Как сделать зарядное устройство для шуруповёрта?
Часто родное зарядное устройство, входящее в комплект шуруповерта, работает медленно, долго заряжая аккумулятор. Тем, кто интенсивно использует шуруповерт, это очень мешает в работе. Несмотря на то, что в комплект входит обычно два аккумулятора (один установлен в рукоятку инструмента и в работе, а другой подключен к зарядному устройству и находится в процессе зарядки), часто владельцы не могут приспособиться к рабочему циклу аккумуляторов. Тогда имеет смысл изготовить зарядное устройство своими руками и зарядка станет удобнее.
Виды батарей
Аккумуляторы неодинаковы по типам и режимы заряда у них могут быть разными. Никель-кадмиевые (Ni-Cd) батареи являются очень хорошим источником энергии, способны отдавать большую мощность. Однако, по экологическим причинам их производство прекращено и они будут встречаться все реже и реже. Сейчас всюду их вытеснили литий-ионные аккумуляторы.
Сернокислотные (Pb) свинцовые гелевые аккумуляторы имеют неплохие характеристики, но утяжеляют инструмент и поэтому не пользуются особой популярностью, несмотря на относительную дешевизну. Поскольку они гелевые (раствор серной кислоты загущается силикатом натрия), то никаких пробок в них нет, электролит из них не вытекает и ими можно пользоваться в любом положении. (Кстати, и никель-кадмиевые аккумуляторы для шуруповертов тоже относятся к классу гелевых.)
Литий-ионные аккумуляторы (Li-ion) являются сейчас наиболее перспективными и продвигаемыми в технике и на рынке. Их особенностью является полная герметичность ячейки. Они имеют весьма высокую удельную мощность, безопасны в обращении (благодаря встроенному контроллеру заряда!), выгодно утилизируются, являются наиболее экологически чистыми, имеют малый вес. В шуруповертах в настоящее время применяются очень часто.
Режимы заряда
Номинальное напряжение Ni-Cd ячейки 1.2 В. Никель-кадмиевый аккумулятор заряжается током от 0.1 до 1.0 номинальной емкости. Это означает, что аккумулятор емкостью 5 амперчасов можно заряжать током от 0.5 до 5 А.
Заряд сернокислотных аккумуляторов хорошо знаком всем людям, держащим в руках шуруповерт, ведь практически каждый их них еще и автолюбитель. Номинальное напряжение ячейки Pb-PbO2 составляет 2.0 В, а ток зарядки свинцового сернокислотного аккумулятора всегда 0.1 C (доля тока от номинальной емкости, см. выше).
Литий-ионная ячейка имеет номинальное напряжение 3.3 В. Ток заряда литий-ионного аккумулятора, 0.1 C. При комнатной температуре этот ток можно плавно повышать до 1.0 С – это быстрый заряд. Однако, это годится только для тех батарей, которые не были переразряжены. При заряде литий-ионных батарей следует точно соблюдать напряжение. Заряд производится до 4.2 В точно. Превышение резко снижает срок службы, понижение – уменьшает емкость. При зарядке следует следить за температурой. Теплый аккумулятор следует либо ограничить током до 0.1 С, либо отключить до остывания.
ВНИМАНИЕ! При перегреве литий-ионного аккумулятора при зарядке свыше 60 градусов Цельсия возможен его взрыв и возгорание! Не следует слишком полагаться на встроенную электронику безопасности (контроллер заряда).
При заряде литиевой батареи, контрольное напряжение (напряжение окончания заряда) образует приблизительный ряд (точные напряжения зависят от конкретной технологии и указаны в паспорте на батарею и на ее корпусе):
| Число элементов | Номинал. напр., В | По паспорту, В | Конец заряда, В |
| 1 | 3.6 | 3.6 | 4.2 |
| 2 | 7.2 | 7 | 8.4 |
| 3 | 10.8 | 10 | 12.6 |
| 4 | 14.4 | 12 | 16.8 |
| 5 | 18 | 18 | 21.0 |
Напряжение заряда следует контролировать мультиметром или схемой с компаратором напряжения, настроенным точно на применяемую батарею. Но для “электронщиков начального уровня” реально можно предложить только простую и надежную схему, описанную в следующем разделе.
Зарядное устройство + (Видео)
Зарядное устройство, которое предлагается ниже, обеспечивает нужный зарядный ток для любого аккумулятора из всех перечисленных. Шуруповерты питаются от аккумуляторов с разными напряжениями 12 вольт или 18 вольт. Это неважно, главный параметр зарядного устройства для аккумуляторов – ток заряда. Напряжение зарядного устройства при отключенной нагрузке всегда выше номинального, оно падает до нормы при подключении батареи при заряде. В процессе заряда оно соответствует текущему состоянию аккумулятора и обычно чуть выше номинального в конце заряжания.
Зарядное устройство представляет собой генератор тока на мощном составном транзисторе VT2, который питается от выпрямительного мостика, подключенного к понижающему трансформатору с достаточным выходным напряжением (см. таблицу в предыдущем разделе).
Этот трансформатор должен также иметь достаточную мощность, чтобы обеспечить необходимый ток при длительной работе без перегрева обмоток. Иначе он может сгореть. Ток заряда выставляется регулировкой резистора R1 при подключенном аккумуляторе. Он остается постоянным в процессе заряда (тем постоянней, чем выше напряжение от трансформатора. Примечание: напряжение от трансформатора не должно превышать 27 В).
Резистор R3 (не менее 2 Вт 1 Ом) ограничивает максимальный ток, а светодиод VD6 горит, пока идет заряд. К концу заряда, свечение светодиода уменьшается и он гаснет. Тем не менее, не забывайте про точный контроль напряжения литий-ионных аккумуляторов и их температуру!
Все детали в описанной схеме монтируются на печатной плате из фольгированного текстолита. Вместо диодов, указанных в схеме, можно взять русские диоды КД202 или Д242, они довольно доступны в старом электронном ломе. Располагать детали надо так, чтобы на плате оказалось как можно меньше пересечений, в идеале ни одного. Не следует увлекаться высокой плотностью монтажа, ведь вы собираете не смартфон. Распаивать детали вам будет значительно легче, если между ними останется по 3-5 мм.
Транзистор должен быть установлен на теплоотводе достаточной пощади (20-50 см.кв). Все части зарядного устройства лучше всего смонтировать в удобный самодельный корпус. Это будет самым практичным решением, в работе вам ничто не будет мешать. Но здесь могут возникнуть большие сложности с клеммами и подключением к аккумулятору. Поэтому лучше сделать так: взять старое или неисправное зарядное устройство у знакомых, подходящее к вашей модели аккумулятора, и подвергнуть его переделке.
- Вскрыть корпус старого зарядного устройства.
- Удалить из него всю бывшую начинку.
- Подобрать следующие радиоэлементы:
| Поз. | Описание |
| VD1-VD4 | 1N4001 диод выпрямительный |
| VD5 | диод |
| VD6 | VD6 светодиод, красный или зеленый, любого типа |
| C1 | C1 К50-35 или аналогичный 220-1000 мФ от 50 В |
| C2 | C1 К50-35 или аналогичный 220-1000 мФ от 50 В |
| R1 | переменный резистор 10 ком, желательно проволочный |
| R2 | резистор МЛТ-0,25 330 Ом |
| R3 | резистор МЛТ-2, 1 Ом |
| VT1 | транзистор КТ361В, Г |
| VT2 | транзистор КТ829В (устанавливается на радиатор пл. 20 – 50 кв. см |
| Т1 | Трансформатор силовой 220 В / 24 В, мощность 100 Вт |
- Выбрать подходящий размер для печатной платы, помещающейся в корпус вместе с деталями из приведенной схемы, нарисовать нитрокраской ее дорожки по принципиальной схеме, протравить в медном купоросе и распаять все детали. Радиатор для транзистора нужно установить на алюминиевой пластинке так, чтобы она не касалась ни с какой частью схемы. Сам транзистор плотно прикручивается к ней винтиком и гайкой М3.
- Собрать плату в корпусе и припаять клеммы по схеме строго соблюдая полярность. Вывести провод для трансформатора.
- Трансформатор с предохранителем на 0.5 А установить в небольшой подходящий корпус и снабдить отдельным разъемом для подключения переделанного зарядного блока. Лучше всего взять разъемы от компьютерных блоков питания, папу установить в корпус с трансформатором, а маму подключить к диодам мостика в зарядном устройстве.
Собранное устройство будет работать надежно если вы аккуратно и тщательно проделали
Источник
Поделки своими руками для автолюбителей
Зарядное Устройство для любого шуруповерта и не только
В этой статье рассмотрим проект универсального источника питания, который может быть использован в качестве зарядного устройства для портативных электроинструментов и не только.
Особенность такого источника заключается в том, что он относительно простой и самое важное имеется стабилизация, как выходного напряжения, так и тока, то есть с его помощью можно заряжать и литий-ионные аккумуляторы.
Проектируя его я ставил задачу сделать универсальное, зарядное устройство для шуруповерта, поэтому диапазон выходного напряжения где-то от 11 до 17 вольт с возможностью регулировки, а ток до 1,3 ампер, также с возможностью регулировки. Этого вполне достаточно для зарядки наиболее ходовых электроинструментов 12, 14,4 и 16,8 вольта, но как уже сказал схема универсальна, выходное напряжение и ток можно сделать иными.
Устройство питается непосредственно от сети, снабжены всеми необходимыми защитами, включая защиту от коротких замыканий и перегрева.
Схема состоит из двух основных частей, сетевого понижающего импульсного блока питания и узла стабилизации тока и напряжения, за счет импульсного принципа преобразования устройство имеет высокий кпд, малые размеры и вес.
Источник питания построен на основе специализированной микросхемы TNY267 или 268, именно от выбора микросхемы зависит мощность зарядного устройства — это целая линейка специализированных микросхем, которые находят широкое применение во всевозможных зарядных устройствах и адаптеров питания.
Самая мощная из этой линейки TNY268 на основе которой можно построить блоки с мощностью до 23 ватт, фактически схема сетевого преобразователя может быть любой, хоть на сотни ватт, если в этом есть необходимость, важно чтобы преобразователь имел линию обратной связи.
Как мы знаем, для того чтобы обеспечить полноценную стабилизацию тока и напряжения, шим контроллер, на основе которого построен преобразователь, должен иметь два усилителя ошибки, например TL494. Особенностью нашей схемы является то, что стабилизация тока и напряжение реализованы через один единственный канал обратной связи, но вернемся к нашей микросхеме TNY268 — она выбрана неспроста, во-первых блоки питания на основе данных микросхем имеют минимальную обвязку и самое главное импульсный трансформатор имеет всего две обмотки, сетевая и вторичная.
Дополнительной обмотки мотать в данном случае не нужно, к тому же в самой микросхеме уже есть всё необходимое для работы, включая полноценный шим контроллер, система защиты и даже силовой транзистор это удобно и дешево.
Я сделал несколько источников питания используя микросхемы, как TNY267 так и 268, работают аналогично хорошо.
Вторая часть зарядки состоит из сдвоенного операционного усилителя lm358, источника опорного напряжения tl431 и мелочевки, имеется пара подстроечных резисторов для регулировки тока и напряжения.
Этот узел наиболее важен, поскольку им можно дополнить любой другой блок питания любой мощности и получить регулируемое по току и напряжению зарядное устройство.
Давайте подробно рассмотрим, как работает этот узел… Первый канал операционного усилителя задействован для стабилизации тока, второй для напряжения, в схеме стабилизации тока имеется токовый шунт, в нашем случае представляющий собой низкоомный, 2-ватный резистор R6.
Опорное напряжение 2,5 вольта задается микросхемой tl431, тут она работает чисто как стабилитрон. Резистор R15 задаёт ток стабилизации, в зависимости от запланированного выходного напряжения необходим пересчёт данного резистора таким образом, чтобы ток стабилизации был в районе 5-10 максимум 20 миллиампер — плюс минус.
Опорное напряжение, через резистивный делитель, подается на инверсный вход операционного усилителя, притом важно заметить что один из резисторов делителя — подстрочный, вращая его мы можем изменять опорное напряжение на инверсном входе операционника.
На прямой вход, того же канала операционного усилителя поступает падение напряжения с датчика тока, при подключении нагрузки на выход источника по шунту будет протекать определенный ток, что приведет к образованию падения напряжения на нём — это напряжение поступит на прямой вход операционного усилителя, где оно будет сравнено с опорным напряжением на другом входе, если падение напряжения на шунте большие опорного напряжения, на выходе операционного усилителя получим высокий уровень — засветятся соответствующий светодиод и одновременно светодиод оптопары, которая задействована тут в цепи обратной связи.
Микросхема TNY моментально отреагирует на это и её внутренней транзистор меньше времени будет находиться в открытом состоянии, следовательно меньше мощности пойдет в трансформатор.
Разумеется при этом уменьшится ток во вторичной цепи, следовательно уменьшится падение напряжения на датчики тока до тех пор, пока напряжение на входах операционного усилителя не уравняться. Точно таким же образом работает функция стабилизации напряжения, которая построена на втором канале операционного усилителя, только на сей раз с опорным напряжением сравнивается часть выходного напряжения, свечение 2 светодиода говорит о том, что блок работает как стабилизатор напряжения, то есть наш источник работает либо, как стабилизатор напряжения, поддерживая выставленное, выходное напряжение, либо в качестве стабилизатора тока, ограничивая выходной ток на заданном уровне, но тут есть один недостаток о котором поговорим в конце.
Подстроечные резисторы — позволят изменять выходные параметры, делители в опорных цепях и датчик тока, рассчитаны именно для указанных параметров, если вам нужны иные значения напряжения и тока придётся пересчитать опорные цепи, но перед тем, как это сделать нужно понять, что всё упирается в мощность преобразователя и выше 23 ватт снимать нельзя, если использована микросхема TNY268 и имеется хорошее охлаждение.
Используя закон ома можно понять позволит ли микросхема построить источник с вашими требованиями, если нет, то можно использовать иную, более мощную схему преобразователя, а узел стабилизации и тока оставить этот.
Трансформатор, сперва важно указать, что наша микросхема работает на фиксированной частоте в 132 килогерца, в моём источнике применен ШЕ-образный, ферритовый трансформатор с начальная проницаемостью 2300, данные намотки указаны именно для этого трансформатора, в случае иных сердечников, обмотки нужно пересчитать, сделать это можно с помощью специализированных программ и приложений для расчета трансформаторов, однотактных обратно-ходовых источников питания.
Необходимо также заметить о наличии не магнитного зазора между половинками сердечника, в данном случае зазор около 0,3-0,4 миллиметров.
Как на плате, так и на схеме, точками указаны начала намотки обмоток, если перепутать, работать схема не будет. Для того, чтобы ничего не путать начало намотки желательно промаркировать, например одевая термоусадку на провод.
Обмотки мотаются в одинаковом направлении, например по часовой стрелке, для начала на голой каркас мотается половина первичной обмотки, вообще можно и всю обмотку сразу, но так правильнее. Обмотку мотаем послойно, каждый слой изолируем, например карбоновым, термостойким скотчем, одного-двух слоев изоляция хватит.
После намотки и половины первичной обмотки мотаем всю вторичную обмотку целиком, тоже послойно, если она полностью не влезет в один ряд, далее поверх вторичной обмотки ставим изоляцию слоев так 3-4 и мотаем остальную половину первичной обмотки, тем же способом, что и первую половину.
В итоге у нас получается четыре отвода от первичной обмотки, каждые два провода являются цельной обмоткой и начало каждой обмотки мы промаркировали, теперь берём начало одной обмотки и соединяем с концом другой, получим отвод, который в схеме использоваться не будет, как итог мы получаем одну, цельную, первичную обмотку.
Теперь необходимо собрать трансформатор, не забывая о зазоре между половинками сердечника, для получения зазора можно взять к примеру чек от банкомата, вырезать полоску, сложить вдвое и установить под центральным или крайними краями сердечника.
Далее, стягиваем половинки сердечника скотчем и устанавливаем трансик на плату.
После полной проверки схемы на работоспособность, половинки сердечника для надежности, можно заклеить клеем.
Выходной дроссель в моем случае намотан на ферритовой гантельки и имеет индуктивность около 15 микрогенри, использован провод 0,7 миллиметров, но практика показала, что дроссель можно вовсе исключить, просто поставив перемычку, на работу это никак не повлияло.
То же самое можно сказать и о сетевом фильтре, так как блок маломощный, особо сильно гадить в сеть он не будет, но естественно с фильтром — правильней.
Идём дальше, в делителях напряжения необходимо использовать точные и стабильные резисторы с допуском 1 процента и меньше, но в любом случае будет некоторый разброс и идеально рассчитать выходное напряжение и ток довольно трудно, но в схеме у нас имеются подстроечные резисторы, которые позволят очень точно выставить выходные параметры источника.
Используя этот принцип можно пересчитать блок под ваши нужды, снять больший ток, большее напряжение, да хоть пуско-зарядное можно сделать, но о нём поговорим в следующих статьях.
Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.
Если устройство будет работать в герметичном корпусе, без вентиляционных отверстий, то мощность источника необходимо снизить, а на микросхему с применением теплопроводящего клея желательно приклеить небольшой теплоотвод.
Недостатком данных схем является то, что стабилизация тока работать не будет, если на выход схемы не подключен заряжаемый аккумулятор, это происходит по той причине, что при подключении нагрузки, схема автоматически уменьшает выходное напряжение, чтобы поддерживать заданный ток, в какой то момент выходного напряжения становится недостаточным для питания операционного усилителя и опорного источника.
Если же к выходу подключён аккумулятор, то ранее упомянутые узлы будут питаться от самого аккумулятора, то есть выставить ток заряда необходимо только при подключенном аккумуляторе, именно аккумулятор, а не другая нагрузка.
Фактически вторую часть схемы можно прикрутить к любому импульсному источнику с обратной связью.
Как происходит зарядка думаю вы уже поняли, в холостую без подключенного аккумулятора вращением резистора R11 нужно выставить напряжение окончания заряда, например для трёх последовательно соединенных банок литий-ионных аккумуляторов — это напряжение составляет 12,6 вольта.
В холостую у нас будет светиться зеленый светодиод, что говорит о работе блока в режиме стабилизации напряжения, далее подключается разряженный аккумулятор, вращением подстрочника R5, выставляем ток заряда. При этом зеленый светодиод потухнет и засветится красный, блок работает в режиме стабилизации тока по мере заряда аккумуляторной батареи, когда ток будет меньше, чем за данный лимит, красный светодиод потухнет и засветится зеленый.
Важно, выходное напряжение такого источника не должно быть выше 32 вольт — это максимальное питающее напряжение для lm358, который запитан напрямую с выхода источника питания.
Минимальное, выходное напряжение может быть в районе 3 — 3,5 вольт, но лучше сделать от 5 — 6 вольт, если в этом есть необходимость.
Источник