Электрическая схема зарядного устройства

Неуклонная тенденция развития портативной электроники практически ежедневно заставляет рядового пользователя сталкиваться с зарядкой аккумуляторов своих мобильных устройств. Будь вы владельцем мобильного телефона, планшета, ноутбука или даже автомобиля, так или иначе вам неоднократно придётся столкнуться с зарядкой аккумуляторов этих устройств. На сегодняшний день рынок выбора зарядных устройств настолько обширен и велик, что в этом многообразии довольно тяжело сделать грамотный и правильный выбор зарядного устройства, подходящего к типу используемого аккумулятора. К тому же, сегодня существуют более 20-и типов аккумуляторов с различным химическим составом и основой. Каждый из них имеет свою специфику работы заряда и разряда. В силу экономической выгоды современное производство в этой сфере сейчас сконцентрировано преимущественно на выпуске свинцово-кислотных (гелевых) (Pb), никель – металл — гидридных (NiMH), никель – кадмиевых (NiCd) аккумуляторов и аккумуляторов на основе лития – литий-ионных (Li-ion) и литий-полимерных (Li-polymer). Последние из указанных, кстати, активно используются в питании портативных мобильных устройств. Главным образом литиевые аккумуляторы заслужили популярность за счёт применения относительно недорогих химических компонентов, большого количества циклов перезаряда (до 1000), высокой удельной энергии, низкой степени саморазряда, а так же способности удерживать ёмкость при отрицательных значениях температуры.

Электрическая схема зарядного устройства литиевых аккумуляторов, применяемых в мобильных гаджетах сводится к обеспечению их в процессе заряда постоянным напряжением, превышающим на 10 – 15 % номинальное. К примеру, если для питания мобильного телефона используется литий-ионная батарея на 3,7 В., то для её заряда необходим стабилизированный источник питания достаточной мощности для поддержания напряжения заряда не выше 4,2В – 5В. Именно поэтому большинство портативных зарядных устройств, идущих в комплекте с устройством, выпускают на номинальное напряжение 5В, обусловленное максимальным напряжением питания процессора и заряда батареи с учётом встроенного стабилизатора.

Конечно, не стоит забывать и о контроллере заряда, который берёт на себя основной алгоритм заряда батареи, а так же опрос её состояния. Современные литиевые аккумуляторы, выпускаемые для мобильных устройств с малыми токами потребления, уже идут со встроенным контроллером. Контроллер выполняет функцию ограничения тока заряда в зависимости от текущей ёмкости аккумулятора, отключает подачу напряжения устройству в случае критического разряда батареи, защищает батарею в случае короткого замыкания нагрузки (литиевые батареи очень чувствительны к большому току нагрузки и имеют свойство сильно нагреваться и даже взрываться). С целью унификации и взаимозаменяемости литий-ионных аккумуляторов ещё в 1997 году компании Duracell и Intel разработали управляющую шину опроса состояния контроллера, его работы и заряда с названием SMBus. Под эту шину были написаны драйвера и протоколы. Современные контроллеры и сейчас используют основы алгоритма заряда, прописанные этим протоколом. В плане технической реализации существует множество микросхем, способных реализовать контроль заряда литиевых аккумуляторов. Среди них выделяется серия MCP738xx, MAX1555 от MAXIM, STBC08 или STC4054 с уже встроенным защитным n-канальным MOSFET транзистором, резистором определения тока заряда и диапазоном напряжения питания контроллера от 4,25 до 6,5 Вольт. При этом у последних микросхем от STMicroelectronics значение напряжения заряда аккумулятора 4,2 В. имеет разброс всего +/- 1%, а зарядный ток может достигать 800 мА, что позволит реализовать зарядку аккумуляторов ёмкостью до 5000 мА/ч.

Рассматривая алгоритм заряда литий-ионных аккумуляторов стоит сказать, что это один из немногих типов, предусматривающих паспортную возможность зарядки током до 1С (100% ёмкости аккумулятора). Таким образом, аккумулятор ёмкостью в 3000 ма/ч может заряжаться током до 3А. Однако, частая зарядка большим «ударным» током хоть и существенно сократит её время, но в то же время довольно быстро снизит ёмкость аккумулятора и приведёт его в негодность. Из опыта проектирования электрических схем зарядных устройств скажем, что оптимальным значением зарядки литий-инного (полимерного) аккумулятора является значение 0,4С – 0,5С от его ёмкости.

Значение тока в 1С допускается лишь в момент начального заряда батареи, когда ёмкость аккумулятора достигает приблизительно 70% своей максимальной величины. Примером может стать работа зарядки смартфона или планшета, когда первоначальное восстановление ёмкости происходит за короткое время, а оставшиеся проценты набираются медленно.

На практике довольно часто случается эффект глубокого разряда литиевого аккумулятора, когда его напряжение опускается ниже 5% его ёмкости. В этом случае контроллер не в состоянии обеспечить достаточный пусковой ток для набора начальной ёмкости заряда. (Именно поэтому не рекомендуется разряжать такие аккумуляторы ниже 10%). Для решения таких ситуаций необходимо аккуратно разобрать аккумулятор и отключить встроенный контроллер заряда. Далее необходимо к выводам аккумулятора подсоединить внешний источник заряда, способный выдать ток не менее 0,4С ёмкости аккумулятора и напряжение не выше 4,3В (для аккумуляторов на 3,7В.). Электрическая схема зарядного устройства для начальной стадии зарядки таких аккумуляторов может примениться из примера ниже.

Данная схема состоит из стабилизатора тока в 1А. (задаётся резистором R5) на параметрическом стабилизаторе LM317D2T и импульсном регуляторе напряжения LM2576S-adj. Напряжение стабилизации, определяется обратной связью на 4-ю ногу стабилизатора напряжения, то есть соотношением сопротивлений R6 и R7, которыми на холостом ходу выставляется максимальное напряжение зарядки аккумулятора. Трансформатор должен на вторичной обмотке выдавать 4,2 – 5,2 В переменного напряжения. Тогда после стабилизации мы получим 4,2 – 5В постоянного напряжения, достаточного для заряда вышеупомянутого аккумулятора.

Никель – металл — гидридные аккумуляторы (NiMH) чаще всего можно встретить в исполнении корпусов стандартных батареек – это формфактор ААА (R03), АА (R6), D, С, 6F22 9В. Электрическая схема зарядного устройства для NiMH и NiCd аккумуляторов должна в себя включать нижеперечисленные функциональные возможности, связанные со спецификой алгоритма заряда этого типа аккумуляторов.

У различных аккумуляторов (даже с одинаковыми параметрами) со временем меняются химические и емкостные характеристики. В итоге возникает необходимость организовывать алгоритм заряда каждого экземпляра индивидуально, поскольку в процессе зарядки (особенно большими токами, что допускают никелевые аккумуляторы) избыточный перезаряд влияет на быстрый перегрев аккумулятора. Температура в процессе заряда выше 50 градусов из-за химически необратимых процессов распада никеля полностью погубит аккумулятор. Таким образом, электрическая схема зарядного устройства должна иметь функцию контроля температуры аккумулятора. Для увеличения срока службы и количества циклов перезаряда никелевого аккумулятора желательно каждую его банку разрядить до напряжения не ниже 0,9В. током порядка 0,3С от его ёмкости. К примеру, аккумулятор с 2500 – 2700 мА/ч. разрядить на активную нагрузку током в 1А. Так же зарядное устройство должно поддерживать зарядку с «тренировкой», когда в течении нескольких часов происходит циклический разряд до 0,9В с последующим зарядом током 0,3 – 0,4С. Исходя из практики таким образом можно оживить до 30% убитых никелевых аккумуляторов, причём никель-кадмиевые аккумуляторы «реанимации» поддаются гораздо охотнее. По времени заряда электрические схемы зарядных устройств могут делиться на «ускоренные» (ток заряда до 0,7С с временем полного заряда 2 – 2,5ч.), «средней длительности» (0,3 – 0,4С – заряд за 5 – 6ч.) и «классические» (ток 0,1С – время заряда 12 – 15ч.). Конструируя зарядное устройство для NiMH или NiCd аккумулятора, так же можно воспользоваться общепринятой формулой расчёта времени заряда в часах:

T = (E/I) ∙ 1.5

где Е – ёмкость аккумулятора, мА/ч.,
I – ток заряда, мА,
1,5 – коэффициент для компенсации КПД во момент зарядки.
К примеру, время заряда аккумулятора ёмкостью 1200 мА/ч. током 120 мА (0,1С) будет:
(1200/120)*1,5 = 15 часов.

Из опыта эксплуатации зарядных устройств для никелевых аккумуляторов стоит отметить, что чем ниже зарядный ток, тем больше циклов перезаряда перенесёт элемент. Паспортные циклы, как правило, производитель указывает при зарядке аккумулятора током 0,1С с наиболее длительным временем заряда. Степень заряженности банок зарядное устройство может определять через измерение внутреннего сопротивления за счёт разницы падения напряжения в момент заряда и разряда определённым током (метод ∆U).

Итак, учитывая всё вышеизложенное, одним из наиболее простых решений для самостоятельной сборки электрической схемы зарядного устройства и в то же время обладающей высокой эффективностью является схема Виталия Спорыша, описание которой без труда можно найти в сети.

Основными преимуществами данной схемы является возможность зарядки как одного, так и двух последовательно соединённых аккумуляторов, термоконтроль заряда цифровым термометром DS18B20, контроль и измерение тока в процессе заряда и разряда, автоотключение по завершению зарядки, возможность зарядки аккумулятора в «ускоренном» режиме. Кроме того, с помощью специально написанного программного обеспечения и дополнительной платы на микросхеме — преобразователе TTL уровней MAX232 возможен вариант контроля зарядки на ПК и дальнейшей её визуализации в виде графика. К недостаткам стоит отнести необходимость наличия независимого двухуровневого питания.

Аккумуляторы на основе свинца (Pb) довольно часто можно встретить в устройствах с большим потреблением тока: автомобилях, электромобилях, бесперебойниках, в качестве источников питания различного электроинструмента. Нет смысла перечислять их достоинства и недостатки, которые можно разыскать на многих сайтах на просторах сети. В процессе реализации электрической схемы зарядного устройства для таких аккумуляторов следует различать два режима зарядки: буферный и циклический.

Буферный режим зарядки предусматривает одновременное подключение к аккумулятору и зарядного устройства, и нагрузки. Такое подключение можно наблюдать в блоках бесперебойного питания, автомобилях, ветряных и солнечных энергосистемах. При этом, во время подзаряда устройство является ограничителем тока, а когда аккумулятор набирает свою ёмкость – переходит в режим ограничения напряжения для компенсации саморазряда. В этом режиме аккумулятор выступает в роли суперконденсатора. Циклический режим предусматривает отключение зарядного устройства по завершению зарядки и его повторное подключение в случае разряда батареи.

Схемных решений по зарядке данных аккумуляторов в Интернете достаточно много, поэтому рассмотрим некоторые из них. Для начинающего радиолюбителя для реализации простого зарядного устройства «на коленках» отлично подойдёт электрическая схема зарядного устройства на микросхеме L200C от STMicroelectronics. Микросхема представляет собой АНАЛОГОВЫЙ регулятор тока с возможностью стабилизации напряжения. Из всех преимуществ, которые имеет эта микросхема – это простота схемотехники. Пожалуй, на этом все плюсы и заканчиваются. Согласно даташиту на эту микросхему, максимальный ток заряда может достигать 2А, что теоретически позволит зарядить аккумулятор ёмкостью до 20 А/ч напряжением (регулируемым) от 8 до 18В. Однако, как оказалось на практике, минусов у этой микросхемы гораздо больше, чем плюсов. Уже при зарядке 12 амперного cвинцово-гелевого SLA аккумулятора током 1,2А микросхема требует радиатор площадью не менее 600 кв. мм. Хорошо подходит радиатор с вентилятором от старого процессора. Согласно документации к микросхеме, к ней можно прикладывать напряжение до 40В. На самом деле, если подать по входу напряжение более 33В. – микросхема сгорает. Данное зарядное требует довольно мощный источник питания, способный выдать ток не менее 2А. Согласно приведённой схеме вторичная обмотка трансформатора должна выдавать не более 15 – 17В. переменного напряжения. Значение выходного напряжения, при котором зарядное устройство определяет, что аккумулятор набрал свою ёмкость, определяется значением Uref на 4-й ножке микросхемы и задаётся резистивным делителем R7 и R1. Сопротивления R2 – R6 создают обратную связь, определяя граничное значение зарядного тока аккумулятора. Резистор R2 в то же время определяет его минимальное значение. При реализации устройства не стоит пренебрегать значением мощности сопротивлений обратной связи и лучше применять такие номиналы, какие указаны в схеме. Для реализации переключения зарядного тока лучшим вариантом станет применение релейного переключателя, к которому подключаются сопротивления R3 – R6. От использования низкоомного реостата лучше отказаться. Данное зарядное устройство способно заряжать аккумуляторы на свинцовой основе ёмкостью до 15 А/ч. при условии хорошего охлаждения микросхемы.

Существенно уменьшить габариты зарядки свинцовых аккумуляторов небольшой ёмкости (до 20 А/ч.) поможет электрическая схема зарядного устройства на импульсном 3А. стабилизаторе тока с регулировкой напряжения LM2576-ADJ.

Для зарядки свинцово-кислотных или гелевых аккумуляторных батарей ёмкостью до 80А/ч. (к примеру, автомобильных). Отлично подойдёт импульсная электрическая схема зарядного устройства универсального типа представленная ниже.

Схема была успешно реализована автором этой статьи в корпусе от компьютерного блока питания ATX. В основе её элементной базы лежат радиоэлементы, большей частью взятые из разобранного компьютерного блока питания. Зарядное устройство работает как стабилизатор тока до 8А. с регулируемым напряжением отсечки заряда. Переменное сопротивление R5 устанавливает значение максимального тока заряда, а резистор R31 устанавливает его граничное напряжение. В качестве датчика тока используется шунт на R33. Реле K1 необходимо для защиты устройства от изменения полярности подключения к клеммам аккумулятора. Импульсные трансформаторы T1 и Т21 в готовом виде были так же взяты из компьютерного блока питания. Работает электрическая схема зарядного устройства следующим образом:

1. включаем зарядное устройство с отключённой батареей (клеммы зарядки откинуты)

2. выставляем переменным сопротивлением R31(на фото верхнее) напряжение заряда. Для свинцового 12В. аккумулятора оно не должно превышать 13,8 – 14,0 В.

3. При правильном подключении зарядных клемм слышим, как щёлкает реле, и на нижнем индикаторе видим значение тока заряда, которое выставляем нижним переменным сопротивлением (R5 по схеме).

4. Алгоритм заряда спроектирован таким образом, что устройство заряжает аккумулятор постоянным заданным током. По мере накопления ёмкости значение зарядного тока стремится к минимальному значению, а «дозаряд» происходит за счёт выставленного ранее напряжения.

Полностью посаженый свинцовый аккумулятор не включит реле, как и собственно саму зарядку. Поэтому важно предусмотреть принудительную кнопку подачи мгновенного напряжения от внутреннего источника питания зарядного устройства на управляющую обмотку реле К1. При этом следует помнить, что в момент нажатой кнопки защита от переполюсовки будет отключена, поэтому нужно перед принудительным пуском обратить особое внимание на правильность подключения клемм зарядного устройства к аккумулятору. Как вариант, возможен запуск зарядки от заряженного аккумулятора, а уж потом перебрасываем клеммы зарядки на требуемый посаженный аккумулятор. Разработчика схемы можно найти под ником Falconist на различных радиоэлектронных форумах.

Для реализации индикатора напряжения и тока была применена схема на pic-контроллере PIC16F690 и «супердоступных деталях», прошивку и описание работы которой можно найти в сети.

Данная электрическая схема зарядного устройства, конечно же, не претендует на звание «эталонной», но она в полной мере способна заменить дорогостоящие зарядные устройства промышленного производства, а по функциональности может даже значительно превзойти многие из них. В окончании стоит сказать, что последняя схема универсального зарядного устройства рассчитана главным образом на человека, подготовленного в радиоконструировании. Если же вы только начинаете, то лучше в мощном зарядном устройстве применить гораздо более простые схемы на обычном мощном трансформаторе, тиристоре и системе его управления на нескольких транзисторах. Пример электрической схемы такого зарядного устройства приведён на фото ниже.

Смотрите также схемы:

Восстановление и зарядка аккумулятора

В результате неправильной эксплуатации автомобильных аккумуляторов пластины их могут сульфатироваться, и он выходит из строя.

Известен способ восстановления таких батарей при заряде их «ассимметричным» током. При этом соотношение зарядного и разрядного тока выбрано 10:1 (оптимальный режим). Этот режим позволяет не только восстанавливать засульфатированные батареи аккумуляторов, но и проводить профилактическую обработку исправных.

Рис. 1. Электрическая схема зарядного устройства

На рис. 1 приведено простое зарядное устройство, рассчитанное на использование вышеописанного способа. Схема обеспечивает импульсный зарядный ток до 10 А (используется для ускоренного заряда). Для восстановления и тренировки аккумуляторов лучше устанавливать импульсный зарядный ток 5 А. При этом ток разряда будет 0,5 А. Разрядный ток определяется величиной номинала резистора R4.

Схема выполнена так, что заряд аккумулятора производится импульсами тока в течение одной половины периода сетевого напряжения, когда напряжение на выходе схемы превысит напряжение на аккумуляторе. В течение второго полупериода диоды VD1, VD2 закрыты и аккумулятор разряжается через нагрузочное сопротивление R4.

Значение зарядного тока устанавливается регулятором R2 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает и через резистор R4 (10%), то показания амперметра РА1 должны соответствовать 1,8 А (для импульсного зарядного тока 5 А), так как амперметр показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.

В схеме предусмотрена защита аккумулятора от неконтролируемого разряда в случае случайного исчезновения сетевого напряжения. В этом случае реле К1 своими контактами разомкнет цепь подключения аккумулятора. Реле К1 применено типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки 24 В или на меньшее напряжение, но при этом последовательно с обмоткой включается ограничительный резистор.

Для устройства можно использовать трансформатор мощностью не менее 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке 22…25 В.

Измерительный прибор РА1 подойдет со шкалой 0…5 А (0…3 А), например М42100. Транзистор VT1 устанавливаются на радиатор площадью не менее 200 кв. см, в качестве которого удобно использовать металлический корпус конструкции зарядного устройства.

В схеме применяется транзистор с большим коэффициентом усиления (1000…18000), который можно заменить на КТ825 при изменении полярности включения диодов и стабилитрона, так как он другой проводимости (см. рис. 2). Последняя буква в обозначении транзистора может быть любой.

Рис.2

Для защиты схемы от случайного короткого замыкания на выходе установлен предохранитель FU2.

Резисторы применены такие R1 типа С2-23, R2 — ППБЕ-15, R3 — С5-16MB, R4 — ПЭВ-15, номинал R2 может быть от 3,3 до 15 кОм. Стабилитрон VD3 подойдет любой, с напряжением стабилизации от 7,5 до 12 В.

Приведенные схемы пускового и зарядного устройств можно легко объединить (при этом не потребуется изолировать корпус транзистора VT1 от корпуса конструкции), для чего на пусковом трансформаторе достаточно намотать еще одну обмотку примерно 25…30 витков проводом ПЭВ-2 диаметром 1,8…2,0 мм.

Эта обмотка используется для питания схемы зарядного устройства.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
	Схема № 1
VT1	Биполярный транзистор	КТ827А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD3	Стабилитрон	Д814А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD1, VD2	Диод	КД213А	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Резистор	1. 2 кОм	1	С2-23 2 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2	Переменный резистор	3.3 кОм	1	ППБЕ-15	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3	Резистор	0.51 Ом	1	5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R4	Резистор	28 Ом	1	ПЭВ-15 15 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
FU1	Предохраниель	1 А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
FU2	Предохраниель	10 А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
T1	Трансформатор	150 Ватт	0		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
K1	Реле	РПУ-0	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
PA1	Амперметр	М42100	1	Шкала 0. ..5 А (0…3 А)	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
X1	Вилка сетевая		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
X2, X3	Разъем		2	Типа «крокодил»	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
	Схема № 2
VT1	Биполярный транзистор	КТ825А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD1, VD2	Диод	КД213А	2		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
VD3	Стабилитрон	Д814А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R1	Резистор	1. 2 кОм	1	С2-23 2 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R2	Переменный резистор	3.3 кОм	1	ППБЕ-15	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R3	Резистор	0.51 Ом	1	5 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
R4	Резистор	28 Ом	1	ПЭВ-15 15 Вт	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
FU1	Предохраниель	1 А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
FU2	Предохраниель	10 А	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
T1	Трансформатор	150 Ватт	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
K1	Реле	РПУ-0	1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
PA1	Амперметр	М42100	1	Шкала 0. ..5А (0…3А)	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
X1	Вилка сетевая		1		Поиск в магазине Отрон	В блокнот
X2, X3	Разъем		2	Типа «крокодил»	Поиск в магазине Отрон	В блокнот
						Добавить все

^{Скачать список элементов (PDF)}

Схемы зарядного устройства и индикатора уровня заряда | 6 Сборка различных схем и процедуры

Создание схем своими руками всегда доставляет удовольствие, особенно если вы можете сделать их, используя дешевые и доверчивые компоненты. Если вы ищете идеи для создания зарядных устройств и схем индикаторов уровня заряда, то вы попали по адресу.

Инструменты автоматизации — регулируемый стенд D…

Пожалуйста, включите JavaScript

Инструменты автоматизации — регулируемый настольный источник питания постоянного тока

Вы можете создать простую схему зарядного устройства, используя некоторые распространенные микросхемы. Все, что вам нужно, это светодиод, аккумулятор и схема, и вы можете сделать почти 6 типов удивительных индикаторов уровня заряда и автоматических схем зарядки.

Здесь демонстрируются различные типы зарядных устройств и схем индикатора уровня заряда. В этой статье вы узнаете о следующих темах —

1. Простая схема зарядного устройства и индикатор уровня заряда батареи с сигнализацией о низком заряде батареи,
2. Цепь контроллера заряда аккумулятора с использованием компаратора LM324 IC,
3. Светодиодный точечный дисплей на основе схемы индикатора уровня заряда батареи,
4. Цепь зарядного устройства 12 В с автоматическим отключением,
5. Простая схема аварийного освещения с автоматическим зарядным устройством,
6. Цепь светодиодного индикатора уровня заряда батареи 12 В (светодиодная гистограмма).

Эти принципиальные схемы, безусловно, будут полезны для ежедневной зарядки аккумуляторов. Кроме того, как базовый пользователь электроники, вы узнаете, что такое компаратор, из этой статьи.

Простая схема зарядного устройства и индикатор уровня заряда батареи с сигнализацией низкого заряда батареи

Здесь продемонстрирована простая схема 12-вольтового смарт-зарядного устройства. Вы можете использовать эту схему зарядного устройства для различных целей, таких как зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов, инверторные зарядные устройства, зарядные устройства для аварийного освещения и т. д. Вы можете научиться устанавливать автоматический сигнальный индикатор вдоль этого зарядного устройства, который будет гудеть, когда аккумулятор нуждается в подзарядке. .

Необходимые компоненты

Transformer (230V to 15V or 110V t0 15V)
Bridge rectifier (1N4007 x 4)
Capacitor (470µF, 50V)
Voltage regulator IC 7815
12V rechargeable battery
Diode (1N4148)
LED Zener diode 9V
Transistor (BC547 x 2)
Резисторы (10 кОм, 1,5 кОм, 100 кОм каждый по ¼ Вт)
Зуммер (12 В)

Работа схемы зарядного устройства

Схема зарядки построена на основе регулятора напряжения IC 7815 и двух транзисторов BC 548.
Основной Напряжение питания 230В или 110В понижается с помощью понижающего трансформатора, затем выпрямляется и отфильтровывается.
Читать: Схема двухполупериодного мостового выпрямителя с рабочим пояснением

Затем это напряжение постоянного тока подается на регулятор напряжения IC 7815; выход будет регулироваться на уровне 15В.
12-вольтовая аккумуляторная батарея подключена к выходу регулятора напряжения и заряжается при наличии основного питания.
Эта схема также показывает состояние зарядки, то есть светодиод 1 светится, когда батарея заряжена (выше 10,5 В).
Когда напряжение батареи падает ниже определенного значения, светодиод 1 перестает светиться, а зуммер издает звук, указывающий на то, что батарея разряжена.

Надеемся, что это руководство оказалось полезным для вас при создании собственной схемы зарядного устройства с индикатором уровня заряда батареи.

Схема контроллера заряда батареи на микросхеме компаратора LM324

Как правило, схемы управления зарядом батареи на микросхеме 555 часто сложны для понимания. А вот схема контроллера заряда на LM324, описанная ниже, определенно окажется вам полезной, так как она автоматически отключает зарядное устройство при полном заряде батареи.

Хотя в этой схеме используется микросхема LM324, вы можете использовать любые другие микросхемы компараторов, такие как LM358, LM317, LM339., и т. д. Давайте узнаем подробно ниже.

Схема цепи контроллера заряда с использованием LM324

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его

Компоненты, необходимые для схемы контроллера заряда батареи

1. LM324 IC
2. Стабилитрон 5,1 В
3. Мост IC/1N4007X4
4. Транзистор BC548X2
5. Зеленый светодиод
6. Конденсатор 1000 мкФ
7. Резистор 1KX4, 100K
8. Горшок 50K/47K
9. Реле 12В/10А
10. Трансформатор 0–15 В/2 А

Здесь мы использовали светодиоды для индикации состояния зарядки. Эта схема контроллера зарядки может быть применена к любой системе, в которой используются перезаряжаемые батареи. Примеры включают аварийные ИБП, инверторы, телефонные трубки и т. д.

Принцип работы схемы контроллера заряда батареи

• Понижающий трансформатор понижает линейное напряжение до 15 В, а мостовой выпрямитель выполняет процесс преобразования переменного тока в постоянный (выпрямление), за ним следует конденсаторный фильтр, который устраняет пульсации переменного тока.
• Питание для работы цепи зарядного устройства подается от аккумулятора (поскольку он всегда должен контролировать уровень напряжения аккумулятора, даже при отключении сетевого питания).
• Неинвертирующий вывод компаратора подключен к стабилитрону и резистору 1k, которые используются для получения опорного напряжения 5,1 В, а его инвертирующий вывод используется для контроля уровня заряда батареи.
• Использование стабилитрона вместо резисторов гарантирует, что эталонное значение не зависит от уровня заряда батареи и колебаний температуры.
• На самом деле сравнение происходит не между эталонным напряжением и фактическим напряжением батареи, а между пропорциональным значением уровня заряда батареи и эталонным значением. Это пропорциональное значение достигается с помощью потенциометра.
• Если уровень заряда батареи ниже нижней пороговой точки (скажем, LTP), то эталонное напряжение становится выше, чем пропорциональное значение батареи. Таким образом, выход компаратора становится положительным.
• Затем включается транзистор (поскольку выход компаратора подключен к базе транзистора BC548 через резистор 1к), а затем реле. Я использовал диод свободного хода вместе с реле, чтобы обесточить индуктор.
• И когда сравнение идет в обратном направлении, выход компаратора низкий, и транзисторы выключены, что приводит к отключению питания.
• Выход компаратора также подключен к другому BC548 через резистор 1к который делает гистерезис. Это означает, что когда зарядное устройство включено, транзистор включен, и он делает резистор 100 кОм параллельным соответствующему делителю напряжения, тогда падение на делителе снова уменьшится, увеличивая уровень заряда.
• Верхнее пороговое значение (уровень напряжения при выключенном зарядном устройстве) можно установить, меняя положение потенциометра.
• Разницу между UTP и LTP (гистерезис) можно варьировать заменой резистора 100k, уменьшение сопротивления увеличивает гистерезис и наоборот.
• Резистор 8,2 Ом мощностью 10 Вт, включенный последовательно со схемой, помогает ограничить зарядный ток. Это не требуется для аккумуляторов большей емкости, так как время зарядки увеличится.

Поскольку пороговые уровни для включения и выключения зарядного устройства различны (гистерезис), это помогает избежать проблем с колебаниями реле из-за тока утечки батареи. Пороговые уровни можно установить, меняя положение потенциометра. При построении схемы контроллера заряда на lm324, так как мы переключаем зарядное устройство с помощью реле, можно подключить аккумулятор любой емкости.

При использовании аккумуляторов большей емкости рекомендуется использовать сильноточные трансформаторы для сокращения времени зарядки. Для аккумуляторов малой емкости следует использовать последовательное сопротивление для ограничения зарядного тока, что не требуется для аккумуляторов большей емкости.

Светодиодный точечный дисплей на основе индикатора уровня заряда батареи Схема цепи

Если вы хотите отобразить уровень заряда батареи, вы можете использовать различные методы, такие как точечный светодиодный дисплей, светодиодный линейный дисплей и т. д. Здесь вы можете узнать, как сделать схему индикатора уровня заряда батареи, используя светодиодный точечный дисплей, сохранив при этом микросхему LM3914 в ядре.

Вы также можете научиться делать датчик уровня температуры, используя ту же ИС (LM3914) ниже. Схема, которая была показана в этой статье, больше всего подходит для 12-вольтовой батареи. Вы также можете построить эту схему для отображения других напряжений, используя тот же метод.

Схема цепи индикатора состояния батареи 12 В

Компоненты, необходимые для цепи индикатора уровня заряда батареи

1. IC LM3914
2. Светодиод x 10
3. Резисторы (56 кОм, 18 кОм, 4,7 кОм)
4. Потенциометр (10 кОм)

Порядок работы схемы индикатора уровня заряда батареи

• Здесь я использовал микросхему драйвера дисплея LM3914 для преобразования напряжения батареи для индикации светодиодов.
• По сути, это микросхема для измерения милливольт, которая способна преобразовывать переменный входной милливольт в соответствующую светодиодную индикацию, как линейный аналоговый дисплей.
• Микросхема LM3914 может работать в широком диапазоне напряжений питания (от 3 до 25 В постоянного тока). Мы можем управлять яркостью светодиода, программируя его через внешний резистор. Выходные контакты LM3914 совместимы как с TTL, так и с CMOS.

Блок-схема LM3914

• Мы подключили резистор 4,7 кОм между контактами 6, 7 и землей. Таким образом, мы можем управлять яркостью светодиодов.
• Резисторы 56 кОм и потенциометры 10 кОм из сети делителя напряжения. В нем потенциометр идет для калибровки нашей схемы дисплея.
• Наша схема предназначена для контроля уровня заряда батареи в диапазоне от 10,5 до 15 В постоянного тока.

Калибровка цепи индикатора уровня заряда батареи

• Настройте схему и подключите источник питания 12 В постоянного тока ко входу.
• Затем отрегулируйте потенциометр 10 кОм, чтобы увидеть свечение 10-го светодиода (в точечном режиме) или светодиодов до 10 (в полосовом режиме).
• Теперь поэтапно уменьшите напряжение до 10,5 вольт, тогда будет светиться только LED1.
• Чтобы выбрать точечный режим или режим гистограммы, вы найдете переключатель на 9й пин. Когда вы закроете его, контакт 9 микросхемы подключится к положительному источнику питания. Таким образом, схема активирует режим гистограммы.
• Разомкните переключатель, чтобы включить режим точечного отображения.

Другие варианты использования схемы с точечным отображением уровня заряда батареи

• С небольшим изменением схема может использоваться для контроля других диапазонов напряжения.
• Для этого просто уберите резистор R3 и подключите к входу высокое напряжение (менее 25В) и регулируйте потенциометр до тех пор, пока не загорится 10-й светодиод (в точечном режиме).
• Теперь подключите низкое напряжение на ввод после снятия высокого напряжения. Затем подключите потенциометр высокого значения к 4-му контакту и регулируйте его, пока LED1 не загорится один.
• Отсоедините потенциометр и измерьте сопротивление потенциометра с помощью мультиметра. Затем подключите резистор вместо потенциометра.
• Вот и все; теперь ваш новый монитор напряжения готов…!

LM3914 уже разработан для работы в схеме индикатора уровня заряда батареи. Вам просто нужно добавить светодиоды в правильные положения или контакты.

Схема зарядного устройства 12 В с автоматическим отключением

Здесь вы можете научиться создавать простую схему самодельного контроллера заряда , которая автоматически включает зарядное устройство, если напряжение батареи ниже переменного предустановленного напряжения (здесь выбрано 12 вольт) и автоматически выключает зарядное устройство, если напряжение достигает заданного переменного напряжения. Здесь максимальная зарядка ограничена 13В стабилитроном на пятом выводе ИС 555. Вы можете установить предустановленное напряжение, регулируя переменный резистор. Поскольку в этой схеме используется «555-таймер», вы должны иметь представление о внутренней схеме 555, чтобы понять эту схему контроллера заряда 12-вольтовой батареи. Вы можете найти подробную демонстрацию ниже.

Схема автоматического зарядного устройства

Схема автоматического зарядного устройства

Компоненты, необходимые для цепи зарядного устройства 12 В

1. IC 555 
2. Транзистор BC 548 
3. Диод (6A4 x4, 1N4007)
4. Стабилитрон (13 В)
5. Светодиод (красный, зеленый)
6. Конденсатор 4700 мкФ, 25 В
7. Резистор (1K x 3820,5E 10 Вт)
8. Переменный резистор 10K
9. Реле 12В, 10А
10. Трансформатор 230В/0-15,5А

Вывод компонентов

Вывод микросхемы таймера 555

Процедура работы схемы автоматического зарядного устройства 12 В

• Положительная клемма верхнего компаратора 555 подключается к 13 В для отключения зарядного устройства, если напряжение аккумулятора превышает 13 В.
• 13 В получается путем последовательного соединения стабилитрона на 13 В с резистором.
• Если напряжение батареи превышает 13 В, на выходе компаратора устанавливается высокий уровень, и триггер устанавливается. Это выключает транзистор и реле. Чтобы понять реле, вы должны знать, как подключать реле и их рабочий механизм.
• Если напряжение батареи ниже заданного напряжения (установленного нами), нижний компаратор сбросит триггер. Это включает транзистор, и реле переключается для зарядки аккумулятора.
• Напряжение перезарядки (заданное напряжение) можно установить, изменяя переменный резистор.
• Включение питания отображается красным светодиодом, а состояние включения зарядного устройства отображается зеленым светодиодом.

Хотя 555 взял под свой контроль большую часть схемы, стабилитрон был наиболее важным компонентом. Чтобы вывести этот проект на другие уровни вашей работы, вы можете использовать различные значения Zener в соответствии с вашими требованиями.

Примечание: вы также можете использовать операционные усилители для реализации схемы зарядного устройства 12 В.

Простая схема аварийного освещения с автоматическим зарядным устройством

Принципиальную схему и порядок работы схемы аварийного освещения с контроллером заряда с автоматической зарядкой можно найти в этом разделе. Данная схема способна автоматически включать свет при сбое питания и выключать при восстановлении сетевого питания. Эта схема также работает как автоматический контроллер заряда. В качестве ламп аварийного освещения в этой системе используются два светодиода. Итак, без лишних слов, давайте посмотрим, как вы можете это сделать.

Схема автоматического аварийного освещения

Нажмите на изображение, чтобы увеличить его

Компоненты схемы аварийного освещения с автоматическим зарядным устройством

1. IC 555
2. Транзистор BC 548
3. Диод (6А4х4, 1N4007х2)
4. Стабилитрон (5,1 В)
5. Светодиод (красный, зеленый, белый)
6. Конденсатор 4700 мкФ, 25 В
7. Резистор (1 кОм x 3, 820 Ом, 5 Ом 10 Вт x 2)
8. Переменный резистор 10 кОм
9. Реле (12 В, 10Ax2)
10. Трансформатор 230В/0-15,5А

Порядок работы цепи аварийного освещения

• Основным компонентом этой цепи является микросхема таймера 555, которая управляет цепью автоматического зарядного устройства.
• Два реле на 12 В используются для включения зарядного устройства и аварийного светодиодного освещения соответственно.
• Учтите, что основное питание включено. Понижающий трансформатор снижает уровень переменного напряжения до 15 В переменного тока.
• Мостовой выпрямитель преобразует это напряжение в 15 В постоянного тока, а конденсатор емкостью 4700 мкФ устраняет пульсации переменного тока, создавая ровный постоянный ток.
• Зеленый светодиод указывает на наличие основного питания. Резистор 1 кОм используется в качестве токоограничивающего резистора для светодиода.
• Реле, подключенное к светодиоду, всегда включено . Если основное питание присутствует , светодиоды остаются в выключенном состоянии , поскольку они подключены к клемме NO (нормально открытый) реле. Возможно, вам придется немного прочитать схему подключения реле, чтобы узнать больше о подключении и настройке реле.

Обобщенная цоколевка реле постоянного тока

• Переменный резистор предназначен для установки уровня напряжения для активации зарядного устройства, стабилитрон 5,1 В используется для отключения цепи зарядного устройства, если напряжение аккумулятора достигает 13,8 В, что помогает свинцово-кислотному длительный срок службы батареи.
• Отрицательная клемма нижнего компаратора соединена с напряжением батареи для сравнения уровня напряжения батареи ниже заданного уровня (заданный уровень: уровень напряжения для включения зарядного устройства может быть установлен путем изменения переменного резистора).
• Если напряжение батареи становится ниже заданного уровня, нижний компаратор сбрасывает триггер в 555, который включает зарядное устройство.
• Аккумулятор также подключен к плюсовой клемме верхнего компаратора. Он проверяет, составляет ли уровень напряжения батареи 13,8 В. Затем он устанавливает триггер и, таким образом, выключает зарядное устройство.
• Во время сбоя питания все цепи зарядного устройства будут неактивны, а реле RL2 подключит аккумулятор к светодиодам . И поэтому светится.

Компоненты Выводы схемы аварийного освещения и автоматического зарядного устройства

Выводы таймера 555 Выводы ICP транзистора BC548

Эта схема в основном ориентирована на срок службы свинцово-кислотного аккумулятора . В этой схеме мы ограничиваем максимальное зарядное напряжение до 13,8 В в соответствии с инструкциями производителей свинцово-кислотных аккумуляторов. Кроме того, мы сознательно выбрали светодиодных ламп . Светодиоды обеспечивают долгий срок службы, так как они потребляют очень мало тока. Но будьте очень осторожны, так как значение требуемого тока зависит от количества параллельно подключенных светодиодов.

Цепь светодиодного индикатора уровня заряда батареи 12 В (светодиодная гистограмма)

Поскольку свинцово-кислотные батареи требуют зарядки постоянным напряжением, инверторов недостаточно для ваших свинцово-кислотных батарей, и в этом случае вам может понадобиться самодельная батарея с напряжением схема контроля для поддержания постоянной зарядки 14 вольт.

Хотя в этой схеме используется микросхема LM324, вы все равно можете использовать микросхему LM3914 для получения 10 уровней, если у вас есть на это достаточный бюджет. Вы можете найти желаемую схему для схемы монитора светодиодного индикатора уровня, в которой используются светодиоды 8 уровней с переменной чувствительностью, в этом разделе ниже.

Необходимые компоненты

1. LM 324 IC X 2
2. Светодиод X 8
3. Резистор (1K X 17)
4. Потенциометр (1K X2)

Схема контроля батареи

Работа детектора напряжения

• Сравнение уровня заряда батареи выполняется с помощью микросхемы LM324, которая имеет 4 встроенных компаратора. Здесь мы используем две микросхемы, чтобы получить 8 уровней.
• На инвертирующий (отрицательный) вывод каждого компаратора мы подаем опорное напряжение с помощью резисторов делителя напряжения.
• Положительная сторона всех компараторов закорочена и подключена к положительной клемме батареи, которую необходимо контролировать.
• Если напряжение батареи выше опорного уровня каждого компаратора, то выход соответствующего компаратора будет высоким. Тогда светодиод загорится.

• На выходе можно подключить светодиоды или дисплеи со штрих-кодом для улучшения внешнего вида.
• Здесь светодиоды светятся в виде гистограммы, если вы хотите, чтобы каждый светодиод светился независимо для обозначения каждого уровня; Вы можете подключить приоритетный энкодер IC 74147 и 74138 декодер IC.
• Чувствительность этого устройства отслеживания напряжения можно регулировать, меняя положение потенциометра.
• Если вы хотите управлять цепью зарядного устройства на определенном уровне, вы можете подключить реле на выходе соответствующего компаратора. Для этого вам придется использовать переключающие транзисторы.

Это можно легко сделать с помощью микросхемы LM324, и это даст вам точные данные об уровне напряжения вашей цепи в реальном времени.

Заключение

В этой статье мы продемонстрировали, как построить и кратко обсудили, как построить 12-вольтовый светодиодный индикатор уровня заряда батареи. индикаторы уровня и схемы светодиодных индикаторов уровня заряда батареи, а также кратко обсудили, как построить схему светодиодного индикатора уровня заряда батареи на 12 В. Здесь мы использовали LM324 и LM39.14 интегральных схем, стабилитрон, 555 схем таймера и светодиодные индикаторы. Теперь мы надеемся, что вы нашли это руководство полезным для создания собственных схем зарядки аккумуляторов с использованием некоторых простых методов. Если у вас есть путаница или вопросы по этой теме, не стесняйтесь задавать их в разделе комментариев ниже.

Цепь зарядного устройства батареи с использованием SCR – работа и недостатки

Для зарядки батареи требуется небольшое напряжение постоянного или переменного тока. Таким образом, чтобы зарядить любую батарею, предположим, что требуется вход переменного тока, тогда сначала входной сигнал переменного тока должен быть ограничен, затем отфильтрован для удаления помех и отрегулирован таким образом, чтобы полученное после этого напряжение можно было использовать для зарядки батареи.

Однако, не только это, после того, как батарея полностью заряжена, цепь должна отключиться, чтобы не произошло дальнейшей нежелательной зарядки.

Зарядное устройство выступает в качестве источника для управления и защиты цепей подстанции в нормальных условиях эксплуатации. Формирование зарядного устройства с использованием SCR оказалось большим преимуществом по отношению к сегодняшнему времени.

Потребность в зарядном устройстве для силовой электроники?

Потребность в маломощных системах зарядных устройств со временем значительно возросла в связи с тем, что с течением времени быстро растет использование портативных приборов и коммуникационного оборудования. Итак, зарядка мобильных устройств стала проблемой, и для решения этой проблемы используются зарядные устройства.

Теперь вы, должно быть, думаете о том, как зарядное устройство может питать батарею.

Как правило, зарядное устройство подает электрический ток в батарею, чтобы ячейки внутри батареи могли накапливать энергию, которая проходит через нее. Для аккумулятора в основном есть два типа режимов зарядки .

Первый — это быстрая зарядка , которая применяется к новым или неиспользованным батареям. В то время как другой с плавающей зарядкой , который применяется к батареям, находящимся в эксплуатации, где питание нагрузки необходимо для компенсации небольшого заряда, который батарея теряет в течение срока службы.

Зарядное устройство на основе SCR использует принцип переключения тиристора для получения определенной выходной мощности. Схема включает в себя трансформатор, выпрямитель и схему управления в качестве основных элементов.

Как мы уже говорили в начале, для зарядки аккумулятора требуется небольшое входное напряжение переменного или постоянного тока. Итак, элементы схемы помогают обеспечить нужное напряжение для зарядки аккумулятора.

Работа схемы зарядного устройства с использованием тиристора

На рисунке ниже представлена ​​схема зарядного устройства с тиристором:

Здесь на вход подается сигнал переменного напряжения 230 В, 50 Гц, а нагрузка составляет 12 V аккумулятор, который необходимо зарядить.

Ниже приведены элементы схемы:

• Блок питания переменного тока
• Понижающий трансформатор
• Цепь выпрямителя
• СКР
• Стабилитрон в качестве стабилизатора напряжения
• Батарея для зарядки

Давайте теперь разберемся, как работает приведенная выше схема.

Итак, первоначально 230 В переменного тока подается на понижающий трансформатор, который преобразует высокое напряжение, подаваемое на вход первичной обмотки, в низкое напряжение, которое получается на выходе вторичной обмотки. Итак, здесь напряжение, полученное на другой стороне трансформатора, составляет 15 В относительно нейтрали.

Из схемы ясно видно, что трансформатор образует соединение с цепью выпрямителя, следовательно, выход трансформатора будет подаваться на цепь выпрямителя. Поскольку у нас есть входной сигнал переменного тока, давайте разберемся, как работает схема выпрямителя, когда применяются две половины сигнала переменного тока.

Первоначально, когда подается положительная половина входного сигнала переменного тока, диод D ₁ в приведенной выше конфигурации будет смещен в прямом направлении и будет проводить, однако D ₂ будет в состоянии обратного смещения, поэтому не будет руководить. И наоборот, когда подается отрицательная половина входа переменного тока, D ₁ не будет проводить, но D ₂ будет в проводящем состоянии, это ясно показано в представлении формы сигнала, приведенном ниже:

Таким образом, схема выпрямителя обеспечивает выпрямленный выход, т. е. постоянное напряжение на клемме P.

Здесь мы использовали стабилитрон с напряжением пробоя 10 В в качестве регулятора напряжения для регулирования уровня напряжения в цепи. Следовательно, на клемме Q будет 10 В из-за наличия стабилитрона.

Поскольку напряжение на клемме P, которое представляет собой не что иное, как выпрямленное напряжение, сравнительно больше, чем на клемме Q, таким образом, это делает тиристор смещенным в прямом направлении, что позволяет ему проводить ток, и из-за этого ток начинает течь через нагрузку, т. е. Аккумулятор 12 В . И мы уже обсуждали в начале, что когда ток течет через батарею, присутствующие в ней элементы накапливают энергию. Таким образом, аккумулятор заряжается.

Однако, в случае, если выпрямленное напряжение меньше, чем напряжение на клеммах Q, то автоматически тиристоры перейдут в состояние обратного смещения, выключив его, и ток через батарею больше не будет течь.

Таким образом, можно сказать, что здесь тиристор действует как переключатель, контролирующий напряжение, подаваемое на аккумулятор. Теперь возникает вопрос, как будет работать схема после полной зарядки аккумулятора .

Таким образом, в основном то, что происходит внутри цепи, так это то, что выпрямленное напряжение здесь составляет 15 В, поэтому, как только батарея полностью заряжена (предположим, она достигает 14,5 В), оставшееся значение напряжения на клемме P будет недостаточным, чтобы вызвать дальнейшее проводимость через SCR, потому что теперь выпрямленное напряжение будет меньше, чем напряжение на клемме Q. Это не позволит току дальше достигать батареи, и в результате цепь зарядки будет деактивирована.

Обычно это сравнение между выпрямленным напряжением и зарядным потенциалом выполняется с помощью схемы компаратора. Как только зарядный потенциал упадет ниже определенного значения, автоматически активируется цепь зарядки, и снова начнется зарядка аккумулятора.

Здесь следует отметить, что значение напряжения пробоя стабилитрона и трансформатора в схеме зависит от зарядного потенциала аккумулятора. Таким образом, потенциал, при котором батарея будет заряжаться, будет определять значение этих двух параметров цепи.

Недостатки схемы зарядного устройства с использованием SCR

1. Процесс зарядки занимает много времени.
2. Схема выпрямителя для преобразования переменного тока в постоянный, не удаляйте пульсации переменного тока, так как здесь отсутствует схема фильтра.
3. Процесс зарядки и разрядки медленный из-за наличия однополупериодного выпрямителя.