Зарядное устройство со стабилизацией тока. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы

 Комментарии к статье

Предлагается вниманию зарядное устройство (ЗУ) со стабилизацией установленного зарядного тока для автомобильных аккумуляторов током до 10 А. Здесь также предусмотрена схема автоматического отключения зарядного тока при достижении аккумуляторной батареей установленного напряжения. Это устройство можно использовать и как самостоятельный блок питания с регулируемым выходным напряжением и ограничением тока нагрузки для схем, не требующих строгих норм к пульсациям напряжения.

Работа данного устройства достаточно близка по принципу работы импульсных стабилизаторов напряжения с широтно-импульсным регулированием выходного напряжения. В настоящее время наиболее перспективными являются импульсные блоки питания (ИБП), но для многих радиолюбителей их изготовление сопряжено с большими трудностями.

В данной схеме была предпринята попытка применить идеи ИБП, используя тиристорный регулятор мощности. Одновременно приняты меры по достижению наиболее высокого КПД. С этой целью выбрана схема двухполупериодного выпрямителя со средней точкой выходной обмотки силового трансформатора, где вместо диодов непосредственно включены тиристоры, которые наряду с выпрямлением тока выполняют также и функции его регулирования. Для этой схемы нам понадобятся всего два радиатора для охлаждения двух тиристоров, а не четырех, как в схеме включением диодов в мост.

Зарядные токи велики - такое устройство начинает постепенно превращаться в обогревательный прибор.

Конечно, во вторичной обмотке силового трансформатора придется намотать в два раза больше витков, чем в мостовой схеме выпрямления, но зато сечение провода обмотки в два раза меньше, что при намотке трансформатора может быть даже преимуществом.

На рисунке показана схема ЗУ ("земля" показана условно, и с корпусом она не сообщается).

(нажмите для увеличения)

Схема состоит из нескольких частей:

1. Силового понижающего трансформатора Т1 с тиристорами VS1, VS2, сглаживающего фильтра питания на конденсаторах С1С4 и дросселя L1.

2. Генератора импульсов, который управляет фазой открывания тиристоров VS1 и VS2. Генератор собран по типовой схеме на аналоге однопереходного транзистора на элементах VT1 и VT2, времязадающего конденсатора С6 и согласующего импульсного трансформатора Т2.

3. Регулируемого источника тока на транзисторах VT3, VT4 и конденсатора С7 с резистором R13, выполняющего функции переменного резистора, с помощью которого регулируют фазу импульсов, вырабатываемых генератором.

4. Схемы слежения тока и напряжения для управления регулируемым источником тока на операционных усилителях DA1.1 и DA1.2 по схеме компараторов напряжения. Сюда же можно отнести и шунт амперметра R14.

5. Выпрямителя для питания схем генератора импульсов и микросхем, состоящего из диодов VD1, VD2, параметрического стабилизатора напряжения на диоде VD6 и резистора R11, сглаживающего фильтра питания на конденсаторах С8, С9, а также источников опорного напряжения для работы компараторов напряжения DA1 на резисторах R24-R27.

6. Для повышения точности отключения полностью заряженной батареи аккумуляторов дополнительно применен узел, выполненный на микросхеме DDI и элементах R8R10, VD4, VD5, VD9 и VD10.

Об этом узле надо сказать особо, его можно не устанавливать. При изготовлении ЗУ для автомобильных аккумуляторов, особенно при зарядке большими токами, при попытках их автоматизировать столкнулись с проблемой нестабильности напряжения, при котором происходит их отключение, причем на стенде все работало нормально. Проведя наблюдение, автор заметил, что владельцы ЗУ весьма некорректно подключают их к аккумуляторам, могут использовать случайные проводники (однажды видел подключение проводами более 10 м). На этих проводах образуется значительное падение напряжения, и устройство, следящее за выходным напряжением, начинает ошибочно раньше времени отключать ЗУ, а иногда и циклически включаться и выключаться.

Этот влияющий фактор можно исключить, учитывая то, что зарядный ток в цепи протекает пульсирующий, т.е. тогда, когда ЭДС выпрямителя превышает ЭДС аккумуляторной батареи, есть промежутки времени, когда отсутствует зарядный ток, в это время и нужно проводить контроль выходного напряжения. Этот алгоритм работы можно осуществить различными способами. Внедрив этот метод контроля за выходным напряжением, удалось заметно повысить точность отключения ЗУ при достижении батареей аккумуляторов установленного уровня напряжения.

Принцип действия схемы ЗУ В начальный момент при включении управляемый источник тока VT3-VT4 откроется плюсом через резистор R7, поэтому задержка фазы импульсов, вырабатываемых генератором на транзисторах VT1-VT2, минимальна. Тиристоры VS1 и VS2 открываются практически сразу с появлением полуволны синусоиды переменного тока, и мощность, потребляемая от трансформатора, максимальна. По мере заряда конденсаторов С1-С4 появится зарядный ток аккумулятора, что вызовет падение напряжения на шунте амперметра R14. Это напряжение через резистор R20 подается на инвертирующий вход компаратора напряжения DA1.1, сравнивается с установленным образцовым напряжением с переменного резистора R27.

Как только падение напряжения на шунте R14 превысит образцовое, компаратор DA1.1 переключится и на его выходе появится низкий уровень (почти "земля"). Этот низкий уровень через диод VD7 и резистор R13 подается на базу транзистора VT4, и управляемый источник тока начинает закрываться, увеличивая свое сопротивление в цепи конденсатора Сб. Импульсы генератора вырабатываются позже, тиристоры VS1-VS2 открываются меньше, уменьшается и потребляемая мощность. При уменьшении зарядного тока компаратор вновь возвращается в исходное положение, не оказывая влияния на транзисторы VT3-VT4. Таким образом осуществляется широтно-импульсное регулирование тока зарядки.

На компараторе DAI. 1 выполнена схема слежения за выходным напряжением. Как только оно превысит установленное значение (как правило, 14,6 В), компаратор DA1.2 также переключится и аналогично, только через диод VD8, далее через резистор R13 закроет транзисторы VT3-VT4, и генератор импульсов отключится, ток заряда прекратится. За счет достаточно широкой петли гистерезиса, образованной резисторами R27, R28, только при снижении напряжения на клеммах ЗУ до 12,7 В, компаратор вновь вернется в исходное положение, и ЗУ включится в работу. Светодиод HL2 сигнализирует об окончании заряда.

Как оговаривалось выше, здесь применен новый принцип контроля напряжения, повышающий точность отключения. Напряжение контролируется только в узкие периоды времени между полуволнами синусоиды переменного тока, в остальное время чувствительность компаратора сильно занижена. Узел выполнен на микросхеме DDI и вспомогательных элементах VD4, VD5, VD9, VD10, R8, R9, R10.

На микросхемах DD 1.1-DDI.2 выполнен формирователь импульсов, выделяемых из положительных полуволн синусоиды тока, взятых с вторичной обмотки трансформатора Т1 через выпрямительные диоды VD1-VD2, которые через резистор R8 и стабилитрон VD4 подаются на вход микросхемы DD1.1. Благодаря стабилитрону VD4, который отсекает часть напряжения, а также за счет пороговых свойств микросхемы DDI, на выходе DDI .2 будут импульсы частотой 100 Гц и длительностью 7...8 мс (длительность зависит от питающего напряжения). На выходе же микросхемы DDI .3 будут проинвертированные импульсы длительностью 2...3 мс при периоде 10 мс. В эти промежутки времени (2...3 мс) гарантированно отсутствует зарядный ток, и поданные импульсы с выходов микросхемы DDI .3 через диод VD10 на неинвертирующий вход компаратора DA1.2 не оказывают влияния. В этом промежутке времени и происходит контроль выходного напряжения.

В периоде, когда на выходе DDI .3 отсутствуют импульсы, т.е. присутствует низкий уровень, он значительно зашунтирует вход контроля напряжения, фактически отключая компаратор DA1.2. Когда компаратор DA1.2 срабатывает, его низкий уровень, поданный на вход микросхемы DD 1.3 через диод VD9, запрещает прохождение импульсов через микросхему DDI .3, на выходе ее присутствует высокий уровень, и влияние на компаратор она не оказывает. На практике внедрение такого принципа контроля напряжения позволило добиться весьма точного отключения батареи аккумуляторов от ЗУ.

Требования к деталям, установленным в ЗУ, не критичны, тут возможны различные взаимозамены транзисторов и диодов. Тиристоры лучше заменить более современными типа Т-112 и т.п. Дроссель L1 установлен в целях защиты тиристоров от значительных токов при зарядке конденсаторов C3С4. Дроссель выполнен на сердечнике Ш12x25 с зазором 0,1 мм, намотан проводом ПЭЛ 2,02 до заполнения.

Без конденсаторов фильтра питания схема контроля за током неработоспособна, а наличие их даже желательно, т.к. зарядка будет близка к зарядке постоянным током, что благоприятно скажется на батарее аккумуляторов. Емкости конденсаторов, особенно C3 и С4, можно увеличить, тем самым уменьшив пульсации напряжения, которые на выходе ЗУ при указанных номиналах С1-С4 составляют 1,5 В при токе нагрузки 5 А.

Для генератора импульсов схема выбрана с трансформаторным выходом, т.к. многолетняя практика обслуживания различных устройств на тиристорах показала хорошую их надежность, в отличие от схем с гальванической связью на управляющие электроды тиристоров. Тут тиристоры быстро выходят из строя даже в весьма ненагруженных схемах управления мощности. Трансформатор Т2 использован типовой МИТ-3 (можно ФИТ4), но можно изготовить и самостоятельно на сердечнике Ш7х6, все витки намотаны проводом ПЭЛ 0,15, каждая обмотка содержит по 40 витков.

Схема контроля и установки выходного напряжения, собранная на резисторах R17, R19, R20, выбрана такой для удобства монтажа, они установлены на панели вблизи выходных клемм.

Трансформатор силовой Т1 изготовлен из П-образного железа шириной 35 мм, толщиной набора 38 мм. Первичная обмотка намотана проводом ПЭЛ 0,7, 890 витков вторичная проводом ПЭЛ-1,7, по 70 витков на полуобмотку.

Шунт для амперметра при его отсутствии легко сделать из куска стальной проводки диаметром 1,8...2 мм, длиной 15... 18 см, свитой спиралью. Тогда резистором R15 градуируют шкалу измерительного прибора под ток 10 А или другую выбранную шкалу. Так делать проще и легче, чем подбирать шунт под прибор. Также под прибор подгоняют добавочное сопротивление R16 для измерения напряжения под выбранную шкалу прибора.

При необходимости гистерезис компаратора напряжения можно убрать, исключив из схемы резистор R22, тогда при достижении установленного напряжения ток уменьшится до тока содержания батарей аккумуляторов, величина которого зависит от типа батареи и ее изношенности. Тогда нет особой необходимости в установке микросхемы DD1. В этом качестве ЗУ может работать как отдельный блок питания. Резистором R18 можно регулировать выходное напряжение, а резистором R27 - устанавливать ток ограничения в цепи питания.

Литература:

1. Интегральные микросхемы. Операционные усилители. Том /. - М: Физматлит, 1993.-240 с.

Автор: Б.Г. Ерофеев

Смотрите другие статьи раздела Зарядные устройства, аккумуляторы, гальванические элементы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Прочный и легкий металл с наночастицами карбида кремния 02.01.2016 Группа ученых во главе с исследователями из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработали сверхпрочный, но одновременно очень легкий металл. Материал создан на основе магния, смешанного с наночастицами карбида кремния. Основа технологии изготовления нового металла - новый способ диспергирования и стабилизации наночастиц в жидких металлах. То, что такой метод поможет создавать прочные и легкие материалы, было теоретически установлено уже ранее, но до настоящего момента никому не удавалось применить его на практике. Новой металл (более точно его называть металлическим нанокомпозитом) состоит из примерно 14% наночастиц карбида кремния и 86% магния. Исследователи также обращают внимание на то, что магний является распространенным на Земле ресурсом, и расширение его использования не наносит ущерб окружающей среде. Металл может использоваться в конструировании легких самолетов, космических аппаратов, автомобилей, где будет, в том числе, способствовать экономии топлива. Также новый металл, по словам ученых, найдет применение в мобильной электронике и изготовлении биомедицинских устройств.

Другие интересные новости:

▪ Гель для контрацепции мужчин

▪ Вращающиеся нейтронные звезды для проверки и калибровки атомных часов

▪ Новые источники питания для светодиодных применений

▪ Измеритель частоты и мощности микроволнового излучения 53151A

▪ Разработка технологии для улавливания парниковых газов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Микроконтроллеры. Подборка статей

▪ статья Я был, я мыслил, я прошел как дым. Крылатое выражение

▪ статья Какое море в одних языках зовется Восточным, а в других - Западным? Подробный ответ

▪ статья Фимоз. Медицинская помощь

▪ статья Намотанные электроизоляционные изделия. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Люксембургские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026