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 h5 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.

Зарядное устройство для аккумуляторов, с установкой тока и напряжения заряда

Предлагается вариант изготовления зарядного устройства аккумуляторов для бытовых приборов, с установкой тока и напряжения зарядки, со стабилизацией тока на нагрузке.

При периодическом проживании в летнем доме, иногда появляется необходимость в подзарядке различных источников питания для часов, приемника, фонарика. Кроме того, требуют заряда и Li-ion аккумуляторы от старых мобильных телефонов, используемые в изготовленных ранее самоделках. Учитывая то, что используемые аккумуляторы имеют различную форму, габариты и присоединительные размеры, а также различные режимы заряда, необходимо изготовить, в какой-то мере, универсальное зарядное устройство (ЗУ). Так как это ЗУ будет использоваться лишь периодически, изготовлять или приобретать специализированные ЗУ для каждого вида аккумуляторов не имеет смысла.

В связи с этим, для зарядки различных маломощных аккумуляторов, изготовим единое, упрощенное, но надежное зарядное устройство. При зарядке аккумуляторов под периодическим визуальным контролем над окончанием заряда, имея возможность установки режимов (величина стабильного тока и предельное напряжение заряда) такое ЗУ обеспечит качественную работу.

Процесс изготовления зарядного устройства для выполнения поставленной задачи рассмотрен ниже.

1. Установка исходных данных.
Для правильной эксплуатации никель-металлогидридных аккумуляторов рекомендуется поддерживать рабочее напряжение на элементах в пределах 1,2…1,4 вольта, допускается предельное снижение до 0,9 вольта. Быструю зарядку NiMH элементов батарей рекомендуется проводить при напряжении 0,8…1,8 вольта, с величиной тока заряда в интервале 0,3…0,5С.

Рабочее напряжение для Li-ion аккумулятора 3,0…3,7 вольта. Зарядку аккумулятора необходимо выполнять до предельного напряжения 4,2 вольта, с током заряда в интервале 0,1…0,5С (до 450 mA при емкости аккумулятора 900 mAh).

Учитывая рекомендации, установим следующие характеристики изготовляемого ЗУ:
Выходное напряжение 1,3…1,8 вольта (для NiMH аккумулятора).
Выходное напряжение 3,5…4,2 вольта (для Li-ion аккумулятора).
Выходной ток (регулируемый) – 100…400 mA (…900 mA).
Входное напряжение — 9…12 вольт.
Входной ток — 400 mA (1000 mA).

2. Источник тока.
В качестве источника тока для ЗУ применим мобильный адаптер 220/9 вольт, 400 mA. Можно использовать более мощный адаптер (например, 220/1,6…12 вольт, 1000 mA). При этом изменений в конструкции ЗУ не потребуется.

3. Схема зарядного устройства.
Схема ЗУ проста в изготовлении и наладке, не имеет дефицитных и дорогих деталей. Устройство позволяет заряжать различные аккумуляторы стабильным, заранее установленным, током. А также, до начала зарядки, можно установить предельное напряжение, выше которого оно не поднимется на клеммах аккумулятора, в течении всего процессе зарядки.

Изготовим ЗУ по схеме.

4. Описание работы схемы ЗУ.
Узел управления выходным током построен на силовом составном транзисторе VТ1. Максимальную величину выходного тока заряда ограничивает низкоомный резистор R7 (при номиналах деталей указанных на схеме и соответствующем по мощности блоке питания, максимальный ток заряда Li-ion аккумулятора достигает 1,2 А). При отсутствии резистора, необходимого сопротивления и мощности, его можно собрать из нескольких дешевых и распространённых резисторов. Например, в приведенной конструкции, трехваттный резистор R7 сопротивлением 3,4 Ом собран из двух последовательно соединенных групп, по три параллельно включенных резистора МЛТ-1 сопротивлением 5,1 Ом.

На транзисторе VТ2 и резисторах R5, R6 реализован стабилизатор и регулятор зарядного тока. Переменный резистор R6 включен параллельно ограничительному резистору R7 и является датчиком тока. Ток через резистор R6 пропорционален току через резистор R7, но благодаря соотношению сопротивлений имеет значительно меньшую величину, что позволяет управлять выходным током с помощью переменного резистора и транзистора малой мощности.

Под нагрузкой, на датчике тока появляется падение напряжения, пропорциональное проходящему току. При изменении тока зарядки, по различным причинам, соразмерно изменяется падение напряжения на R6 и соответственно управляющее напряжение на базе транзистора VТ2.
При увеличении напряжения на базе VТ2, увеличивается ток К-Э транзистора VT2, снижая напряжение на базе VТ1. При этом, силовой транзистор VT1 начинает закрываться, уменьшая зарядный ток аккумулятора. И наоборот, при уменьшении напряжения на базе VТ2, зарядный ток увеличивается. Таким образом, осуществляется автоматическая корректировка тока в нагрузке — стабилизация тока заряда.

Изменяя сопротивление резистора R6, мы можем установить необходимый ток заряда аккумулятора. После регулировки, происходят аналогичные процессы стабилизации вновь установленного тока.

Узел установки предельного напряжения выполнен на регулируемом стабилизаторе напряжения DA1 (TL431). Подбирая сопротивление резисторов R3 и R4, выбираем оптимальный диапазон регулирования напряжения. С помощью переменного резистора R4 устанавливаем предельное напряжение на выходе (до подключения аккумулятора к ЗУ).

При подсоединении разряженного аккумулятора к ЗУ, напряжение на выходе понижается. Через аккумулятор начинает проходить ток, установленный с помощью резистора R6. По мере заряда и повышения напряжения на аккумуляторе, потенциал на управляющем электроде стабилитрона DA1 приближается к 2,5 вольт, стабилитрон TL431 начинает открываться. При этом, напряжение на базе VТ1 постепенно понижается, силовой транзистор закрывается, а ток зарядки, протекающий по нему, постепенно уменьшаться практически до нуля.
В разъем Х2 включается амперметр (мультиметр) для установки и контроля зарядного тока, при зарядке однотипных элементов вместо него устанавливается перемычка.

Разъем Х3 используется для установки Li-ion аккумулятора от мобильного телефона. В разъем Х4 возможно установить аккумуляторы цилиндрической формы различной длины, с напряжением 1,2…1,4 вольта. Диоды VD1 и VD2 включены в цепь разъема X4, для понижения напряжения заряда аккумулятора до 1,3…1,8 вольта и предотвращения разряда аккумуляторов при отключении ЗУ. С помощью выносных щупов с зажимом, можно подключить для зарядки нестандартный аккумулятор с рабочим напряжением до 6… 9 вольт.

5. Изготовление корпуса зарядного устройства
Для корпуса ЗУ используем пластмассовую крышку от старого реле, размерами 90 х 60 х 65 мм. Усиливаем корпус панелью из текстолита для установки разъемов. Сверлим необходимые крепежные отверстия.

6. Комплектуем корпус разъемами и изготовляем нестандартные элементы.

7. Собираем корпус с навесными элементами. На задней панели расположены разъемы — контрольный Х2 (внизу) и входной Х1для соединения с адаптером питания ЗУ. Наверху корпуса расположена панель для установки Li-ion аккумулятора.

8. На передней стороне ЗУ закреплены ложемент и контакты для установки цилиндрических аккумуляторов.

9. Комплектуем ЗУ деталями согласно приведенной схеме.
Откладываем детали, имеющие большое тепловыделение. В данном случае это силовой транзистор VТ1 на радиаторе и сборный резистор R7, составленный из шести резисторов меньшей мощности. Для улучшения температурного режима, собираем эти детали на отдельной плате. Остальные детали устанавливаем и распаиваем на второй плате.

Размеры плат определяются внутренними размерами корпуса и их расположением в объеме корпуса. Определившись с расположением плат, сверлим в корпусе отверстия под переменные сопротивления и вентиляционные отверстия для отвода тепла.



10. Сборка ЗУ
Согласно схеме ЗУ собираем вместе силовую и управляющую платы, проверяем работоспособность схемы.
Устанавливаем и закрепляем все комплектующие ЗУ в корпусе. Для исключения возможного электрического контакта, изолируем от окружения управляющую плату пластмассовым колпачком.
Собираем конструкцию ЗУ в целом и проверяем работу устройства.





11. Работа зарядного устройства.
До подключения Li-ion аккумулятора к ЗУ, с помощью переменного резистора R4 (регулировка напряжения) устанавливаем предельное напряжение заряда на выходных клеммах для этого аккумулятора.

Подключаем аккумулятор, напряжение на выходе понижается до остаточного напряжения на аккумуляторе. Регулировкой сопротивления резистора R6 (регулировка тока), устанавливаем необходимый зарядный ток.

При установке элемента аккумулятора цилиндрической формы, процесс выбора режимов аналогичен.
При включении ЗУ, до установки аккумулятора, открывается стабилизатор напряжения DA1 (напряжение на управляющем электроде стабилитрона выше 2,5 вольт) и загорается светодиод LED2 (красный индикатор, слева).

Подключаем аккумулятор, напряжение на выходе понижается. Начинается зарядка установленным стабильным током. Светодиод LED2 гаснет. В зависимости от установленного тока, возможно некоторое свечение светодиода LED3 (красный индикатор, справа).

При достижении выставленного напряжения, заряд продолжается при этом напряжении, но с уменьшающимся током заряда. Яркость светодиода LED3 возрастает, включается светодиод LED2. Максимальная яркость светодиодов LED2 и LED3 указывает на минимальный зарядный ток, свойственный окончанию зарядки аккумулятора.

Доставка новых самоделок на почту

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

ПРОСТОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ АВТОМОБИЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ

Попалась в интернете схема двухканального зарядного устройства. Я не стал делать сразу на два канала, так как не было необходимости — собрал один. Схема вполне рабочая и заряжает прекрасно.

Схема ЗУ для автоаккумуляторов

Характеристики зарядного устройства

• Напряжение сети 220 В.
• Выходное напряжение 2 х 16 В.
• Ток заряда 1 — 10 А.
• Ток разряда 0,1 — 1 А.
• Форма тока заряда – однополупериодный выпрямитель.
• Ёмкость аккумуляторов 10 — 100 А/ч.
• Напряжение заряжаемых аккумуляторов 3,6 — 12 В.

Описание работы: это зарядно-разрядное устройство на два канала с раздельной регулировкой тока заряда и тока разряда, что очень удобно и позволяет подобрать оптимальные режимы восстановления пластин аккумулятора исходя из их технического состояния. Использование циклического режима восстановления приводит к значительному снижению выхода газов сероводорода и кислорода из-за их полного использования в химической реакции, ускоренно восстанавливается внутреннее сопротивление и ёмкость до рабочего состояния, отсутствует перегрев корпуса и коробление пластин. 

Ток разряда при зарядке ассиметричным током должен составлять не более 1/5 тока заряда. В инструкциях заводов изготовителей перед зарядкой аккумулятора требуется произвести разрядку, то есть провести формовку пластин перед зарядом. Искать подходящую разрядную нагрузку нет необходимости, достаточно выполнить соответствующее переключение в устройстве. Контрольную разрядку желательно проводить током в 0,05С от ёмкости аккумулятора в течении 20 часов. Схема позволяет провести формовку пластин двух аккумуляторов одновременно с раздельной установкой разрядного и зарядного тока.
 
Регуляторы тока представляют ключевые регуляторы на мощных полевых транзисторах VT1,VT2.
В цепях обратной связи установлены оптопары, необходимые для защиты транзисторов от перегрузки. При больших токах заряда влияние конденсаторов C3,C4 минимальное и почти однополупериодный ток длительностью 5 мс с паузой в 5 мс ускоряет восстановление пластин аккумуляторов, за счёт паузы в цикле восстановления, не возникает перегрева пластин и электролиза, улучшается рекомбинация ионов электролита с полным использованием в химической реакции атомов водорода и кислорода.

Конденсаторы С2,С3 работая в режиме умножения напряжения, при переключении диодов VD1,VD2, создают дополнительный импульс для расплавления крупнокристаллической сульфатации и переводе окисла свинца в аморфный свинец. Регуляторы тока обеих каналов R2, R5 питаются от параметрических стабилизаторов напряжения на стабилитронах VD3, VD4. Резисторы R7, R8 в цепях затворов полевых транзисторов VT1, VT2 ограничивают ток затвора до безопасной величины.

Транзисторы оптопар U1, U2 предназначены для шунтирования напряжения затвора полевых транзисторов при перегрузке зарядным или разрядным токами. Напряжение управления снимается с резисторов R13, R14 в цепях стока, через подстроечные резисторы R11, R12 и через ограничительные резисторы R9, R10 на светодиоды оптопар. При повышенном напряжении на резисторах R13, R14 транзисторы оптопар открываются и снижают напряжение управления на затворах полевых транзисторов, токи в цепи сток-исток понижаются.

Режим заряда устанавливается переключателями SA1, SA2 в верхнее положение, разряда в нижнее положение. Полевые транзисторы крепятся для охлаждения на отдельные радиаторы. Светодиоды HL1, HL2 показывают правильную полярность подсоединения аккумуляторов в зарядную цепь.

После подключения аккумулятора переключатель режима SA1 или SA2 переводится в режим разряда. Регулятором тока, при включенной сети, устанавливается ток разряда в указанных выше пределах. После снижения тока разряда до нулевого значения через 6-10 часов переключатель режима переводится в верхнее положение – заряд, регулятором тока устанавливается рекомендуемое значение зарядного тока. Через 6-10 часов заряда ток должен упасть до величины подзаряда.

Далее провести повторный разряд. При полной ёмкости 10-ти часового разряда (напряжение не ниже 1,9 Вольта на элемент), провести повторный 10-ти часовой заряд. Проводить зарядно-разрядный цикл аккумулятора рекомендуется даже при отличном его состоянии, легче кристаллизацию устранить в начале эксплуатации и не ждать когда она перейдёт в «застарелую» сульфатацию с ухудшением всех параметров аккумулятора.

Сделал печатку под схему, надеюсь кому нибудь потребуется. На схеме есть опечатка, оптотрон не АОУ110Б (таких нет в природе), а АОТ110Б. В качестве диода VD1, применил КД213 и установил его на радиатор. Насчёт замены оптотрона, тут как мне кажется подойдут из современных 4N32, ну а симисторная оптопара MOC3062 не знаю. В принципе а почему бы и нет?! Если предварительно на макетке собирать, то можно многие оптопары «обкатать» на этой схеме.

Испытания уже проводил без корпуса. При токе зарядки 5 А, радиатор транзистора еле тёплый, радиатор диода КД213 немного сильнее нагрет. Аккумулятор автомобиля заряжался около часа, ток зарядки упал до номинального при достижении 14,8 вольт. Напряжение окончания зарядки выбрал с помощью резистора R11, резистор установил многооборотный, на переднюю панель не стал ставить R11, так как нет необходимости. Просто выставил напряжение окончания и всё. Да, сильно греется R13, на схеме он 10 Вт, может придётся установить ещё более мощный. На этом всё, с вами был Demo.

   Форум по ЗУ

   Обсудить статью ПРОСТОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ АВТОМОБИЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ

Регулятор тока зарядного устройства – Поделки для авто

В конструкции самодельного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора важной частью является узел стабилизации и ограничения тока. Такой узел дает возможность выставить любой угодный ток заряда, при этом будет делать это за счет повышения или понижения выходного напряжения.

Схема предложенная в статье может отлично работать в совместимости с любым зарядным устройством.

Вариант реализации такого блока до безобразия прост  и собран на одном элементе ОУ.
Зарядное устройство должно отдавать напряжение 13,5-14,5 Вольт при токе до 10 Ампер.
Полевой транзистор – основной силовой элемент и весь ток проходит по нему, поэтому обязательно устанавливают на теплоотвод.

 

Можно использовать низковольтные полевые транзисторы с током от 20 , а еще лучше от 40 Ампер. Для наших целей отлично подойдут мощные N- канальные полевые транзисторы типа IRF3205, IRFZ44/46/48 iили аналогичные.

Силовой шунт в моем случая в виде низкоомного резистора, если кому лень искать, можете использовать шунт , который стоит в дешевых китайских мультиметрах, такие шунты можно использовать для довольно точных замеров при токах до 10-14Ампер.

Полевой транзистор при желании можно заменить на биполярный, но с учетом того, что последний должен иметь большой ток коллектора, к примеру КТ819ГМ или КТ8101 из наших , тоже устанавливают на теплоотвод.

ОУ в моем варианте задействован сдвоенный , типа ЛМ358, но можно использовать и одиночные операционные усилители, к примеру – TL071/081

Автор; АКА Касьян

Похожие статьи: