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).
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.
Источник
2 Схемы
Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов
ЗУ на 12 В с регулируемым зарядным током
Как всегда неожиданно пришли холода и снова пришло понимание, что нужно купить для аккумулятора машины зарядный выпрямитель. Все знают, что мороз не нравится батареям, а потому подзаряжать их от сети 220 В приходится чаще. Решено было не инвестировать в дешевые китайские автозарядки из супермаркетов, а попытаться что-то сделать самому.
Зарядное устройство должно заряжать / перезаряжать аккумулятор в автомобиле и на мотоцикле. Предполагалось также, что регулировка тока зарядки будет относительно простой в исполнении, потому что не каждый понимает настройки всяких там HTRC T240. Чтобы плавно настраивать ток, можно использовать эту очень простую схему:
Здесь используются обычные резисторы 0.125 Вт, но решено было поставить 0.5 Вт, из-за высокого напряжения. Также добавлен в схему также второй предохранитель на вторичной стороне трансформатора (10 A) на всякий случай, конденсатор фильтра 2200 мкФ 25 В и вольтметр со шкалой до 20 вольт. Диодный мост KBPC2510. Остальное, как на принципиальной схеме.
Выбор трансформатора для зарядного
В гараже нашелся какой-то старый советский трансформатор 15 В 120 VA и решено было использовать именно его в качестве основы для сборки выпрямителя.
В целом выпрямитель работает очень хорошо. После подключения лампы H4 55/60w напряжение падает примерно до 12 В, и это тоже неплохо. Это первый вариант зарядного, во втором (сделанном на заказ) использовался тороидальный трансформатор 100W 11V 9A (предназначенный для питания галогенок), и после выпрямителя там получалось более 15 В на конденсаторе. Теоретически достаточно подключить к цепи вторичного питания (после диодов моста) конденсатор около 100 мкФ / 25 В и измерить напряжение на нем, если оно достигнет 16-17 В все нормально и вы можете безопасно построить на этом трансформаторе ЗУ к АКБ.
Важно: трансформатор должен давать номинальное напряжение 12 В при нагрузке, а не 12 В на холостом ходу — это напряжение слишком низкое. Если мы используем двухтактный выпрямитель — напряжение будет около 16 В. Использование диодов Шоттки даст еще больше прирост — до 17 В. Напряжение сетки также важно — если намного меньше 220 В — не будем иметь достаточного напряжения.
Если при нагрузке напряжение падает до 12-13 В, батарея не будет полностью заряжена. Для выпрямителя требуемое напряжение составляет около 16 В! Хотя правильное зарядное напряжение — 13,8 В — 14,4 В, рекомендуется с учётом просадки на пару вольт подавать выше.
Естественно при управлении симистором в первичной обмотке присутствует постоянная составляющая тока, приводящая к насыщению сердечника и многим другим нежелательным явлениям, таким как гудение трансформатора. Большинство трансформаторов, питающихся таким образом, имеют более-менее проявляющиеся подобные симптомы, но лишь немногие не подходят вообще. В конце концов их можно устранить или заметно ослабить (силовые резисторы). Или вообще изменить тип контроля зарядного тока на такой.
Источник
Особенности и управление зарядным устройством с регулировкой по первичной обмотке трансформатора
В обычных условиях автомобильный аккумулятор заряжается при движении автомобиля. Но если машина долго стоит в гараже, то аккумуляторная батарея разряжается.
Для ее зарядки нужна зарядка для аккумуляторов с регулировкой зарядного тока. Один из вариантов этих приборов – зарядное устройство с регулировкой по первичной обмотке трансформатора.
Управление трансформатором по первичной обмотке
Скорость заряда аккумулятора зависит от тока, протекающего через него, но слишком быстрый заряд приводит к перегреву аппарата и выходу его из строя. Поэтому для зарядки аккумуляторных батарей используются устройства с регулировкой выходных параметров.
Особенности регуляторов для первички трансформаторов
Ток зарядки батареи составляет 10% ее емкости. Это значит, что аккумулятор с емкостью 60Ач заряжается током не более 6А. Напряжение заряда при работе автомобиля 14,5В. Учитывая необходимый запас, зарядное устройства должно быть способно выдать 10А при напряжении 16В.
Запас напряжения необходим для регулировки и ограничения зарядного тока.
В разных моделях аппаратов она производится разными способами:
- Добавочными сопротивлениями. Включаются после диодного моста. Самая простая конструкция, но имеющая самые большие размеры.
- Транзисторами. Высокая точность регулировки, но самая сложная схема, требующая хорошего охлаждения силовых транзисторов.
- Тиристорное управление. Простые схемы. Регулировка осуществляется тиристорным ключем в цепи первичной обмотки или тиристорами, установленными вместо диодов в выпрямительный мост.
Схема и назначение тиристорного регулятора напряжения для трансформатора
Ток, протекающий при зарядке через аккумуляторную батарею, определяется внутренним сопротивлением аккумулятора, его ЭДС и напряжением на выходе зарядного устройства. Для его изменения, кроме других способов, можно регулировать напряжение на первичной обмотке. Самый удобный способ – использование тиристорного регулятора.
Модели для зарядки аккумуляторов
Зарядные устройства делятся на три группы:
- Пусковые. Предназначены для запуска двигателя при разряженном аккумуляторе. Использовать для зарядки батареи не рекомендуется – недостаточное напряжение и отсутствие регулировок.
- Зарядные. Предназначены для заряда аккумуляторов. Имеют ручную или автоматическую регулировку.
- Пуско-зарядные. Могут выполнять обе функции.
Принцип действия тиристорного регулятора
Тиристор имеет два состояния – открытый, в котором он пропускает электрический ток и закрытый. Открывается этот элемент при протекании тока через управляющий электрод и остается открытым, пока через тиристор идет ток.
Переменное напряжение в сети имеет синусоидальную форму. Тиристор, включенный в цепи нагрузки, открывается в определенный момент полуволны. Это называется “угол открытия”. В результате этого через электроприбор ток протекает не все время, а только после перехода элемента в открытое состояние. Это меняет действующее значение напряжения на нагрузке.
Важно! Вольтметр измеряет действующее значение. Для надежной работы допустимое напряжение тиристоров должно соответствовать максимальному напряжению, которое больше в 1,4 раз. Для бытовой сети это 308В.
Разновидности и технические характеристики тиристорного регулятора
Из-за того, что тиристор пропускает через себя напряжение только одной полярности, его нелзя использовать для управления трансформатором без дополнительных элементов:
- Включить тиристор в диодный мост из 4 диодов на вывода “+” и “-“. Вывода “
” подключаются в разрыв цепи вместо выключателя или последовательно с ним. Диодный мост выпрямляет напряжение и на тиристор подается питание только одной полярности.
Открытие тиристора происходит при прохождении тока больше определенной величины и есть два способа управления углом открывания:
- Переменным сопротивлением, включенным между анодом и управляющим электродом. В течении первой половины полуволны напряжение и ток управления растут и при достижении его определенной величины, зависящей от марки элемента. Недостаток этой схемы в ограниченном диапазоне регулировки 110-220В, но этого достаточно для управления трансформатором зарядного устройства.
- Управление импульсами, которые подает отдельная схема на управляющий электрод в определенный момент полуволны синусоиды.
Допустимый ток и напряжение тиристорного регулятора зависят в первую очередь от установленных тиристоров. Самые распространенные – тиристоры серии КУ 202, но в некоторых случаях допускается применение других элементов: - КУ 202Н – 400В, 30А. Крепятся на резьбе М6. При регулировке первичной обмотки, ток которой менее 1А, используются без радиаторов.
- КУ 201л – 300В, 30А, крепление- резьба М6. Допускается использовать в первичной обмотке.
- КУ 201а – 25В, 30А, крепление – резьба М6. Можно использовать только с радиаторами при регулировке после трансформатора.
- КУ 101г – 80В, 1А. Похож на транзистор. В силовых цепях зарядных устройствах не используются, только в схемах управления.
- КУ 104а – 6В, 3А. Так же в силовых цепях не применяются.
Что представляет собой симистор
У тиристора есть недостаток, усложняющий его применение в сети переменного тока – он пропускает через себя только одну полуволну и на выходе вместо переменного напряжения получается постоянное пульсирующее. Поэтому эти приборы используются парами или вместе с диодным мостом. От этого недостатка свободен симистор.
Симистор внешне похож на тиристор. Также, как и тиристор, он открывается импульсом тока, протекающего через управляющий электрод, но этот прибор пропускает через себя обе полуволны и способен работать в сети переменного тока.
Принципиальная схема симисторного регулятора тока для активной и индуктивной нагрузки
Устройство симисторного регулятора аналогично тиристорному. Отличие в том, что симистор управляет обоими полярностями и поэтому нет необходимости использовать диодный мост или встречно-параллельное включение элементов.
Кроме того, для симистора не имеет значение полярность управляющего напряжения, что позволяет упростить схему импульсного управления.
Совет! Для регулировки симистором можно использовать диммер от лампы накаливания. Для этого он включается между анодом и управляющим электродом силового симистора.
Другие простые варианты регулировки напряжения в первичке
Кроме тиристорных и симисторных регуляторов есть другие способы управления зарядным током в первичной обмотке трансформатора:
- Переключением выводов первичной обмотки. Недостаток в том, что эти вывода необходимо делать при намотке катушек.
- Подключением зарядного аппарата после ЛАТРА (лабораторного автотрансформатора). Его мощность должна быть не менее 160Вт.
- Переменным сопротивлением, подключаемым последовательно с трансформатором. Его параметры приблизительно 50-100Ом, мощностью 50Вт и зависят от конкретного зарядного.
Несмотря на появление современных зарядных устройств, аппараты с обычными трансформаторами есть у многих владельцев автомобилей, и регулировка аппарата по первичной обмотке позволяет обойтись без мощных тиристоров или добавочных сопротивлений.
Источник