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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Водородный кроссовер Audi H-Tron Quattro 12.01.2016 Компания Audi на Североамериканском международном автосалоне в Детройте впервые продемонстрировала концептуальный кроссовер H-Tron Quattro, работающий на водороде. Силовая установка автомобиля объединяет блок водородных топливных элементов и аккумуляторную батарею. На передней оси установлен электрический мотор мощностью 90 кВт (121 лошадиная сила), на задней - мощностью 140 кВт (188 лошадиных сил). Audi заявляет, что с 0 до 100 км/ч кроссовер способен разгоняться менее чем за 7 секунд. На одной заправке машина может преодолеть расстояние до 600 км; восполнение запасов водорода занимает приблизительно четыре минуты. На примере H-Tron Quattro также демонстрируются передовые технологии самоуправления и автоматической парковки. Система автопилотирования Audi дебютирует на седане представительского класса Audi A8 следующего поколения, который выйдет в 2017 году. Технологии данной системы могут управлять автомобилем во время парковки или движения в плотном потоке при частых остановках и трогании с места на шоссе со скоростью до 60 км/ч. Кроме того, в концепте применена виртуальная приборно-информационная панель нового поколения, о которой мы рассказывали на днях. Она включает большие дисплеи с активной матрицей на органических светодиодах (AMOLED) и тактильной отдачей. Возможно беспроводное подключение мобильных устройств, например, смартфонов и "умных" часов.

Другие интересные новости:

▪ Разработан прозрачный и бесшумный роботизированный угорь

▪ Водка из парниковых газов

▪ Будет построена крупнейшая плавучая ветроэлектростанция

▪ Феномен полиплоидии обнаружен у насекомых

▪ Разгадан феномен женского чутья

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Конспекты лекций, шпаргалки. Подборка статей

▪ статья Государственная политика в области предупреждения и ликвидации ЧС, защиты населения и территорий. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Что такое идеализм? Подробный ответ

▪ статья Машинист электростанции передвижной. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Компьютеры. Разное. Справочник

▪ статья Скатерть-самобранка. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025