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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Воду нагрели до рекордной температуры 16.05.2018 Ученые из немецкого исследовательского центра по физике частиц DESY и Уппсальского университета (Швеция) провели эксперимент по сверхбыстрому нагреванию воды рентгеновским лазером (разером) - и посмотрели, совпадает ли результат с симуляцией. Обычно нагревание при кипячении воды заключается в передаче молекулам кинетической энергии через вибрацию с помощью конвекции или теплоизлучением. Но в данном случае физики использовали иной метод, где энергия передается через ионизацию одиночными фемтосекундными импульсами рентгеновского лазера на свободных электронах. Это вызывает быструю ионизации с появлением экзотического состояния плазмы, известного как теплое плотное вещество (warm dense matter, WOM). Теплое плотное вещество (ТПВ) - агрегатное состояние вещества, которое по своим параметрам находится между твердым телом и идеальной плазмой. Оно слишком плотное, чтобы быть описанным как плазма, и слишком горячее, чтобы относиться к физике конденсированных сред. Другими словами, это нечто среднее между плазмой и твердым телом. Оно намного плотнее, чем плазма (от 0,01 до 100 г на см2), а в некоторых случаях имеет удельный вес в два раза больше, чем твердое вещество, из которого получено. В общем, своеобразное вещество Шредингера. Нынешний эксперимент по получению ТПВ из воды провела группа ученых из Центра исследований лазеров на свободных электронах (CFEL) в DESY. Нагрев молекул с одновременным исследованием состояния проводилось с помощью рентгеновского лазера на свободных электронах в Национальной лаборатории ускорителей SLAC (США). Разер осуществлял чрезвычайно интенсивные сверхкороткие вспышки рентгеновского излучения 6,86 кэВ (более 106 Дж/см2) по струе воды. Менее чем за 75 фемтосекунд, то есть 75 квинтиллионных долей секунды вода проходит фазовый переход от жидкости к плазме. Плазма - это состояние вещества, в котором электроны удалены из атомов, что приводит к своего рода электрически заряженному газу. "Но во время превращения жидкости в плазму вода по-прежнему сохраняет плотность жидкости, так как атомы еще не успели значительно переместиться", - объясняет соавтор эксперимента Олоф Йонссон (Olof Jonsson) из Уппсальского университета. Такое экзотическое состояние материи невозможно найти в естественном состоянии на Земле: "У него такие же характеристики, как у некоторых плазм на Солнце и в газовом гиганте Юпитер, но только более низкая плотность. Между тем оно горячее, чем ядро Земли". Проведение эксперимента именно на воде позволяет лучше узнать о свойствах воды в столь экзотическом состоянии. Это тем более важно, учитывая некоторые действительно уникальные свойства этого вещества: "Вода действительно странная жидкость, и если бы не ее особенности, то многие вещи на Земле не были бы такими, как они есть, особенно жизнь", - подчеркнул Йонссон. У воды множество аномальных характеристик и свойств, включая плотность, теплоемкость и теплопроводность.

Другие интересные новости:

▪ Имплантат для подключения мозга к компьютеру

▪ Малярийные комары чувствуют токсины

▪ Портативная камера с поддержкой SD карт памяти

▪ Туристический чемодан с электроникой

▪ Очки-имплантаты для слепых

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья Слышу речь не мальчика, но мужа. Крылатое выражение

▪ статья Чем уникальна рыба латимерия? Подробный ответ

▪ статья Отравление, общие принципы диагностики и медицинской помощи. Медицинская помощь

▪ статья Антенное согласующее устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Птичкина хитрость. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026