Меню

Импульсное зарядное устройство с регулировкой тока и напряжения



Схемы простых мощных зарядных устройств для аккумуляторов.

Трансформаторные ЗУ для автомобильных аккумуляторов с высоким КПД: простейшие на гасящих конденсаторах, а также импульсные на тиристорах, симисторах и мощных полевых транзисторах.

Для начала давайте разомнёмся и забудем про такой параметр, как КПД. Предположим, что есть острое желание зарядить автомобильный АКБ, но нет возможности ввиду полного отсутствия зарядки. Также сделаем предположение, что в хозяйстве затерялись: лампа накаливания на 220 вольт, диодный мост с допустимым током, превышающим ток, при котором мы будем заряжать аккумулятор, либо, на худой конец, просто силовой (выпрямительный) диод с таким же допустимым током и максимальным обратным напряжением — не менее 300В.

Рис.1

Спаяв схему, приведённую на Рис.1 слева, и озадачившись соблюдением техники безопасности, а также полярности подключения ЗУ к АКБ, получаем вполне себе работоспособное устройство, обеспечивающее нормированный и постоянный ток заряда подопечного аккумулятора.
Поскольку 220 вольт — это действующее значение переменного напряжения сети, то силу тока, протекающую через АКБ можно рассчитать по простой формуле:
Iзар(А) = Pламп(Вт) / (220 — Uакб)(В) ≈ Pламп(Вт) / 220(В) .
Параллельное соединение двух ламп — удваивает зарядный ток, трёх — утраивает и т. д. до разумной бесконечности.
Схема, изображённая на Рис.1 справа, выдаёт ток, вдвое меньший по сравнению с предыдущей.
Большим преимуществом приведённых схем является возможность зарядки любых аккумуляторов, независимо от собственных значений их напряжений.

Ещё одна простая и бюджетная схема зарядного устройства для аккумулятора с рабочим напряжением 12 или 6 В и электрической ёмкостью от 10 до 120 А/ч представлена на Рис.2.


Рис.2

Устройство состоит из понижающего трансформатора Т1 и мощного выпрямителя, собранного на диодах VD2-VD5. Установка зарядного тока производится переключателями S2-S5, при помощи которых в цепь питания первичной обмотки трансформатора подключаются гасящие конденсаторы C1-C4.
Благодаря кратному «весу» каждого переключателя, различные комбинации позволяют ступенчато регулировать ток зарядки в пределах 1–15 А с шагом 1 А. Этого достаточно для выбора оптимального тока зарядки.

В конструкции можно использовать любой силовой трансформатор мощностью около 300 Вт, в том числе и самодельный. Он должен выдавать на вторичной обмотке напряжение 22–24 В при токе до 10–15 А. На месте VD2-VD5 подойдут любые выпрямительные диоды, выдерживающие прямой ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 40 В. Подойдут Д214 или Д242. Их следует установить через изолирующие прокладки на радиатор с площадью рассеяния не менее 300 кв. см.

Конденсаторы С2-С5 обязательно должны быть неполярные бумажные с рабочим напряжением не ниже 300 В. Подойдут, к примеру, МБЧГ, КБГ-МН, МБГО, МБГП, МБМ, МБГЧ. Подобные конденсаторы, имеющие форму кубиков, широко использовались как фазосдвигающие для электромоторов бытовой техники. В качестве PU1 использован вольтметр постоянного тока типа М5−2 с пределом измерения 30 В. PA1 — амперметр того же типа с пределом измерения 30 А.

В данной схеме высокий показатель КПД достигнут за счёт применения в качестве токозадающих элементов конденсаторов, которые, как известно, имеют реактивную проводимость и не выделяют на себе тепловой мощности.
Далее будут приведены импульсные (ключевые) зарядные устройства, построенные по другому принципу, но также отличающиеся низким собственным энергопотреблением.

Одними из первых импульсных ЗУ, появившихся на рынке, были тиристорные устройства.
Вообще, тиристор — это прибор достаточно капризный и требующий для надёжной работы соблюдения определённого набора условий. Именно поэтому — большинство простейших схем, приведённых в различных источниках, грешат не очень стабильной работой и необходимостью подбора элементов.

Из числа удачных простых разработок можно привести схему тиристорного зарядного устройства из книги уважаемого Т. Ходасевича «Зарядные устройства», многократно повторённую многочисленной радиолюбительской братвой и изображённую на Рис.3.


Рис.3

Вот что пишет автор:

Зарядное устройство позволяет заряжать авто аккумуляторные батареи током от 0 до 10 А, а также может служить регулируемым источником питания для мощного низковольтного паяльника, вулканизатора, переносной лампы.
Зарядный ток по форме близок к импульсному, который, как считается, содействует продлению срока службы батареи.
Устройство работоспособно при температуре окружающей среды от — 35 °С до + 35°С.

Зарядное устройство представляет собой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего трансформатора Т1 через диодный мост VDI. VD4.
Узел управления тиристором выполнен на аналоге однопереходного транзистора VTI, VT2. Время, в течение которого конденсатор С2 заряжается до переключения однопереходного транзистора, можно регулировать переменным резистором R1. При крайнем правом по схеме положении его движка зарядный ток будет максимальным, и наоборот.
Диод VD5 защищает управляющую цепь тиристора VS1 от обратного напряжения, возникающего при включении тиристора.

Конденсатор С2 — К73-11, ёмкостью от 0,47 до 1 мкФ, или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Транзистор КТ361А заменим на КТ361Б — КТ361Ё, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж — KT50IK, а КТ315Л — на КТ315Б + КТ315Д КТ312Б, КТ3102Л, КТ503В + КТ503Г, П307. Вместо КД105Б подойдут диоды КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 — СП-1, СПЗ-30а или СПО-1.
Амперметр РА1 — любой постоянного тока со шкалой на 10 А. Его можно сделать самостоятельно из любого миллиамперметра, подобрав шунт по образцовому амперметру.
Предохранитель F1 — плавкий, но удобно применять и сетевой автомат на 10 А либо автомобильный биметаллический на такой же ток. Диоды VD1. VP4 могут быть любыми на прямой ток 10 А и обратное напряжение не менее 50 В (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213).
Диоды выпрямителя и тиристор устанавливают на теплоотводы, каждый полезной площадью возле 100 см*. Для улучшения теплового контакта устройств с теплоотводами желательно использовать теплопроводные пасты.
Вместо тиристора КУ202В подойдут КУ202Г — КУ202Е. Проверено на практике, что устройство нормально работает и с более мощными тиристорами Т-160, Т-250.
В приборе может быть использован готовый сетевой понижающий трансформатор необходимой мощности с напряжением вторичной обмотки от 18 до 22 В.
Если у трансформатора напряжение на вторичной обмотке более 18 В, резистор R5 следует заменить другим, большего сопротивления (к примеру, при 24. 26 В сопротивление резистора следует увеличить до 200 Ом).

Читайте также:  Регулировка дроссельной заслонки дэу матиз

Несмотря на популярность и работоспособность приведённый схемы, при функционировании устройства многие отмечают нехарактерное гудение трансформатора на частотах, отличных от 100 Гц. Связано это с отсутствием чётких и быстрых фронтов/спадов у сигналов, поступающих на управляющий вход тиристора при его включении/выключении, что в свою очередь создаёт условия для возникновения процессов генерации в нагрузке.

Несколько лучше и надёжнее работают импульсные зарядные устройства, в которых коммутирующий элемент выполнен на симметричном (двухполярном) аналоге тиристора — симисторе.
На Рис.4 приведена схема подобного устройства из вышеупомянутой книги Т. Ходасевича.


Рис.4

Описываемое ниже простое зарядное устройство имеет широкие пределы регулирования зарядного тока — практически от 0 до 10А и может быть использовано для зарядки различных аккумуляторов на напряжение 12В.
В основу устройства положен симисторный регулятор с маломощным диодным мостом VD1-VD4 и резисторами R3 и R5. После подключения устройства к сети при плюсовом её полупериоде начинает заряжаться конденсатор С2 через резистор R3, диод VD1 и последовательно соединённые резисторы R1 и R2. При минусовом полупериоде — через те же R1 и R2, диод VD2 и резистор R5. В обоих случаях конденсатор заряжается до одного и того же напряжения, меняется лишь полярность его зарядки. Как только напряжение на конденсаторе достигнет порога зажигания неоновой лампы HL1, она зажигается и конденсатор быстро разряжается через лампу и управляющий электрод симистора VS1.При этом симистор открывается. В конце полупериода симистор закрывается. описанный процесс повторяется в каждом полупериоде сети.
Общеизвестно, что управление симистором посредством короткого импульса имеет тот недостаток, что при индуктивной или высокоомной активной нагрузке анодный ток прибора может не успеть достигнуть значения тока удержания за время действия управляющего импульса.
Одной из мер по устранению этого недостатка является включение параллельно нагрузке резистора. В описываемом зарядном устройстве такими резисторами являются резисторы R3 и R5, которые в зависимости от полярности полупериода сетевого напряжения поочерёдно подключаются параллельно первичной обмотке трансформатора.
Этой же цели служит и мощный резистор R6, являющийся нагрузкой выпрямителя VD5, VD6. Этот же резистор формирует импульсы разрядного тока, которые продлевают срок службы АКБ.

Вместо резистора R6 можно установить лампу накаливания на напряжение 12В мощностью 10Вт.
При изготовлении трансформатора задаются следующими параметрами: напряжением на вторичной обмотке 20В при токе 10А.

Несколько упростить описанное выше устройство можно применив в его высоковольтной части динистор (Рис.5).

Рис.5

Данную схему с диаграммами мы подробно рассмотрели на странице ссылка на страницу. Поэтому повторяться не буду, скажу лишь, что наличие снабберной цепи, показанной на схеме синим цветом — обязательно. В качестве нагрузки выступает первичная обмотка сетевого трансформатора.

В современных зарядных устройствах в качестве переключающего (регулирующего) элемента практически повсеместно используются мощные полевые транзисторы. Одно из подобных устройств было подробно описано в журнале Радио №5 2011г на странице 44.

Блок управления зарядным устройством представляет собой импульсный генератор, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2 (см. схему на рис. 6) и позволяющий регулировать скважность импульсов, буферный усилитель — инвертор на элементах DD1.3 и DD1.4 и переключающий регулирующий элемент — полевой транзистор VT1.
При указанных на схеме номиналах элементов частота генератора — около 13 кГц. Так как сопротивление открытого канала транзистора VT1 очень мало (0,017 0м) и работает он в переключательном режиме, при токе зарядки до 5 А транзистор практически не нагревается — рассеиваемая тепловая мощность не превышает 0,55 Вт.
В качестве понижающего использован сетевой трансформатор габаритной мощностью 150 Вт с вторичной обмоткой, обеспечивающей постоянное напряжение 16. 17 В на конденсаторе С1 и зарядный ток до 6 А.
Выпрямительный мост собран на диодах Шоттки, VD1 — сдвоенный SBL4045PT, a VD2 и VD3 — одиночные 10TQ045.
Если вторичную обмотку сетевого трансформатора намотать с отводом от середины, число диодов в выпрямителе и тепловыделение от них можно уменьшить вдвое.
Чертёж платы представлен на Рис.7.

Описанный узел управления также можно использовать в осветительных и нагревательных приборах, для изменения частоты вращения коллекторных электродвигателей. При этом питающее напряжение устройств можно варьировать в широких пределах, определяемых максимально допустимыми параметрами для переключательного транзистора и, конечно же, выпрямителя. В частности, используемый в узле транзистор IRFZ46N имеет максимальную рассеиваемую мощность 107 Вт, максимальный ток через канал 53 А, максимальное напряжение сток—исток 55 В. Возможна его замена транзистором IRFZ44N.
Предлагаемое устройство позволяет регулировать мощность от нуля до максимального значения, а регулирующий транзистор не нуждается в эффективном отведении тепла при увеличении тока нагрузки до 5 А.

Читайте также:  Регулировка шпули безынерционной катушки шайбами

Источник

Блок питания с регулировкой тока и напряжения своими руками

Всем известно, что мощный регулируемый блок питания с регулировкой напряжения и тока самое популярное и востребованное электронное устройство, с изготовления которого начинают свой творческий путь начинающие радиолюбители. Схем очень много, какую выбрать и с чего начинать многие просто теряются. Одним нужен простой лабораторный блок питания с регулировкой напряжения и тока, другим мощное зарядное устройство для зарядки автомобильного аккумулятора, а я предлагаю вам собрать своими руками простой универсальный блок питания с регулировкой напряжения и тока, который можно использовать для выполнения любых задач, питания электронных самоделок и зарядки автомобильного аккумулятора. Все, что от вас потребуется это усидчивость, минимальные знания электроники и умение пользоваться паяльником. А если возникнут вопросы, задавайте их в комментариях, я вам обязательно помогу.

Хватит слов приступим к делу!

На этом рисунке изображена схема блока питания с регулировкой напряжения и тока от 2.4В до 28В и силой тока до 30А.

Схема блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 30А

Важным элементом данной схемы является регулируемый стабилизатор напряжения микросхема TL431 или, как ее еще называют управляемый стабилитрон позволяющий плавно регулировать напряжение от 2.4 вольта до 28 вольт. Благодаря четырем силовым транзисторам, установленным на больших радиаторах, блок питания может выдержать ток до 30А. Также имеется регулировка тока и защита от переполюсовки, поэтому блок питания можно и даже нужно использовать, как зарядное устройство для автомобильного аккумулятора.

Делитель напряжения, построенный на мощном 5 Вт резисторе R1 и переменном резисторе Р1 ограничивает ток на катоде и на управляющем электроде стабилитрона TL431. Вращением ручки переменного резистора Р1 задается выходное напряжение стабилитрона, стабилизатор напряжения TL431, автоматически стабилизирует напряжение заданное переменным резистором Р1. С микросхемы TL431 ток поступает на базу транзистора Т1. Транзистор выполняет роль ключа и управляет двумя мощными биполярными транзисторами Т2 и Т3 соединенных параллельно для увеличения выходной мощности. В выходной каскад транзисторов установлены уравнительные резисторы R2 и R3. Далее ток поступает на плюсовую клейму блока питания.

Как работает регулировка тока?

В данной схеме реализована функция ограничения тока на двух мощных полевых транзисторах Т4 и Т5 соединенных параллельно. Давайте рассмотрим, как это работает. С диодного моста ток поступает на стабилизатор напряжения L7812CV, напряжение снижается до 12В, это безопасное значение для затворов транзисторов. Далее ток поступает на делитель напряжения собранный на переменном резисторе Р2 и постоянном резисторе R4. С движка переменного резистора Р2 ток проходит через тока ограничительные резисторы R5 и R6 открывая затворы полевых транзисторов Т4 и Т5. Транзисторы проводят через себя определенное количество тока в зависимости от сопротивления переменного резистора Р2. В данной схеме ток регулируется при любом выходном напряжении.

Также предусмотрена защита от переполюсовки, состоящая из двух светодиодов. Зеленый светодиод сигнализирует о правильном подключении автомобильного аккумулятора к выходу блоку питания, а красный светодиод, о ошибке подключения. Резисторы R7 и R8 ограничивают ток для светодиодов.

А, вот и печатная плата!

На этом рисунке изображена печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 30А

Печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 30А

Печатную плату вы можете изготовить с помощью лазерно утюжной технологии для продвинутых, а также навесным монтажом этот способ больше подходит для начинающих радиолюбителей и они о нем прекрасно знают. Для изготовления печатной платы вам понадобиться фольгированный стеклотекстолит размером 100х83 мм. Большинство деталей устанавливаются на печатной плате за исключением транзисторов Т2, Т3, Т4, Т5, а также стабилизатор напряжения L7812CV и резисторы R2, R3, Р1, Р2. Биполярные транзисторы Т2 и Т3 устанавливаются на отдельном радиаторе без изоляционных прокладок, потому, что коллекторы транзисторов все равно по схеме соединяются вместе. Полевые транзисторы Т4, Т5 надо тоже установить на отдельном радиаторе без изоляции.

На этом рисунке изображены два радиатора с установленными транзисторами. Между собой радиаторы скреплены двумя лентами двухстороннего автомобильного скотча выполняющего роль электро изоляции. Сверху к радиаторам прикручена винтами пластиковая скрепляющая пластина, придающая жесткость конструкции. К ней будет крепиться дополнительная пластина с печатной платой и вентилятор.

Поскольку уравнительные резисторы R2 и R3 довольно большого размера для их предусмотрена специальная печатная плата, которая изображена на этом рисунке. Размер печатной платы 85х40 мм.

Печатная плата блока резисторов

Стабилизатор напряжения L7812CV надо закрепить на отдельный радиатор от компьютерного блока питания, потому, что в процессе работы он сильно нагревается. На этой картинке он находится в самом низу на радиаторе от компьютерного блока питания. С правой стороны вы увидите плату с уравнительными резисторами R2 и R3. Транзистор Т1 установлен на маленький радиатор. Переменные резисторы Р1 и Р2 тоже вынесены на верхнюю панель. Диодная сборка установлена на отдельном радиаторе, при большой нагрузке она очень сильно греется.

Читайте также:  Оборудование для регулировки насос форсунки

Для охлаждения радиаторов к установленному в блоке питания стабилизатору напряжения L7812CV я подключил вентилятор размером 120х120 мм, он отлично справляется со своей задачей.

Если вы хотите подключить вентилятор от дополнительной обмотки трансформатора, тогда вам надо поставить дополнительный стабилизатор напряжения по этой схеме.

Схема подключения вентилятора

Как подключить Китайский вольтметр амперметр?

При подключении Китайских электронных вольтметров амперметров возникает очень много различных проблем, то показания скачут, то завышает, то занижает, кому то бракованный прислали, вообщем качество Китайских приборов оставляет желать лучшего. Китайцы продают на АлиЭкспресс две модели чудо приборов. Первая модель имеет два тонких провода красный и черный, три толстых, красный, черный и синий. У второй модели три тонких провода, красный, черный, желтый и два толстых, красный и черный. Чтобы это Китайское чудо правильно работало и не искажало показания, надо знать простое правило, питание у прибора должно быть отдельное потому, что у прибора нет гальванической развязки и поэтому питание на Китайский вольтметр амперметр обязательно надо брать с дополнительной обмотки трансформатора или дополнительного источника питания, для этих целей идеально подойдет зарядка от телефона.

А лучше всего сделать выбор в сторону Китайских стрелочных аналоговых приборов класса точности 2.5. Поставить отдельно вольтметр и амперметр будет намного проще и точнее. Выбор остается за вами.

На этом рисунке изображена схема подключения Китайского вольтметра амперметра.

Схема подключения китайского вольтметра амперметра к блоку питания

Испытания блока питания

Пришло время испытать блок питания в деле. У микросхемы TL431 есть такая особенность, нижний порог напряжения 2.4 вольта, поэтому в блоке питания напряжение регулируется от 2.4 вольта до 27.4 вольта. Без нагрузки я выставил напряжение 12.5 вольт и подключил галогеновую лампу Н4. Напряжение под нагрузкой упало до 12.3 вольта, просадка составила всего 0.2 вольта при силе тока 4.88 ампера. Это очень хороший результат. Микросхема TL431 прекрасно стабилизирует напряжение. Как работает ограничение тока смотрите в видеоролике.

Как заряжать автомобильный аккумулятор?

Ну и самое интересное, это использование блока питания в качестве зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. При выключенном блоке питания подключаем аккумулятор. Если горит зеленый светодиод, значит все подключено правильно. Что будет если поменять клеймы местами? А, ничего… Просто загорится красный светодиод, означающий ошибку в подключении.

Далее отключаем минусовую клейму, включаем блок питания и выставляем на блоке 14.5 вольт. Подключаем минусовую клейму к аккумулятору. И ручкой регулировки тока выставляем в начале зарядки ток не более 6 ампер для 60 амперного аккумулятора. К концу зарядки ток упадет до 0.1 ампера, а напряжение поднимется до 14.5 вольт. Это будет говорить о том, что аккумулятор полностью заряжен.

Для любителей «чем проще, тем лучше,» предлагаю собрать упрощенную схему блока питания на 15А

Данная схема регулируемого блока питания с регулировкой напряжения и тока рассчитана на максимальный ток до 15А. В ней отсутствуют дополнительные силовые транзисторы и уравнительные резисторы, что немного упрощает схему и делает её более бюджетной по сравнению со схемой на 30А.

Схема блока питания с регулировкой тока и напряжения 2.4…28В 15А

Печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В. Размер платы 100х60 мм.

Печатная плата блока питания с регулировкой тока и напряжения от 2.4В до 28В 15А

Радиодетали для сборки

Регулируемый блок питания с регулировкой тока и напряжения 30А

  • Регулируемый стабилитрон (микросхема) TL431
  • Диодный мост на 50А KBPC5010
  • Конденсаторы С1, С2 4700 мкФ 50В
  • Резисторы R1 1 кОм 5Вт, R2, R3 0.1 Ом 20 Вт, R4 100 Ом, R5, R6 47 Ом, R7, R8 2.7 кОм 0.25Вт, Р1 5 кОм, Р2 1 кОм.
  • Радиатор 100х63х33 мм 2шт, радиатор KG-487-17 (HS 077-30) 1шт, радиатор от компьютерного блока питания 1шт
  • Стабилизатор напряжения L7812CV
  • Транзисторы Т1 TIP41C, КТ805, КТ819, Т2, Т3 TIP35C, КТ 867А, Т4, Т5 IRFP250, IRFP260
  • Светодиоды LED1, LED2 на 3В зеленый и красный

Регулируемый блок питания с регулировкой тока и напряжения 15А

  • Регулируемый стабилитрон (микросхема) TL431
  • Диодный мост на 25А KBPC2510
  • Конденсаторы С1, С2 4700 мкФ 50В
  • Резисторы R1 1 кОм 5Вт, R2 100 Ом, R3 47 Ом, R4, R5 2.7 кОм 0.25Вт, Р1 5 кОм, Р2 1 кОм.
  • Радиатор 100х63х33 мм 1шт, радиатор KG-487-17 (HS 077-30) 1шт, радиатор от компьютерного блока питания 1шт
  • Стабилизатор напряжения L7812CV
  • Транзисторы Т1 TIP41C, КТ805, КТ819, Т2 TIP35C, КТ 867А, Т3 IRFP250, IRFP260
  • Светодиоды LED1, LED2 на 3В зеленый и красный

Чем заменить микросхему TL431?

Аналогом микросхемы TL431 является регулируемый стабилитрон КА431, из советских КР142ЕН19А, К1156ЕР5Х

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать блок питания с регулировкой тока и напряжения своими руками

Источник