Автоматическое зарядное устройство с бестрансформаторным питанием.
Универсальный блок повышенной мощности для широкого спектра аккумуляторных батарей 3-27В (3-100Ач). Как правильно зарядить автомобильный аккумулятор: одноэтапная и трёхэтапная зарядки.
Начну необычно!
Шедевральностью приведённая бестрансформаторная схема не блещет! Не блещет родная ни мрамором, ни златом, ни светом звёзд. Мало того, с лёгкость может долбануть зазевавшегося гражданина электрическим разрядом, посредством чего привести его организм в состояние глубокой печали, беспокойства и хаотичности мыслей.
Теперь о хорошем.
Простота, подкупающий функционал и радующие глаз массогабаритные показатели электроизделий, обозначенных в заголовке, погрузили меня в размышления о целесообразности поиметь в хозяйстве именно бестрансформаторное зарядное устройство. Мотивом погружения предшествовала ниоткуда вдруг выросшая разовая потребность срочно оживить довольно мощный АКБ.
Результатом мыслительного процесса явилось универсальное автоматическое зарядное устройство для мощных аккумуляторов напряжением 3-27 В и собственной ёмкостью 3-100 Ач. 
Рис.1
Основой устройства является ёмкостный балластный элемент, образованный конденсаторами С1-С5, включение и выключение которых производится соответствующими тумблерами.
Реактивные сопротивления этих конденсаторов и мостовой выпрямитель Br2 образуют источник стабильного и неизменного постоянного тока, величина которого выбирается исходя из рекомендаций производителя АКБ. Значения этих токов могут выбираться любыми из диапазона 0,3-9,3А с шагом 0,3А.
Для предохранения диодов выпрямителя от резкого скачка тока в момент включения прибора, в него введено устройство мягкого пуска, состоящего из резистора R1 и реле Rel1, закорачивающего данный резистор через некоторое время после окончания переходных процессов.
Важный момент! Переключатель S1 — это тумблер без фиксации, алгоритм работы (on)-off-(on), количество контактных групп — 2.
Резистор R3 предназначен для разряда балластных конденсаторов после выключения зарядного устройства.
А всё-таки, каким током следует заряжать аккумулятор?
Оптимальным током является величина, равная 1/10 (± 10%) от полной ёмкости АКБ — это стандартные рекомендации производителей на обслуживаемые автомобильные аккумуляторные батареи.
При меньшем токе заряда процесс будет пропорционально замедляться, при большем — начнёт плохеть пациенту.
Для необслуживаемых изделий некоторые производители настоятельно рекомендуют использовать номинальный ток заряда не более 1/20 от ёмкости аккумулятора.
Ясен пипидастр, что в определённый момент АКБ наберёт полный заряд и на продолжающееся воздействие извне начнёт реагировать бурным химическим негодованием с неприятным выделением газа. Этот неловкий момент следует предотвратить и отключить зарядное устройство в момент 20%-го превышения значения напряжения на клеммах от паспортной величины характеристики аккумулятора.
Таким образом, для 12В батарей процесс заряда следует стопорнуть при напряжении на выводах АКБ 14,4 В, для 24 вольтовых — при 28,8 В и т.д.
Однако вернёмся к схеме.
Ответственным за состоянием здоровья аккумулятора назначен компаратор DA1, который сравнивает напряжение на АКБ с уровнем, установленным переменным резистором R5.
В момент совпадения этих величин, на выходе компаратора появляется высокий уровень напряжения, который посредством транзисторного аналога тиристора (транзисторы T1, T2) замыкает реле Rel1 на землю, что в свою очередь приводит к отключению блока от сети и, соответственно, к прекращению процесса заряда.
Аналогичный процесс происходит и при желании вручную отключить зарядное устройство от сети. В этом случае высокий уровень напряжения подаётся на аналог тиристора посредством замыкания контактов переключателя S1.2.
Интегральный регулируемый стабилизатор Vr1 формирует стабильное напряжение в диапазоне 3-27В. Его низкое выходное сопротивление позволяет исключить влияние входного сопротивления вольтметра на формируемые уровни напряжения при желании сделать этот прибор внешним и отключаемым после установки необходимого значения напряжения.
Стабилитроны D1, D2 поддерживают напряжение питания микросхем Vr1 и DA1 на уровне 30В, диод D3 не позволяет выйти напряжению на входе компаратора за допустимые пределы, светодиод Led1 служит для индикации включённого состояния устройства.
С1-С5 выполнены в виде батарей из параллельно соединённых неполярных конденсаторов экзотического номинала 4,7мкФ x 400в: С1 — 1шт, С2 — 2шт, С3 — 4шт и т.д. Всего 31 штука, не больше, не меньше — хоть из-под земли достань, да выложи!
На самом деле не так уж всё и грустно. Изделия, заказанные у наших китайских друзей, уложатся в небольшую коробчёнку и не сильно обременительную сумму, не превышающую 1000 российских тугриков.
Диодный мост Br2 следует выбирать с некоторым запасом по максимальному току. Я остановил свой выбор на 15-ти амперном экземпляре. При необходимости работать с высокими токами заряда этот элемент необходимо снабдить радиатором, исходя из рассеиваемой мощности Pрас ≈ Iзар x 1,5 .
Рассчитать размер радиатора можно по ссылке Ссылка на страницу.
Реле должно выдерживать необходимый максимальный коммутируемый ток и не гнушаться работой с сетевым напряжением. Ток срабатывания должен находиться в районе 20мА, как правило, в документации такие реле называются — High Sensitive. При наших мощностях таким током срабатывания обладают реле с номинальным рабочим напряжением 24 вольта.
Тумблеры: S1 должен быть рассчитан на максимальный ток — не менее 10А, S2-S6 — не менее 5А.
Компаратор DA1 может быть любым, поддерживающим однополярное 30-вольтовое питание и имеющим входные токи — не более 100nA.
А какие условия безопасности надо выполнять при работе с бестрансформаторными источниками питания мы довольно подробно обсудили на странице Ссылка на страницу.
И под занавес приведу более долгий, но продвинутый способ зарядить АКБ за несколько этапов.
К преимуществам этого способа следует отнести то, что аккумулятор получает полный заряд и восстанавливает свою ёмкость практически на 100 процентов. Недостаток заключается в увеличении времени процесса и необходимости нескольких подходов к заряжаемому.
1. Сначала устанавливаем ток, равным 0,1 от номинальной ёмкости АКБ. Для батареи 55 А-ч это составит 5,5 ампер (в нашем случае — 5,4). В таком режиме заряжаем до напряжения на выводах АКБ 14,4 вольта. Устанавливаем это напряжение регулятором, далее ждём, пока зарядник вырубится;
2. Снижаем ток заряда в два раза (до 2,7 ампер), заряжаем до напряжения на выводах АКБ 15 вольт, ждём, пока зарядник вырубится;
3. Снижаем ток заряда ещё в два раза (до 1,2 ампера), заряжаем до напряжения на выводах АКБ 15,5 вольт, ждём, пока зарядник вырубится, если через 5-6 часов этого не произошло, вырубаем устройство вручную.
А теперь — о самом важном.
Безтрансформаторные источники питания являются устройствами, не обладающими гальванической развязкой от сети, поэтому все подключения проводов к аккумулятору необходимо провести до втыкания вилки в розетку.
В процессе зарядки блудить шаловливыми ручонками по оголённым проводам и клеммам АКБ не следует — есть шанс словить переменку (не слишком большой, но весьма неприятный. ).
По окончании процесса, точно также — сначала выдернуть штепсель из розетки, а уже потом отсоединять аккумулятор.
Итак. Подсоединили АКБ, воткнули вилку, установили ток заряда, повернули R5 в нижнее по схеме положение — теперь можно нажать включатор и начинать зарядку. После этого следует установить переменный резистор в положение, соответствующее необходимому уровню отключения зарядного устройства, контролируя эту величину по показаниям вольтметра.
Если аккумулятор не будет подключён к зарядному устройству, или отвалится какой-либо провод, сработает схема защиты, что приведёт к отключению блока от сети.
Источник
Схемы бестрансформаторных зарядных устройств
В настоящее время все более широкое применение в различных конструкциях в качестве элементов питания находят аккумуляторы НКГЦ-0,45, Д-0,26 и другие. Приведенное на рис. 5.11 позволяет заряжать одновременно четыре аккумулятора Д-0,26 током 26 мА в течение 12. 16 часое.
Избыточное напряжение сети 220 В гасится за счет реактивного сопротивления конденсаторов (Хс) на частоте 50 Гц, что позволяет уменьшить габариты зарядного устройства.
Используя эту электрическую схему и зная рекомендуемый для конкретного типа аккумуляторов ток заряда (1з), по приводимым ниже формулам можно определить емкость конденсаторов С1, С2 (суммарную С=С1 +С2) и выбрать по справочнику тип стабилитрона VD2 так, чтобы напряжение его стабилизации превышало напряжение заряженных аккумуляторов примерно на 0,7 В.
Тип стабилитрона зависит только от количества одновременно заряжаемых аккумуляторов, так, например, для заряда трех элементов Д-0,26 или НКГЦ-0,45 необходимо применять стабилитрон VD2 типа КС456А. Пример расчета приведен для аккумуляторов Д-0,26 с зарядным током 26 мА.
В зарядном устройстве применяются резисторы типа МЯТ или С2-23, конденсаторы С1 и С2 типа К73-17В на рабочее напряжение 400 В. Резистор R1 может иметь номинал 330. 620 кОм (он обеспечивает разряд конденсаторов после отключения устройства).
Светодиод HL1 можно использовать любой, при этом подобрав резистор R3 так, чтобы он светился достаточно ярко. Диодная матрица VD1 заменяется четырьмя диодами КД102А.
Топология печатной платы с расположением элементов пока зана на рис. 5.12. Плата односторонняя (без отверстий), и элементы устанавливаются со стороны печатных проводников.
При использовании элементов, указанных на схеме, зарядное устройство легко устанавливается в корпусе от блоков питания для карманных микрокалькуляторов (рис. 5.13) или же может размещаться внутри корпуса устройства, где установлены аккумуляторы.
Индикация наличия напряжения в цепи заряда осуществляется светодио-дом HL1, который размещается на видном месте корпуса. Диод VD3 лозво-ляет предохранить разряд аккумуляторов через цепи зарядного устройства при отключении его от сети 220 В. При заряде аккумуляторов НКГЦ-0,45 током 45 мА резистор R3 необходимо уменьшить до величины, при которой светодиод светится полной яркостью.
Проверку зарядного устройства лучше проводить при подключении вместо аккумуляторов измерительных приборов и эквивалентной нагрузки (рис. 5.14), минимальная величина которой для четырех аккумуляторов определяется по закону Ома:
R = U/I = 4/0,026 =150 Ом, где
U — напряжение на разряженных аккумуляторах (у основной массы аккумуляторов эта величина составляет один вольт на элемент).
При пользовании зарядным устройством необходимо следить за временем, так как приведенная схема хотя и снижает вероятность получения аккумулятором избыточного заряда (за счет ограничения напряжения стабилитроном), однако полностью такой возможности, при очень большом времени заряда, не исключает. А если у вас нет проблем с памятью, то это простое и малогабаритное устройство поможет сэкономить деньги.
Вторая схема бестрансформаторного зарядного устройства (рис. 5.15) предназначена для одновременного заряда двух аккумуляторов типа НКГЦ-0,45 (НКГЦ-0,5). Здесь обеспечивается асимметричный режим заряда, что позволяет продлить срок службы аккумуляторов. Заряд производится током 40. 45 мА в течение одной полуволны сетевого напряжения.
В течение второй полуволны, когда соответствующий диод закрыт, элемент G1 (G2) разряжается через резистор R4 (R5) током 4,5 мА. оставлять подключенными к схеме, надолго без включения зарядного устройства в сеть, так как при этом происходит их разряд через резисторы R4, R5.
При правильной сборке устройства настройка не требуется.
Заряд аккумуляторов G1 и G2 происходит поочередно, так, например, в течение положительной полуволны заряжается G1 (G2 — разряжается). Такое построение схемы позволяет осуществлять процесс заряда аккумуляторов в независимости друг от друга, и любая неисправность одного из них не нарушит заряд другого.
Для индикации наличия сетевого напряжения в схеме используется миниатюрная лампа HL1 типа СМН6.3-20 или аналогичная. Аккумуляторы нельзя оставлять подключенными к схеме, надолго без включения зарядного устройства в сеть, так как при этом происходит их разряд через резисторы R4, R5.
При правильной сборке устройства настройка не требуется.
Схема, показанная на рис. 5.16, в отличие от вышеприведенных, исключает повреждение аккумуляторов из-за получения ими избыточного заряда. Она автоматически отключает процесс заряда при повышении напряжения на элементах выше допустимой величины и состоит из стабилизатора тока на транзисторе VT2, усилителя VT1, детектора уровня напряжения на VT3 и стабилизатора напряжения D1.
Устройство может использоваться и как источник питания на ток до 100 мА при подключении нагрузки к контактам 1 и 2 штекера Х2.
Индикатором процесса заряда является свечение светодиода HL1, который при его окончании гаснет.
Настройку устройства начинаем со стабилизатора тока. Для этого временно замыкаем базу транзистора VT3 на общий провод, а вместо аккумуляторов подключаем эквивалентную нагрузку с миллиамперметром 0. 100 мА. Контролируя прибором ток в нагрузке, подбором резистора R3 устанавливаем номинальный ток заряда для конкретного типа аккумуляторов.
Вторым этапом настройки является уотановка уровня ограничения выходного напряжения с помощью подстроечного резистора R5. Для этого, контролируя напряжение на нагрузке, увеличиваем сопротивление нагрузки до момента появления максимально допустимого напряжения (5,8 В для четырех аккумуляторов Д-0,26). Резистором R5 добиваемся отключения тока в нагрузке (погаснет светодиод).
При изготовлении устройства можно использовать корпус от источника питания БП2-3 или аналогичный (от него же удобно взять и трансформатор). Трансформатор подойдет любой малогабаритный с напряжением во вторичной обмотке 12. 16 В.
Транзистор VT2 крепится к теплорассеивающей пластине. Конденсаторы С1 применяются типа К50-16-25В, С2 — типа К50-16-16В. Для удобства настройки в качестве R5 желательно использовать многооборотный резистор типа СП5-2 или аналогичный, остальные резисторы подойдут любого типа.
От источника питания можно получить напряжения 6 или 9 В, если на место микросхемы D1 установить соответственно КР142ЕН5Б (Г) или КР142ЕН8А (Г).
Источник