборы заряда разделяются на две группы:
- Пуско-зарядные, предназначенные для запуска двигателя при нерабочем аккумуляторе. Кратковременно подавая на клеммы аккумулятора ток большой величины, происходит включение стартера и запуск двигателя, а в дальнейшем заряд батареи происходит от генератора автомобиля. Они выпускаются только на определённое значение тока или с возможностью выставления его величины.
- Предпусковые зарядные, к клеммам аккумуляторной батареи подключаются выводы с устройства и подаётся ток длительное время. Его значение не превышает десяти ампер, в течение этого времени происходит восстановление энергии батареи. В свою очередь, они разделяются: на постепенные (время зарядки от 14 до 24 часов), ускоренные (до трёх часов) и кондиционирующие (около часа).
По своей схемотехники выделяются импульсные и трансформаторные устройства. Первого вида используют в работе высокочастотный преобразователь сигнала, характеризуются малыми размерами и весом. Второго вида в качестве основы используют трансформатор с выпрямительным блоком, просты в изготовлении, но обладают большим весом и низким коэффициентом полезного действия (КПД).
Выполнено зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов своими руками или приобретено в торговой точке, требования, предъявляемые к нему одинаковы, а именно:
- стабильность выходного напряжения;
- высокое значение КПД;
- защита от короткого замыкания;
- индикатор контроля заряда.
Одной из главных характеристик прибора заряда является величина тока, которым заряжается батарея. Правильно зарядить аккумулятор и продлить его рабочие характеристики получится только при подборе нужного его значения. При этом важна и скорость заряда. Чем больше ток, тем выше и скорость, но высокое значение скорости приводит к быстрой деградации аккумулятора. Считается, что правильным значением тока будет величина равная десяти процентам от ёмкости батарейки. Ёмкость определяется как величина тока, отдаваемая АКБ за единицу времени, измеряется она в ампер-часах.
Самодельный зарядный прибор
Приспособление для заряда должно быть у каждого автолюбителя, поэтому если нет возможности или желания приобрести готовый прибор, ничего не останется, как сделать зарядку для аккумулятора самостоятельно. Несложно изготовить своими руками как простейшее, так и многофункциональное устройство. Для этого понадобится схема и набор радиоэлементов. Существует также возможность переделать источник бесперебойного питания (ИБП) или компьютерный блок (АТ) в прибор для подзарядки АКБ.
Трансформаторное зарядное устройство
Такое устройство самое простое в сборке и не содержит дефицитных деталей. Схема состоит из трёх узлов:
- трансформатор;
- выпрямительный блок;
- регулятор.
Напряжение из промышленной сети поступает на первичную обмотку трансформатора. Сам трансформатор может использоваться любого вида. Состоит он из двух частей: сердечника и обмоток. Сердечник собирается из стали или феррита, обмотки - из проводникового материала.
Принцип работы трансформатора основан на появлении переменного магнитного поля при прохождении тока по первичной обмотке и передачи его на вторичную. Для получения на выходе требуемого уровня напряжения количество витков во вторичной обмотке делается меньше, по сравнению с первичной. Уровень напряжения на вторичной обмотке трансформатора выбирается равным 19 вольт, а его мощность должна обеспечивать троекратный запас по току заряда.
С трансформатора пониженное напряжение проходит через выпрямительный мост и поступает на реостат, подключённый последовательно к аккумулятору. Реостат предназначен для регулирования величины напряжения и тока, путём изменения сопротивления. Сопротивление реостата не превышает 10 Ом. Величина тока контролируется включённым последовательно перед аккумулятором амперметром. Такой схемой не получится заряжать АКБ с ёмкостью более 50 Ач, так как реостат начинает перегреваться.
Упростить схему можно, убрав реостат, а на входе перед трансформатором установить набор конденсаторов, использующихся как реактивные сопротивления для уменьшения напряжение сети. Чем меньше номинальное значение ёмкости, тем меньше напряжение поступает на первичную обмотку в сети.
Особенность такой схемы в необходимости обеспечения уровня сигнала на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем рабочее напряжение нагрузки. Такую схему можно использовать и без трансформатора, но это очень опасно. Без гальванической развязки можно получить поражение электрическим током.
Импульсное устройство подзаряда
Достоинство импульсных устройств в высоком КПД и компактных размерах. В основе прибора лежит микросхема с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Собрать мощное импульсное зарядное устройство своими руками можно по следующей схеме.
В качестве ШИМ контроллера используется драйвер IR2153. После выпрямительных диодов параллельно АКБ ставится полярный конденсатор С1 с ёмкостью в пределах 47−470 мкФ и напряжением не менее 350 вольт. Конденсатор убирает всплески сетевого напряжения и шумы линии. Диодный мост используется с номинальным током более четырёх ампер и с обратным напряжением не менее 400 вольт. Драйвер управляет мощными N-канальными полевыми транзисторами IRFI840GLC, установленными на радиаторах. Ток такой зарядки будет равен до 50 ампер, а выходная мощность до 600 Ватт.
Изготовить импульсное зарядное устройство для автомобиля своими руками можно, используя переделанный компьютерный источник питания формата АТ. В качестве ШИМ контроллера в них используется распространённая микросхема TL494. Сама переделка заключается в увеличении выходного сигнала до 14 вольт. Для этого понадобится правильно установить подстроечный резистор.
Резистор, который соединяется первую ногу TL494 со стабилизированной шиной + 5 В, удаляется, а вместо второго, связанного с 12 вольтовой шиной, впаивается переменный резистор с номиналом 68 кОм. Этим резистором и устанавливается требуемый уровень выходного напряжения. Включение блока питания осуществляется через механический выключатель, согласно указанной на корпусе блока питания схеме.
Устройство на микросхеме LM317
Довольно простая, но стабильно работающая схема зарядки легко выполняется на интегральной микросхеме LM317. Микросхема обеспечивает установку уровня сигнала 13,6 вольт при максимальной силе тока 3 ампера. Стабилизатор LM317 снабжён встроенной защитой от короткого замыкания.
Напряжение на схему прибора подаётся через клеммы от независимого блока питания постоянного напряжения 13−20 вольт. Ток, проходя через индикаторный светодиод HL1 и транзистор VT1, поступает на стабилизатор LM317. С его выхода непосредственно на АКБ через X3, X4. Делителем, собранным на R3 и R4, устанавливается необходимое значение напряжения для открывания VT1. Переменным резистором R4 задаётся ограничение тока подзарядки, а R5 уровень выходного сигнала. Выходное напряжение устанавливается от 13,6 до 14 вольт.
Схему можно максимально упростить, но её надёжность уменьшится.
В ней резистором R2 подбирают ток. В качестве резистора используется мощный проволочный элемент из нихрома. Когда АКБ разряжен, ток заряда максимальный, светодиод VD2 горит ярко, по мере заряда ток начинает спадать и светодиод тускнеет.
Зарядное из источника бесперебойного питания
Выпрямитель собирается на любых мощных диодах, например, отечественных Д-242 и сетевом конденсаторе 2200 мкФ на 35−50 вольт. На выходе получится сигнал с напряжением 18−19 вольт. В качестве стабилизатора напряжения используется микросхема LT1083 или LM317 с обязательной установкой на радиатор.
Подключив аккумуляторную батарею, выставляется напряжение, равное 14,2 вольта. Контролировать уровень сигнала удобно с помощью вольтметра и амперметра. Вольтметр подключается параллельно клеммам батареи, а амперметр последовательно. По мере заряда АКБ его сопротивление будет возрастать, а ток падать. Ещё проще выполнить регулятор с помощью симистора, подключённого к первичной обмотке трансформатора наподобие диммера.
При самостоятельном изготовлении устройства следует помнить про электробезопасность при работе с сетью переменного тока 220 В. Как правило, верно выполненный прибор зарядки из исправных деталей начинает работать сразу, требуется лишь только выставить тока заряда.
!
Сегодня мы рассмотрим 3 простые схемы зарядных устройств, которые могут быть использованы для зарядки самых разных аккумуляторов.
Первые 2 схемы работают в линейном режиме, а линейный режим в первую очередь означает сильный нагрев. Но зарядное устройство вещь стационарная, а не портативная, чтобы КПД было решающим фактором, так что единственный минус представленных схем – это то, что они нуждаются в больших радиатор охлаждения, а в остальном все хорошо. Такие схемы всегда применялись и будут применяться, так как имеют неоспоримые плюсы: простота, низкая себестоимость, не «гадят» в сеть (как в случае импульсных схем) и высокая повторяемость.
Рассмотрим первую схему:
Данная схема состоит всего из пары резисторов (с помощью которых задается напряжение окончания заряда или выходное напряжение схемы в целом) и датчика тока, который задает максимальной выходной ток схемы.
Если нужно универсальное зарядное устройство, то схема будет выглядеть следующим образом:
Вращением подстроечного резистора можно задать любое напряжение на выходе от 3 до 30 В. По идее можно и до 37В, но в таком случае на вход нужно подавать 40В, чего автор (AKA KASYAN) делать не рекомендует. Максимальный выходной ток зависит от сопротивления датчика тока и не может быть выше 1,5А. Выходной ток схемы можно рассчитать по указанной формуле:
Где 1,25 - это напряжение опорного источника микросхемы lm317, Rs - сопротивление датчика тока. Для получения максимального тока 1,5А сопротивление этого резистора должно быть 0,8 Ом, но на схеме 0,2 Ома.
Дело в том, что даже без резистора максимальный ток на выходе микросхемы будет ограничен до указанного значения, резистор тут в большей степени для страховки, а его сопротивление снижено для минимизации потерь. Чем больше сопротивление, тем больше на нем будет падать напряжение, а это приведет к сильному нагреву резистора.
Микросхему обязательно устанавливают на массивный радиатор, на вход подается не стабилизированное напряжение до 30-35В, это чуть меньше максимально допустимого входного напряжения для микросхемы lm317. Нужно помнить, что микросхема lm317 может рассеять максимум 15-20Вт мощности, обязательно учитывайте это. Также нужно учитывать то, что максимальное выходное напряжение схемы будет на 2-3 вольта меньше входного.
Зарядка происходит стабильным напряжением, а ток не может быть больше выставленного порога. Данная схема может быть использована даже для зарядки литий-ионных аккумуляторов. При коротких замыканиях на выходе ничего страшного не произойдет, просто пойдет ограничение тока и, если охлаждение микросхемы хорошее, а разница входного и выходного напряжения небольшое, схема в таком режиме может проработать бесконечно долгое время.
Собрано все на небольшой печатной плате.
Ее, а также печатные платы для 2-ух последующих схем можете вместе с общим архивом проекта.
Вторая схема
из себя представляет мощный стабилизированный источник питания с максимальным выходным током до 10А, была построена на базе первого варианта.
Она отличается от первой схемы тем, что тут добавлен дополнительный силовой транзистор прямой проводимости.
Максимальный выходной ток схемы зависит от сопротивления датчиков тока и тока коллектора использованного транзистора. В данном случае ток ограничен на уровне 7А.
Выходное напряжение схемы регулируется в диапазоне от 3 до 30В, что у позволит заряжать практически любые аккумуляторы. Регулируют выходное напряжение с помощью того же подстроечного резистора.
Этот вариант отлично подходит для зарядки автомобильных аккумуляторов, максимальный ток заряда с указанными на схеме компонентами составляет 10А.
Теперь давайте рассмотрим принцип работы схемы. При малых значениях тока силовой транзистор закрыт. При увеличении выходного тока падение напряжения на указанном резисторе становится достаточным и транзистор начинает открываться, и весь ток будет протекать по открытому переходу транзистора.
Естественно из-за линейного режима работы схема будет нагреваться, особенно жестко будут греться силовой транзистор и датчики тока. Транзистор с микросхемой lm317 прикручивают на общий массивный алюминиевый радиатор. Изолировать подложки теплоотвода не нужно, так как они общие.
Очень желательно и даже обязательно использование дополнительного вентилятора, если схема будет эксплуатироваться на больших токах.
Для зарядки аккумуляторов, вращением подстроечного резистора нужно выставить напряжение окончания заряда и все. Максимальный ток заряда ограничен 10-амперами, по мере заряда батарей ток будет падать. Схема коротких замыканий не боится, при КЗ ток будет ограничен. Как и в случае первой схемы, если имеется хорошее охлаждение, то устройство сможет долговременно терпеть такой режим работы.
Ну а теперь несколько тестов:
Как видим стабилизация свое отрабатывает, так что все хорошо. Ну и наконец третья схема:
Она представляет из себя систему автоматического отключения аккумулятора при полном заряде, то есть это не совсем зарядное устройство. Начальная схема подвергалась некоторым изменением, а плата дорабатывалась в ходе испытаний.
Рассмотрим схему.
Как видим она до боли простая, содержит всего 1 транзистор, электромагнитное реле и мелочевку. У автора на плате также имеется диодный мост по входу и примитивная защита от переполюсовки, на схеме эти узлы не нарисованы.
На вход схемы подается постоянное напряжение с зарядного устройства или любого другого источника питания.
Тут важно заметить, что ток заряда не должен превышать допустимый ток через контакты реле и ток срабатывания предохранителя.
При подаче питания на вход схемы, заряжается аккумулятор. В схеме есть делитель напряжения, с помощью которого отслеживается напряжение непосредственно на аккумуляторе.
По мере заряда, напряжение на аккумуляторе будет расти. Как только оно становится равным напряжению срабатывания схемы, которое можно выставить путем вращения подстроечного резистора, сработает стабилитрон, подавая сигнал на базу маломощного транзистора и тот сработает.
Так как в коллекторную цепь транзистора подключена катушка электромагнитного реле, последняя также сработает и указанные контакты разомкнутся, а дальнейшая подача питания на аккумулятор прекратится, заодно и сработает второй светодиод, уведомив о том, что зарядка окончена.
Как сделать самодельное автоматическое Зарядное устройство На фотографии представлено самодельное автоматическое зарядное устройство для зарядки
Как сделать самодельное автоматическое Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора
Как сделать самодельное автоматическое Зарядное устройство
для автомобильного аккумулятора
На фотографии представлено самодельное автоматическое зарядное устройство для зарядки автомобильных аккумуляторов на 12 В током величиной до 8 А, собранного в корпусе от милливольтметра В3-38.
Почему нужно заряжать аккумулятор автомобиля
Аккумулятор в автомобиле заряжается от электрического генератора. Для обеспечения безопасного режима зарядки аккумулятора после генератора устанавливают реле-регулятор, обеспечивающий напряжение зарядки не более 14,1±0,2 В. Для полной же зарядки аккумулятора требуется напряжение 14,5 В. По этой причине зарядить аккумулятор на 100% генератор автомобиля не может. Поэтому необходимо периодически аккумулятор заряжать внешним зарядным устройством.
В теплый период времени обеспечить пуск двигателя может аккумулятор заряженный всего на 20%. При отрицательных температурах емкость аккумулятора уменьшается вдвое, а пусковые токи из-за загустевшей смазки двигателя возрастают. Поэтому если своевременно не зарядить аккумулятор, то с наступлением холодов двигатель может не запуститься.
Анализ схем зарядных устройств
Для зарядки автомобильного аккумулятора служат зарядные устройства. Его можно купить готовое, но при желании и небольшом радиолюбительском опыте можно сделать своими руками, сэкономив при этом немалые деньги.
Схем зарядных устройств автомобильных аккумуляторов в Интернете опубликовано много, но все они имеют недостатки.
Зарядные устройства, сделанные на транзисторах, выделяют много тепла, как правило, боятся короткого замыкания и ошибочного подключения полярности аккумулятора. Схемы на тиристорах и симисторах не обеспечивают требуемой стабильность зарядного тока и издают акустический шум, не допускают ошибок подключения аккумулятора и излучают мощные радиопомехи, которые можно уменьшить, одев на сетевой провод ферритовое кольцо.
Привлекательной выглядит схема изготовления зарядного устройства из блока питания компьютера. Структурные схемы компьютерных блоков питания одинаковые, но электрические разные, и для доработки требуется высокая радиотехническая квалификация.
Интерес у меня вызвала конденсаторная схема зарядного устройства, КПД высокий, тепла не выделяет, обеспечивает стабильный ток заряда вне зависимости от степени заряда аккумулятора и колебаний питающей сети, не боится коротких замыканий выхода. Но тоже имеет недостаток. Если в процессе заряда пропадет контакт с аккумулятором, то напряжение на конденсаторах возрастает в несколько раз, (конденсаторы и трансформатор образуют резонансный колебательный контур с частотой электросети), и они пробиваются. Надо было устранить только этот единственный недостаток, что мне и удалось сделать.
В результате получилась схема зарядного устройства для аккумуляторов в которой нет выше перечисленных недостатков. Более 15 лет заряжаю самодельным конденсаторным зарядным устройством любые кислотные аккумуляторы на 12 В. Устройство работает безотказно.
Принципиальная схема автоматического зарядного устройства
для автомобильного аккумулятора
При кажущейся сложности, схема самодельного зарядного устройства простая и состоит всего из нескольких законченных функциональных узлов.
Если схема для повторения Вам показалась сложной, то можно собрать более простую, работающую на таком же принципе, но без функции автоматического отключения при полной зарядке аккумулятора.
Схема ограничителя тока на балластных конденсаторах
В конденсаторном автомобильном зарядном устройстве регулировка величины и стабилизация силы тока заряда аккумулятора обеспечивается за счет включения последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора Т1 балластных конденсаторов С4-С9. Чем больше емкость конденсатора, тем больше будет ток заряда аккумулятора.
Практически это законченный вариант зарядного устройства, можно подключить после диодного моста аккумулятор и зарядить его, но надежность такой схемы низкая. Если нарушится контакт с клеммами аккумулятора, то конденсаторы могут выйти из строя.
Емкость конденсаторов, которая зависит от величины тока и напряжения на вторичной обмотке трансформатора, можно приблизительно определить по формуле, но легче ориентироваться по данным таблицы.
Для регулировки тока, чтобы сократить количество конденсаторов, их можно подключать параллельно группами. У меня переключение осуществляется с помощью двух галетного переключателя, но можно поставить несколько тумблеров.
Схема защиты
от ошибочного подключения полюсов аккумулятора
Схема измерения тока и напряжения зарядки аккумулятора
Благодаря наличию переключателя S3 на схеме выше, при зарядке аккумулятора есть возможность контролировать не только величину тока зарядки, но и напряжение. При верхнем положении S3, измеряется ток, при нижнем – напряжение. Если зарядное устройство не подключено к электросети, то вольтметр покажет напряжение аккумулятора, а когда идет зарядка аккумулятора, то напряжение зарядки. В качестве головки применен микроамперметр М24 с электромагнитной системой. R17 шунтирует головку в режиме измерения тока, а R18 служит делителем при измерении напряжения.
Схема автоматического отключения ЗУ
при полной зарядке аккумулятора
Для питания операционного усилителя и создания опорного напряжения применена микросхема стабилизатора DA1 типа 142ЕН8Г на 9В. Микросхема это выбрана не случайно. При изменении температуры корпуса микросхемы на 10º, выходное напряжение изменяется не более чем на сотые доли вольта.
Система автоматического отключения зарядки при достижении напряжения 15,6 В выполнена на половинке микросхемы А1.1. Вывод 4 микросхемы подключен к делителю напряжения R7, R8 с которого на него подается опорное напряжение 4,5 В. Вывод 4 микросхемы подключен к другому делителю на резисторах R4-R6, резистор R5 подстроечный для установки порога срабатывания автомата. Величиной резистора R9 задается порог включения зарядного устройства 12,54 В. Благодаря применению диода VD7 и резистора R9, обеспечивается необходимый гистерезис между напряжением включения и отключения заряда аккумулятора.
Работает схема следующим образом. При подключении к зарядному устройству автомобильного аккумулятора, напряжение на клеммах которого меньше 16,5 В, на выводе 2 микросхемы А1.1 устанавливается напряжение достаточное для открывания транзистора VT1, транзистор открывается и реле P1 срабатывает, подключая контактами К1.1 к электросети через блок конденсаторов первичную обмотку трансформатора и начинается зарядка аккумулятора. Как только напряжение заряда достигнет 16,5 В, напряжение на выходе А1.1 уменьшится до величины, недостаточной для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии. Реле отключится и контакты К1.1 подключат трансформатор через конденсатор дежурного режима С4, при котором ток заряда будет равен 0,5 А. В таком состоянии схема зарядного устройства будет находиться, пока напряжение на аккумуляторе не уменьшится до 12,54 В. Как только напряжение установится равным 12,54 В, опять включится реле и зарядка пойдет заданным током. Предусмотрена возможность, в случае необходимости, переключателем S2 отключить систему автоматического регулирования.
Таким образом, система автоматического слежения за зарядкой аккумулятора, исключит возможность перезаряда аккумулятора. Аккумулятор можно оставить подключенным к включенному зарядному устройству хоть на целый год. Такой режим актуален для автолюбителей, которые ездят только в летнее время. После окончания сезона автопробега можно подключить аккумулятор к зарядному устройству и выключить только весной. Даже если в электросети пропадет напряжение, при его появлении зарядное устройство продолжит заряжать аккумулятор в штатном режиме
Принцип работы схемы автоматического отключения зарядного устройства в случае превышения напряжения из-за отсутствия нагрузки, собранной на второй половинке операционного усилителя А1.2, такой же. Только порог полного отключения зарядного устройства от питающей сети выбран 19 В. Если напряжение зарядки менее 19 В, на выходе 8 микросхемы А1.2 напряжение достаточное, для удержания транзистора VT2 в открытом состоянии, при котором на реле P2 подано напряжение. Как только напряжение зарядки превысит 19 В, транзистор закроется, реле отпустит контакты К2.1 и подача напряжения на зарядное устройство полностью прекратится. Как только будет подключен аккумулятор, он запитает схему автоматики, и зарядное устройство сразу вернется в рабочее состояние.
Конструкция автоматического зарядного устройства
Все детали зарядного устройства размещены в корпусе миллиамперметра В3-38, из которого удалено все его содержимое, кроме стрелочного прибора. Монтаж элементов, кроме схемы автоматики, выполнен навесным способом.
Конструкция корпуса миллиамперметра, представляет собой две прямоугольные рамки, соединенные четырьмя уголками. В уголках с равным шагом сделаны отверстия, к которым удобно крепить детали.
Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. На этой пластине установлен и С1. На фото вид зарядного устройства снизу.
К верхним уголкам корпуса закреплена тоже пластина из стеклотекстолита толщиной 2 мм, а к ней винтами конденсаторы С4-С9 и реле Р1 и Р2. К этим уголкам также прикручена печатная плата, на которой спаяна схема автоматического управления зарядкой аккумулятора. Реально количество конденсаторов не шесть, как по схеме, а 14, так как для получения конденсатора нужного номинала приходилось соединять их параллельно. Конденсаторы и реле подключены к остальной схеме зарядного устройства через разъем (на фото выше голубой), что облегчило доступ к другим элементам при монтаже.
На внешней стороне задней стенки установлен ребристый алюминиевый радиатор для охлаждения силовых диодов VD2-VD5. Тут так же установлен предохранитель Пр1 на 1 А и вилка, (взята от блока питания компьютера) для подачи питающего напряжения.
Силовые диоды зарядного устройства закреплены с помощью двух прижимных планок к радиатору внутри корпуса. Для этого в задней стенке корпуса сделано прямоугольное отверстие. Такое техническое решение позволило к минимуму свести количество выделяемого тепла внутри корпуса и экономии места. Выводы диодов и подводящие провода распаяны на не закрепленную планку из фольгированного стеклотекстолита.
На фотографии вид самодельного зарядного устройства с правой стороны. Монтаж электрической схемы выполнен цветными проводами, переменного напряжения – коричневым, плюсовые – красным, минусовые – проводами синего цвета. Сечение проводов, идущих от вторичной обмотки трансформатора к клеммам для подключения аккумулятора должно быть не менее 1 мм 2 .
Шунт амперметра представляет собой отрезок высокоомного провода константана длиной около сантиметра, концы которого запаяны в медные полоски. Длина провода шунта подбирается при калибровке амперметра. Провод я взял от шунта сгоревшего стрелочного тестера. Один конец из медных полосок припаян непосредственно к выходной клемме плюса, ко второй полоске припаян толстый проводник, идущий от контактов реле Р3. На стрелочный прибор от шунта идут желтый и красный провод.
Печатная плата блока автоматики зарядного устройства
Схема автоматического регулирования и защиты от неправильного подключения аккумулятора к зарядному устройству спаяна на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита.
На фотографии представлен внешний вид собранной схемы. Рисунок печатной платы схемы автоматического регулирования и защиты простой, отверстия выполнены с шагом 2,5 мм.
На фотографии выше вид печатной платы со стороны установки деталей с нанесенной красным цветом маркировкой деталей. Такой чертеж удобен при сборке печатной платы.
Чертеж печатной платы выше пригодится при ее изготовлении с помощью технологии с применением лазерного принтера.
А этот чертеж печатной платы пригодится при нанесении токоведущих дорожек печатной платы ручным способом.
Шкала вольтметра и амперметра зарядного устройства
Шкала стрелочного прибора милливольтметра В3-38 не подходила под требуемые измерения, пришлось начертить на компьютере свой вариант, напечатал на плотной белой бумаге и клеем момент приклеил сверху на штатную шкалу.
Благодаря большему размеру шкалы и калибровки прибора в зоне измерения, точность отсчета напряжения получилась 0,2 В.
Провода для подключения АЗУ к клеммам аккумулятора и сети
На провода для подключения автомобильного аккумулятора к зарядному устройству с одной стороны установлены зажимы типа крокодил, с другой стороны разрезные наконечники. Для подключения плюсового вывода аккумулятора выбран красный провод, для подключения минусового – синий. Сечение проводов для подключения к устройству аккумулятора должно быть не менее 1 мм 2 .
К электрической сети зарядное устройство подключается с помощью универсального шнура с вилкой и розеткой, как применяется для подключения компьютеров, оргтехники и других электроприборов.
О деталях зарядного устройства
Силовой трансформатор Т1 применен типа ТН61-220, вторичные обмотки которого соединены последовательно, как показано на схеме. Так как КПД зарядного устройства не менее 0,8 и ток заряда обычно не превышает 6 А, то подойдет любой трансформатор мощностью 150 ватт. Вторичная обмотка трансформатора должна обеспечить напряжение 18-20 В при токе нагрузки до 8 А. Рассчитать число витков вторичной обмотки трансформатора можно с помощью специального калькулятора.
Конденсаторы С4-С9 типа МБГЧ на напряжение не менее 350 В. Можно использовать конденсаторы любого типа, рассчитанные на работу в цепях переменного тока.
Диоды VD2-VD5 подойдут любого типа, рассчитанные на ток 10 А. VD7, VD11 - любые импульсные кремневые. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 и VD13 любые, выдерживающие ток 1 А. Светодиод VD1 – любой, VD9 я применил типа КИПД29. Отличительная особенность этого светодиода, что он меняет цвет свечения при смене полярности подключения. Для его переключения использованы контакты К1.2 реле Р1. Когда идет зарядка основным током светодиод светит желтым светом, а при переключении в режим подзарядки аккумулятора – зеленым. Вместо бинарного светодиода можно установить любых два одноцветных, подключив их по ниже приведенной схеме.
В качестве операционного усилителя выбран КР1005УД1, аналог зарубежного AN6551. Такие усилители применяли в блоке звука и видео в видеомагнитофоне ВМ-12. Усилитель хорош тем, что не требует двух полярного питания, цепей коррекции и сохраняет работоспособность при питающем напряжении от 5 до 12 В. Заменить его можно практически любым аналогичным. Хорошо подойдут для замены микросхемы, например, LM358, LM258, LM158, но нумерация выводов у них другая, и потребуется внести изменения в рисунок печатной платы.
Реле Р1 и Р2 любые на напряжение 9-12 В и контактами, рассчитанными на коммутируемый ток 1 А. Р3 на напряжение 9-12 В и ток коммутации 10 А, например РП-21-003. Если в реле несколько контактных групп, то их желательно запаять параллельно.
Переключатель S1 любого типа, рассчитанный на работу при напряжении 250 В и имеющий достаточное количество коммутирующих контактов. Если не нужен шаг регулирования тока в 1 А, то можно поставить несколько тумблеров и устанавливать ток заряда, допустим, 5 А и 8 А. Если заряжать только автомобильные аккумуляторы, то такое решение вполне оправдано. Переключатель S2 служит для отключения системы контроля уровня зарядки. В случае заряда аккумулятора большим током, возможно срабатывание системы раньше, чем аккумулятор зарядится полностью. В таком случае можно систему отключить и продолжить зарядку в ручном режиме.
Электромагнитная головка для измерителя тока и напряжения подойдет любая, с током полного отклонения 100 мкА, например типа М24. Если нет необходимости измерять напряжение, а только ток, то можно установить готовый амперметр, рассчитанный на максимальный постоянный ток измерения 10 А, а напряжение контролировать внешним стрелочным тестером или мультиметром, подключив их к контактам аккумулятора.
Настройка блока автоматической регулировки и защиты АЗУ
При безошибочной сборке платы и исправности всех радиоэлементов, схема заработает сразу. Останется только установить порог напряжения резистором R5, при достижении которого зарядка аккумулятора будет переведена в режим зарядки малым током.
Регулировку можно выполнить непосредственно при зарядке аккумулятора. Но все, же лучше подстраховаться и перед установкой в корпус, схему автоматического регулирования и защиты АЗУ проверить и настроить. Для этого понадобится блок питания постоянного тока, у которого есть возможность регулировать выходное напряжение в пределах от 10 до 20 В, рассчитанного на выходной ток величиной 0,5-1 А. Из измерительных приборов понадобится любой вольтметр, стрелочный тестер или мультиметр рассчитанный на измерение постоянного напряжения, с пределом измерения от 0 до 20 В.
Проверка стабилизатора напряжения
После монтажа всех деталей на печатную плату нужно подать от блока питания питающее напряжение величиной 12-15 В на общий провод (минус) и вывод 17 микросхемы DA1 (плюс). Изменяя напряжение на выходе блока питания от 12 до 20 В, нужно с помощью вольтметра убедиться, что величина напряжения на выходе 2 микросхемы стабилизатора напряжения DA1 равна 9 В. Если напряжение отличается или изменяется, то DA1 неисправна.
Микросхемы серии К142ЕН и аналоги имеют защиту от короткого замыкания по выходу и если закоротить ее выход на общий провод, то микросхема войдет в режим защиты и из строя не выйдет. Если проверка показала, что напряжение на выходе микросхемы равно 0, то это не всегда означает о ее неисправности. Вполне возможно наличие КЗ между дорожками печатной платы или неисправен один из радиоэлементов остальной части схемы. Для проверки микросхемы достаточно отсоединить от платы ее вывод 2 и если на нем появится 9 В, значит, микросхема исправна, и необходимо найти и устранить КЗ.
Проверка системы защиты от перенапряжения
Описание принципа работы схемы решил начать с более простой части схемы, к которой не предъявляются строгие нормы по напряжению срабатывания.
Функцию отключения АЗУ от электросети в случае отсоединения аккумулятора выполняет часть схемы, собранная на операционном дифференциальном усилителе А1.2 (далее ОУ).
Принцип работы операционного дифференциального усилителя
Без знания принципа работы ОУ разобраться в работе схемы сложно, поэтому приведу краткое описание. ОУ имеет два входа и один выход. Один из входов, который обозначается на схеме знаком «+», называется не инвертирующим, а второй вход, который обозначается знаком «–» или кружком, называется инвертирующим. Слово дифференциальный ОУ означает, что напряжение на выходе усилителя зависит от разности напряжений на его входах. В данной схеме операционный усилитель включен без обратной связи, в режиме компаратора – сравнения входных напряжений.
Таким образом, если напряжение на одном из входов будет неизменным, а на втором изменятся, то в момент перехода через точку равенства напряжений на входах, напряжение на выходе усилителя скачкообразно изменится.
Проверка схемы защиты от перенапряжения
Вернемся к схеме. Неинвертирующий вход усилителя А1.2 (вывод 6) подключен к делителю напряжения, собранного на резисторах R13 и R14. Этот делитель подключен к стабилизированному напряжению 9 В и поэтому напряжение в точке соединения резисторов, никогда не изменяется и составляет 6,75 В. Второй вход ОУ (вывод 7) подключен ко второму делителю напряжения, собранному на резисторах R11 и R12. Этот делитель напряжения подключен к шине, по которой идет зарядный ток, и напряжение на нем меняется в зависимости от величины тока и степени заряда аккумулятора. Поэтому и величина напряжения на выводе 7 тоже будет соответственно изменятся. Сопротивления делителя подобраны таким образом, что при изменении напряжения зарядки аккумулятора от 9 до 19 В напряжение на выводе 7 будет меньше, чем на выводе 6 и напряжение на выходе ОУ (вывод 8) будет больше 0,8 В и близко к напряжению питания ОУ. Транзистор будет открыт, на обмотку реле Р2 будет поступать напряжение и оно замкнет контакты К2.1. Напряжение на выходе также закроет диод VD11 и резистор R15 в работе схемы участвовать не будет.
Как только напряжение зарядки превысит 19 В (это может случится только в случае, если от выхода АЗУ будет отключен аккумулятор), напряжение на выводе 7 станет больше, чем на выводе 6. В этом случае на выходе ОУ напряжение скачкообразно уменьшится до нуля. Транзистор закроется, реле обесточится и контакты К2.1 разомкнутся. Подача питающего напряжения на ОЗУ будет прекращена. В момент, когда напряжение на выходе ОУ станет равно нулю, откроется диод VD11 и, таким образом, параллельно к R14 делителя подключится R15. Напряжение на 6 выводе мгновенно уменьшится, что исключит ложные срабатывания в момент равенства напряжений на входах ОУ из-за пульсаций и помех. Изменяя величину R15 можно менять гистерезис компаратора, то есть напряжение, при котором схема вернется в исходное состояние.
При подключения аккумулятора к ОЗУ напряжения на выводе 6 опять установится равным 6,75 В, а на выводе 7 будет меньше и схема начнет работать в штатном режиме.
Для проверки работы схемы достаточно изменять напряжение на блоке питания от 12 до 20 В и подключив вольтметр вместо реле Р2 наблюдать его показания. При напряжении меньше 19 В, вольтметр должен показывать напряжение, величиной 17-18 В (часть напряжения упадет на транзисторе), а при большем – ноль. Желательно все же подключить к схеме обмотку реле, тогда будет проверена не только работа схемы, но и его работоспособность, а по щелчкам реле можно будет контролировать работу автоматики без вольтметра.
Если схема не работает, то нужно проверить напряжения на входах 6 и 7, выходе ОУ. При отличии напряжений от указанных выше, нужно проверить номиналы резисторов соответствующих делителей. Если резисторы делителей и диод VD11 исправны, то, следовательно, неисправен ОУ.
Для проверки цепи R15, D11 достаточно отключить одни из выводов этих элементов, схема будет работать, только без гистерезиса, то есть включаться и отключаться при одном и том же подаваемом с блока питания напряжении. Транзистор VT12 легко проверить, отсоединив один из выводов R16 и контролируя напряжение на выходе ОУ. Если на выходе ОУ напряжение изменяется правильно, а реле все время включено, значит, имеет место пробой между коллектором и эмиттером транзистора.
Проверка схемы отключения аккумулятора при полной его зарядке
Принцип работы ОУ А1.1 ничем не отличается от работы А1.2, за исключением возможности изменять порог отключения напряжения с помощью подстроечного резистора R5.
Делитель для опорного напряжения собран на резисторах R7, R8 и напряжение на выводе 4 ОУ должно быть 4,5 В. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье сайта «Как заряжать аккумулятор».
Для проверки работы А1.1, питающее напряжение, поданное с блока питания плавно увеличивается и уменьшается в пределах 12-18 В. При достижении напряжения 15,6 В должно отключиться реле Р1 и контактами К1.1 переключить АЗУ в режим зарядки малым током через конденсатор С4. При снижении уровня напряжения ниже 12,54 В реле должно включится и переключить АЗУ в режим зарядки током заданной величины.
Напряжение порога включения 12,54 В можно регулировать изменением номинала резистора R9, но в этом нет необходимости.
С помощью переключателя S2 имеется возможность отключать автоматический режим работы, включив реле Р1 напрямую.
Схема зарядного устройства на конденсаторах
без автоматического отключения
Для тех, кто не имеет достаточного опыта по сборке электронных схем или не нуждается в автоматическом отключении ЗУ по окончании зарядки аккумулятора, предлагаю упрощенней вариант схемы устройства для зарядки кислотных автомобильных аккумуляторов. Отличительная особенность схемы в ее простоте для повторения, надежности, высоком КПД и стабильным током заряда, наличие защиты от неправильного подключения аккумулятора, автоматическое продолжение зарядки в случае пропадания питающего напряжения.
Принцип стабилизации зарядного тока остался неизменным и обеспечивается включением последовательно с сетевым трансформатором блока конденсаторов С1-С6. Для защиты от перенапряжения на входной обмотке и конденсаторах используется одна из пар нормально разомкнутых контактов реле Р1.
Когда аккумулятор не подключен, контакты реле Р1 К1.1 и К1.2 разомкнуты и даже если зарядное устройство подключено к питающей сети ток не поступает на схему. Тоже самое происходит, если подключить ошибочно аккумулятор по полярности. При правильном подключении аккумулятора ток с него поступает через диод VD8 на обмотку реле Р1, реле срабатывает и замыкаются его контакты К1.1 и К1.2. Через замкнутые контакты К1.1 сетевое напряжение поступает на зарядное устройство, а через К1.2 на аккумулятор поступает зарядный ток.
На первый взгляд кажется, что контакты реле К1.2 не нужны, но если их не будет, то при ошибочном подключении аккумулятора, ток потечет с плюсового вывода аккумулятора через минусовую клемму ЗУ, далее через диодный мост и далее непосредственно на минусовой вывод аккумулятора и диоды моста ЗУ выйдут из строя.
Предложенная простая схема для зарядки аккумуляторов легко адаптируется для зарядки аккумуляторов на напряжение 6 В или 24 В. Достаточно заменить реле Р1 на соответствующее напряжение. Для зарядки 24 вольтовых аккумуляторов необходимо обеспечить выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т1 не менее 36 В.
При желании схему простого зарядного устройства можно дополнить прибором индикации зарядного тока и напряжения, включив его как в схеме автоматического зарядного устройства.
Порядок зарядки автомобильного аккумулятора
автоматическим самодельным ЗУ
Перед зарядкой снятый с автомобиля аккумулятор необходимо очистить от грязи и протереть его поверхности, для удаления кислотных остатков, водным раствором соды. Если кислота на поверхности есть, то водный раствор соды пенится.
Если аккумулятор имеет пробки для заливки кислоты, то все пробки нужно выкрутить, для того, чтобы образующиеся при зарядке в аккумуляторе газы могли свободно выходить. Обязательно нужно проверить уровень электролита, и если он меньше требуемого, долить дистиллированной воды.
Далее нужно переключателем S1 на зарядном устройстве выставить величину тока заряда и подключить аккумулятор соблюдая полярность (плюсовой вывод аккумулятора нужно подсоединить к плюсовому выводу зарядного устройства) к его клеммам. Если переключатель S3 находится в нижнем положении, то стрелка прибора на зарядном устройстве сразу покажет напряжение, которое выдает аккумулятор. Осталось вставить вилку сетевого шнура в розетку и процесс зарядки аккумулятора начнется. Вольтметр уже начнет показывать напряжение зарядки.
Рассчитать время заряда аккумулятора с помощью онлайн калькулятора, выбрать оптимальный режим зарядки автомобильного аккумулятора и ознакомиться с правилами его эксплуатации Вы можете посетив статью сайта «Как заряжать аккумулятор».