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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Электроэнергия из снега 29.11.2022 Власти японского города Аомори намерены провести технический эксперимент по выработке электроэнергии с использованием снега. Специалисты перевезут собранный во время уборки улиц снег в бассейн, расположенный в одной из закрытых школ города. Внутрь также поместят трубки с хладагентом. Предполагается, что благодаря разности температур будет создан конвекционный поток хладагента, который сможет вращать турбину, производящую электричество. Профессор Токийского университета электрокоммуникаций Кодзи Эноки подчеркнул, что эффективность такого способа может оказаться заметно выше, чем при использовании солнечных панелей. При этом использование снега является более экологичным способом выработки электроэнергии.

Другие интересные новости:

▪ Эволюция сна

▪ Управление человекоподобным роботом через 5G-сеть

▪ Обувь с GPS подскажет маршрут

▪ Малошумящий 38V LDO-регулятор ST Microelectronics LDO40L

▪ Быстрое измерение параметров магнитного поля

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Параметры радиодеталей. Подборка статей

▪ статья Государственная машина. Крылатое выражение

▪ статья В какой стране на Рождество принято решать накопившиеся за год конфликты в кулачном бою? Подробный ответ

▪ статья Электрослесарь АЗС. Должностная инструкция

▪ статья Теория: импульсные источники питания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Платки развязываются сами. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026