Устройство зарядки для аккумулятора автомобиля


Зарядное устройство для аккумулятора автомобиля: как сделать своими руками, варианты, схемы, правила

Помните старую комедию «Берегись автомобиля»? «С плохим аккумулятором – разве это жизнь?» Чтобы аккумулятор вел себя всегда хорошо, держать его все время подключенным к бортовой сети нельзя, нужен периодический подзаряд от автономного зарядного устройства, особенно в зимнее время; почему – см. далее. Сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками возможно, владея начальными приемами электромонтажных работ. Обойдется самодельная автозарядка из купленных вразброс комплектующих дешевле фирменной; случай для современной электроники, надо сказать, нетипичный. Это во-первых. Во-вторых, изготовление автозарядки своими руками – хорошая переходная ступень от элементарных электроцепей типа выключатель – лампочка к серьезной электронике. В отличие от «пионерских» поделок на столе оно сразу даст навыки работы с достаточно большими токами и механического оформления конструкции. В настоящем материале рассказывается, как правильно сделать зарядное устройство для автоаккумулятора.

Состав и термины

Автозарядка состоит из первичного источника электропитания для собственно зарядного устройства, которое обеспечивает заданный режим заряда аккумуляторной батареи, и схем защиты ее от разного рода нештатных ситуаций. Схемотехнически эти узлы могут быть в той или иной степени объединены. Далее для краткости употребляются след. сокращения:

  • АКБ – аккумуляторная батарея.
  • ПИ – первичный источник питания.
  • ИП – любой другой источник питания.
  • УЗ – устройство защиты.
  • ТЗ – защита по току.
  • ЗН – защита от перенапряжения.

Зачем нужна зарядка

Свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются «дубовостью», эксплуатационной выносливостью, отчего и держатся нерушимо в автотранспорте. Причина – простота электрохимических процессов в свинцово-кислотной АКБ. Для контроля за ее текущим состоянием в большинстве случаев достаточно знать величину напряжения всей батареи без разбивки по банкам. Но перезаряд свинцово-кислотной АКБ может вызвать вскипание электролита в ней. На ходу автомобиля это очень опасно, поэтому в бортсети АКБ хронически недозаряжается. Постоянный недозаряд приводит к преждевременной сульфатации пластин и снижению ресурса АКБ. Ситуация усугубляется в холодное время года, даже если гараж или место стоянки отапливается, т.к. до комнатной температуры их не греют. Если же в перерывах между поездками дозаряжать АКБ по максимуму, сколько она способна принять энергии при данной наружной температуре, то «акумыч» проживет хорошо и долго даже в суровых условиях. Дозаряд АКБ как раз и обеспечивает зарядное устройство для аккумулятора, но это еще не все. Правильно построенное зарядное устройство дает также десульфатирующий эффект. Если зимой ежесуточно на ночь снимать АКБ и ставить на дозаряд, она выдерживает количество циклов заряд-разряд в 1,5-2 раза против прописанного в ТУ в расчете на типовой режим эксплуатации. Также зарядка с десульфатацией иногда способна спасти АКБ, «убитую», напр., при попытках завести машину на холоде. И, наконец, емкость неиспользуемой АКБ за месяц падает на 15-30% вследствие саморазряда. Если же на это время поставить АКБ на содержание под током от зарядки (см. далее), то аккумулятор будет всегда свежим. И, между прочим, постановка неиспользуемой АКБ на содержание также уменьшает сульфатацию пластин.

Как работает АКБ

Свинцовые АКБ заряжают током, равным току их 10-часового разряда: 6 А для АКБ на 60 А/ч, 9 А для 90 А/ч, 12 А для 120 А/ч. Больший ток вызовет перегрев и, возможно, вскипание электролита, отчего ресурс батареи резко снижается вплоть до полной негодности. Меньший зарядный ток ресурс АКБ практически не увеличивает, но удлиняет время заряда.

Зарядный ток в АКБ течет обратно рабочему. Важнейшее условие при этом – напряжение на АКБ не должно превысить 2,7 В на банку (8,1 В для 6 В АКБ, 16,2 В для 12 В АКБ, 27 В для 24 В АКБ), иначе начнется химическое разложение электролита, пластин, и АКБ закипит даже при небольшом зарядном токе. Чтобы полностью исключить закипание, допустимое напряжение заряда ограничивают 2,6 В на банку (7,8 В, 15,6 В, 26 В соотв.); при этом недозаряд по энергии составит менее 5% и усиления сульфатации не будет.

Если отключить полностью заряженную АКБ от ЗУ, дать ей остыть и померить напряжение без нагрузки, увидим 2,4 В на банку (6,8 В, 14,4 В, 24 В). В работе при разряде напряжение АКБ плавно падает до 1,8 В на банку (5,4 В, 10,8 В, 21,6 В), после чего батарея считается полностью разряженной. На самом деле в ней остается ок. 25% «закачанной» при заряде энергии, и способы «высосать» ее в экстренной ситуации до последнего эрга есть, но АКБ после этого придется сдать на утилизацию. Выбрасывать нельзя, там свинец.

Температурная зависимость напряжения полностью заряженной АКБ существенна. Если дать заряд на АКБ, еще не остывшую от экстратока разряда (стартер в момент пуска берет до 600 А, а крутящий до 75 А), то напряжение на ней может резко прыгнуть, т.к. отклик свинцового аккумулятора током потребления на скачок приложенного напряжения сильно, по меркам электроники, затянут, до десятков мс. Получим саморазогрев и вскипание электролита на борту. Поэтому в бортсети машины напряжение на АКБ ограничивают 2,35 В на банку (7,05 В, 14,1 В, 23,5 В), что и вызывает хронический недозаряд.

При заряде от внешнего ЗУ напряжение на АКБ ограничивают величиной 2,4 В на банку (6,8 В, 14,4 В, 24 В), т.к. «наливать энергии по горлышко», до 2,6 В на банку, рискованно – АКБ при заряде греется и может уйти в саморазогрев. Полностью АКБ дозаряжают и предохраняют от саморазряда т. наз. током содержания, равным 0,5-1 тока 100-часового разряда (0,3-0,6 А, 0,45-0,9 А и 0,6-1,2 А для АКБ на 60 А/ч, 90 А/ч и 120 А/ч соотв.); напряжение на батарее при этом не должно превысить 2,6 В на банку. Практически для этого в ЗУ ставят защиту от перенапряжения на 15,6 В для 12 В АКБ, 7,8 В и 26 В для 6 В и 24 В АКБ. Если она сработала, АКБ приняла энергии, сколько может, и дальше ее заряжать нельзя.

Требования к зарядке

Исходя из условий эксплуатации индивидуального автотранспорта и указанных условий режима заряда АКБ, требования к ЗУ для автоаккумулятора вырисовываются такие:

  • Самодельное ЗУ для автоаккумулятора должно быть автономным, не требующим присмотра и контроля тока/напряжения заряда, т.к. АКБ будет ставиться на заряд преимущественно на ночь;
  • ПИ ЗУ должен обеспечивать стабильное напряжение 14,4 В, допустимо, в случае, когда на УЗ есть падение напряжения, 15,6 В;
  • УЗ должно обеспечивать необратимое отключение АКБ от ЗУ как при превышении тока заряда, так и при повышении напряжения на АКБ свыше 15,6 В. Необратимое значит, что УЗ должно быть самоблокирующимся, т.е. для сброса его в исходное состояние нужно будет выключить и снова включить ИП;
  • Также УЗ должно обеспечивать защиту от переполюсовки, т.е. неправильного, в обратной полярности, подключения АКБ. При соблюдении условий по п. 3 защита от переполюсовки обеспечивается автоматически.

О переполюсовке

В случае переполюсовки АКБ возможны 2 случая: АКБ исправна недозаряжена либо глубоко разряжена и/или «доходная», истощенная, в значительной степени выработавшая ресурс, или же на заряд неправильно подключают полностью заряженную батарею. В первом случае (исправна недозаряжена) ток заряда увеличивается сверх номинального. Во втором перед этим на короткое время «прыгнет» напряжение АКБ сверх заданного ИП, а потом сразу «шарахнет» экстраток и АКБ вскипит. В последней ситуации, чтобы спасти АКБ от непоправимой порчи, ее нужно успеть отключить по перенапряжению.

Как не нужно!

Поговорим вначале и типичных ошибках конструирования самодельных ЗУ для свинцовых АКБ. Первую иллюстрируют поз. вверху. Подключение непосредственно к бытовой электросети (слева) обсуждения не стоит. Это не ошибка, это грубейшее и опасное нарушение ПТБ. Ошибка – в ограничении тока заряда емкостным балластом. Дорогой, кстати, это способ по сегодняшним меркам: одна только батарея масляно-бумажных конденсаторов на 32 мкФ 350 В (на меньшее напряжение нельзя) стоит больше, чем хорошая фирменная зарядка.

Неправильно и нерационально построенные схемы зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов

Но главное – в сети появляется реактивная нагрузка. Если в вашем электросчетчике есть индикатор реактивности (светодиод «Возврат»), то при включении этих зарядок в сеть он вспыхнет. Управление современным электрохозяйством невозможно без компьютеров, а «обратка» сбивает электронику с толку даже до отключений по ложной аварии. Поэтому теперешние электрики к реактивке беспощадны. Ну, а вдруг обнаружится, что ее источник неграмотный или излишне хитроумный потребитель, то… не будем на ночь глядя.

Схема внизу, если на считать того же емкостного балласта, разработана квалифицированно, это ЗУ защитит АКБ, образно говоря, и от Тунгусского метеорита; (с подробным ее описанием можно познакомиться здесь: //ydoma.info/avtomobil-zaryadnoe-ustrojstvo-dlya-avtomobilnogo-akkumulyatora.html). Но, при всем уважении к безусловно знающему свое дело автору, строить так сложно (и дорого) ЗУ для свинцовых АКБ все равно что назначать командовать взводом опытных закаленных солдат нянечку из детсадика. Свинцовому аккумулятору для хорошей жизни нужно немногое. Чем мы далее и займемся.

Защита

УЗ для АКБ что броня для танка, так что с него и начнем. УЗ для самодельного ЗУ АКБ желательно делать, разумеется, попроще. Далее, УЗ также желательно строить автономным, чтобы через него можно было подключать АКБ к любому ЗУ, схема которого вам приглянется, или которое у вас уже есть. И последнее, УЗ должно срабатывать как можно четче и быстрее, для возможности использования его в схемах заряда современных аккумуляторов с герметичными банками.

Малоэффективные схемы защиты автоаккумуляторов

Простейшая защита от переполюсовки диодами Шоттки (слева на рис.) не спасет от экстратока перезаряда или при неправильном подключении исправной недозаряженной АКБ. Разве что путем сгорания недешевой диодной сборки. Если аккумулятор «новый, хороший», то, пока руки не дойдут до «нового, хорошего» ЗУ, может выручить интегрированная защита по схеме справа; ее можно встроить в уже имеющийся самодельный лабораторный ИП.

В данной схеме используются медленный отклик АКБ на скачок напряжения и гистерезис реле: их ток (и напряжение) отпускания в 2,5-4 раза меньше тока/напряжения срабатывания. Любое ЗУ АКБ включают только с подключенной АКБ. Реле – переменного тока на напряжение срабатывания 24 В и ток через контакты от 6 (9, 12) А. При включении ЗУ реле срабатывает, контакты его замыкаются, пошел заряд. Напряжение на выходе трансформатора падает ниже 24 В, но на выходе ЗУ остается 14,4 В, выставленных заранее под нагрузкой R3 в схеме стабилизации напряжения. Реле пока держит, но, вдруг пошел экстраток, первичное напряжение просядет больше, реле отпустит и цепь заряда разорвется.

Недостатки у этого ЗУ серьезные. Во-первых, нет защиты от скачка напряжения по выходу от переполюсовки истощенной АКБ. Во-вторых, нет самоблокировки: от экстратока реле будет хлопать и хлопать, пока контакты не обгорят. В-третьих, нечеткое срабатывание: любое реле по недонапряжению на обмотке отпускает с дребезгом контактов. Поэтому пытаться ввести в эту схему регулировку тока срабатывания бессмысленно. И, наконец, реле и трансформатор Т1 должны быть подобраны друг к другу, т.е. повторяемость данного устройства близка к нулевой.

Схема УЗ, полностью соответствующая указанным выше требованиям, дана на рис.:

Простая схема защиты аккумулятора автомобиля от перезаряда, перенапряжения и переполюсовки

Ток заряда течет через нормально замкнутые контакты реле K1, что намного уменьшает вероятность их обгорания. Обмотка K1 подключена по логической схеме диодного «или» к модулю защиты от экстратока (R1, VT1, VD1), модулю защиты от перенапряжения (R2, R3, R4, VT2, VD2) и цепи самоблокировки K1.2, VD3; порог срабатывания K1 по перенапряжению устанавливается R3. Недостаток у этого УЗ всего один, его нужно налаживать с использованием балластной нагрузки и мультиметра:

  • Выпаивают (или пока не запаивают) K1, VD2 и VD3.
  • Вместо обмотки K1 включают мультиметр, установленный на измерение напряжения 20 В.
  • Вместо АКБ подключают резистор не менее чем на 25 Вт сопротивлением 2,4 Ом для тока заряда 6 А, 1,6 Ом на ток заряда 9 А и 1,2 Ом на ток 12 А; его можно накрутить из той же проволоки, что и R1.
  • Подают на вход напряжение 15,6 В от ЗУ. Мультиметр покажет напряжение (токовая защита сработала), т.к. сопротивление R1 выбрано с небольшим избытком.
  • Уменьшают немного напряжение ЗУ, пока мультиметр не покажет 0. Записывают полученное значение выходного напряжения ЗУ. Альтернатива – неизменное напряжение ЗУ и трудоемкая подгонка R1.
  • VT1 выпаивают, K1 и VD2 запаивают на место, движок R3 ставят в крайнее нижнее по схеме положение.
  • Напряжение ЗУ увеличивают, пока на нагрузке не окажется 15,6 В.
  • Плавно вращают движок R3 до срабатывания K1.
  • Уменьшают напряжение ЗУ до записанного ранее значения.
  • Впаивают на место VT1 и VD3 – схема готова к финальным испытаниям.
  • Через амперметр подключают исправную недозаряженную АКБ; к ней – мультиметр, установленный на напряжение.
  • Пробный заряд проводят с непрерывным контролем. Когда мультиметр покажет 14,4 В на АКБ, засекают ток содержания. Скорее всего он будет в норме для данной АКБ (см. выше); желательно, чтобы ближе к нижнему пределу.
  • Если ток содержания великоват, еще немного уменьшают напряжение ЗУ.

Примечание: чтобы не резать много раз нихром для R1 – его удельное сопротивление 1 Ом*м/кв. мм. Т.е., 1 м нихромовой проволоки сечением 1 кв. мм имеет сопротивление 1 Ом.

ПИ или ИБП?

В наши дни компьютерный импульсный блок питания (ИБП) может оказаться доступнее трансформатора на железе; вдруг он просто в хламе валяется. ИБП часто переделывают в лабораторные БП, но, вообще говоря, это плохой вариант. Выходное напряжение по каналу +12 В удается задрать максимум до 16-17 В, чего для конструкторско-исследовательских целей маловато. А уровень импульсных помех на выходе тогда, мягко говоря, великоват. Как налаживать УМЗЧ с собственными шумами в –66 дБ (что еще очень скромненько), если по питанию «шерсти прет» на –44 дБ или хуже того? Но вот зарядка для аккумулятора автомобиля на 60 А/ч из ИБП получается отличная, и отдельную защиту городить не надо, все уже есть. Переделывают ИБП в авто ЗУ в целом след. образом:

  1. Удаляют выходные провода кроме желтых (+12 В), черных (общий, масса, GND) и зеленого провода логического включения PC ON;
  2. Провод PC ON закорачивают на массу (соединяют с любым из черных);
  3. Ставят механический выключатель сети, если нет штатного сзади;
  4. По схеме или руководствуясь собственным опытом, ищут в обвязке стабилизатора +12 В резистор в цепи обратной связи Rcs;
  5. Заменяют его потенциометром на 10 кОм Rн;
  6. Вращая движок Rн, устанавливают в канале +12 В напряжение +14,4 В;
  7. Замеряют полученное значение Rн и вместо Rcs впаивают постоянный резистор ближайшего номинала из стандартного ряда, допуск на разброс до 2%;
  8. По возможности встраивают в ИБП универсальный указатель напряжения и тока (см. далее) для контроля заряда, питание его – от цепи заряда или +5 В (красный провод);
  9. Сводят желтые и черные провода в отдельные жгуты, надежно присоединяют к ним токовые шланги с зажимами для подключения к АКБ – зарядка готова!

Примечание: подробно два варианта переделки ИБП в ЗУ АКБ можете посмотреть на видео ниже.

Видео: примеры переделки компьютерных БП в ЗУ для АКБ

ИП

Если лишнего ИБП под рукой нет, то для ИП ЗУ нужно искать трансформатор на железе, его собственная постоянная времени (электрическая инерция) больше таковой АКБ, что очень хорошо по безопасности пользования. «Лепить» самодельный ИБП ни в коем случае не надо, его постоянная времени по выходу на 2 порядка меньше, чем у АКБ. Самодельный ИБП для ЗУ без сложных встроенных схем защиты способен стать причиной разного рода нештатных ситуаций. Помните – кипение электролита это туман и брызги крепкой ядовитой кислоты! А если АКБ с герметичными банками, то возможен и ее взрыв!

ИП ЗУ состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя. Сглаживающий фильтр для зарядки АКБ не нужен. Трансформатор ИП ЗУ рекомендуют искать силовой с накальными обмотками от старых ламповых телевизоров – ТС-130, ТС-180, ТС-220, ТС-270. По мощности они годятся с избытком, но, во-первых, от влаги никак не защищены, в гараже могут и не перезимовать. Во-вторых, специалисты по вторичным металлам прекрасно знают, сколько выручки дает ТС, и найти их становится все труднее.

Понижающие трансформаторы типов ТП и ТПП

Если нет желания и/или возможности рассчитать и намотать трансформатор самому, для ИП ЗУ лучше будет купить трансформатор ТП или ТПП, они дешевле, чем ИБП б/у. Мощность – от 50 Вт, ее указывают последние 2 цифры в обозначении типономинала, напр. ТПП 36-220-80. 3 цифры в середине – рабочее напряжение первичной обмотки, а первые 2 или 3 кодируют количество и напряжение вторичных обмоток, оно 6,3 или 12,6 В на обмотку. Предпочтение следует отдавать трансформаторам в паровлагозащищенном исполнении («зеленым», слева на рис.), они способны неограниченно долгое время работать в атмосфере с влажностью 100% и примесями химически агрессивных паров. Трансформатор с обмотками на каркасе из плавкого пластика (справа) – вариант на самый крайний случай. Такие не рассчитаны на эксплуатацию в условиях ЗУ: работу свыше 50% времени использования на полной мощности с систематическими перегрузками по току. Вдруг берете такой, его мощность нужна от 120 Вт.

Примечание: ТП и ТПП лучше брать на одно первичное напряжение 220 В, такие при прочих равных условиях на 10-15% дешевле.

Типовые схемы соединения обмоток ТП и ТПП на 12,6 В под выпрямление мостом или двухполупериодное со средней точкой даны на рис. слева и справа:

Схемы соединения обмоток типовых трансформаторов питания

У конкретного экземпляра они могут отличаться, т.к. производители вправе произвольно менять разводку выводов по ТУ заказчика. Остатки идут в продажу, а выпуск особо популярного типономинала может быть продолжен для рынка. Поэтому, приобретая ТП или ТПП, сверяйтесь со спецификацией к нему; если ее нет, придется вызванивать обмотки. Общие правила разводки выводов и соединения обмоток ТП/ТПП такие:

  1. Сетевые (первичные) обмотки выводятся на первые номера.
  2. Межобмоточные экраны выводятся на последние номера.
  3. Для соединения обмоток в параллель нечетные выводы соединяются с нечетными; четные – с четными.
  4. Для последовательного соединения обмоток нечетные выводы соединяются с четными.

Примечание: выводы экранов (15 и 16) можно комбинировать как угодно, т.к. межобмоточные экраны не являются короткозамкнутыми витками.

Вариант подешевле – присмотреть на железном базаре старый накальный трансформатор ТН; система обозначений аналогична ТП/ТПП. «Кладоискатели» до ТНов не охочи: возни с разборкой много, медяшки мало. Типовая схема включения ТН для ЗУ дана на врезке в центре рис. Переключать, для повышения выходного напряжения, нижний по схеме диод с вывода 15 на 16 нельзя, нарушится симметрия обмоток!

Выпрямитель Шоттки

Выходные напряжения на схемах выше даны для входного (сетевого) 220 В. Если оно упадет, пойдет недозаряд. Вместе с тем, поскольку АКБ на заряд от внешнего ЗУ ставят холодной, остается некоторый запас на увеличение напряжения заряда; его возможно использовать полностью, если ЗУ с защитой. В таком случае выпрямитель нужно делать со средней точкой на сборке диодов Шоттки – выходное напряжение увеличится прим. на 0,6 В.

Современные диоды Шоттки с платиновым барьером для использования в ЗУ АКБ вполне пригодны, см. спецификацию на рис.:

Спецификация на сборку диодов Шоттки для выпрямителя зарядного устройства автоаккумулятора

Кроме того, на сборку из пары диодов Шоттки нужен радиатор от 50 кв. см, а каждому обычному, с p-n переходом, на ток до 10 А – от 100 кв. см. Брать сборки Шоттки нужно с максимальным обратным напряжением от 35 В и пиковым прямым током от 30 А, т.к. в схеме выпрямителя со средней точкой соотв. величины достигают 1,7 амплитудного значения напряжения вторичной обмотки и 2,4 выпрямленного тока (31 В и 24 А при 12,6 В и 10 А; начальный пиковый ток заряда полностью разряженной АКБ на 60 А/ч – 10 А).

О тиристорном выпрямлении

Область применения управляемых тиристорных выпрямителей ограничена из-за создаваемых ими больших коммутационных помех на выпрямленном напряжении. Но в ЗУ эти помехи не помеха, АКБ погасит. Зато по прочим свойствам тиристорные выпрямители для заряда АКБ не просто подходят, но подходят идеально.

Дело в том, что после тиристорного выпрямления без сглаживания зарядный ток на АКБ подается короткими импульсами с обрезанным фронтом увеличенной (но не чрезмерно) амплитуды. Как следствие, зарядка для авто аккумулятора с тиристорным выпрямителем дает десульфатирующий эффект без каких-либо дополнительных премудростей. И, что тоже важно, вероятность ухода АКБ в саморазогрев при заряде от тиристорного ЗУ на порядок меньше: ненужная электрохимия успевает рассосаться в промежутках между импульсами. Еще плюс такой же, как у диодов Шоттки: радиатор для пары тиристоров нужен той же площади, что для сборки Шоттки.

Простоты ради тиристорные ЗУ часто строят по схеме однополупериодного выпрямления, см. рис.:

Тиристорные зарядные устройства для автоаккумуляторов с однополупериодным выпрямлением

Нижняя схема самая дешевая, т.к. для управления силовым тиристором вместо маломощного тиристора используется его аналог на транзисторах, он вдвое-втрое дешевле. Схема справа вверху самая дорогая из-за совсем недешевого промышленного тиристора Т122-25, к которому нужен еще и антишумовой фильтр C1T1C2. В остальном эти ЗУ равноценны.

Недостаток у однополупериодных тиристорных ЗУ один, но фатальный – то самое однополупериодное выпрямление. Половина первичных полуволн тока пропадает. Чтобы не затягивать заряд вдвое, приходится соотв. увеличивать амплитуду зарядного импульса. Она выходит за допустимые пределы, и преимущества тиристорного выпрямления сводятся на нет. Наоборот, однополупериодное тиристорное ЗУ опаснее для АКБ, чем диодное.

Схемы ЗУ для автоаккумуляторов с двухполупериодным тиристорным выпрямлением сохраняют все его достоинства и лишены указанного выше недостатка. Но подход к построению тиристорного выпрямителя нужен соответственный. Напр., схема слева на рис. – типично любительская. Выпрямитель сделан аналогично диодному мосту, что вдвое увеличивает падение напряжения на нем и требует пары совсем ненужных довольно дорогих компонент. Коммутационные помехи от такого ЗУ сильные, и нужно мотать нетиповой трансформатор.

Схемы тиристорных зарядных устройств для автоаккумуляторов с двухполупериодным выпрямлением

Близка к оптимальной для тиристорных схема известной автозарядки Amperus, справа на рис. Ее авторы позаботились и о хорошей антишумовой развязке цепей управления, что позволяет использовать Amperus в квартире. Единственный небольшой недостаток – ток и напряжение заряда взаимозависимы, т.к. выставляются совместно резистором на 1 кОм. Поэтому использовать Amperus желательно с УЗ (см. выше).

На современной базе

Очень хорошее простое и недорогое зарядное устройство для аккумулятора автомобиля может быть построено на основе универсального преобразователя DC/DC TC43200; он представляет собой импульсный тиристорный преобразователь напряжения с раздельными независимыми регулировками ограничения по току и величине стабилизированного выходного напряжения, слева на рис. TC43200 можно купить на том же Али Экспресс, а по расходам сравнительно со схемами на россыпи – отдельных дискретных компонентах, и радиаторами к ним, для ЗУ на TC43200 там же можно приобрести универсальный указатель тока/напряжения (в центре) и не требующий радиатора диодный мост на 10 А, напр. KBPC5010. Все вместе выйдет дешевле.

Простое недорогое зарядное устройство для аккумулятора автомобиля на преобразователе напряжения TC43200

Схема ЗУ АКБ на TC43200 дана справа. Входное напряжение – от 18 В; емкость C1 достаточна 220 мкФ. Налаживание предельно простое:

  • Включаем ЗУ без нагрузки;
  • Регулятором напряжения выставляем 5 В на выходе;
  • Замыкаем выход накоротко;
  • Регулятором тока выставляем нужный ток заряда, до 10 А;
  • Раскорачиваем выход (нагрузка не нужна);
  • Регулятором напряжения устанавливаем на нем 14,4 В или 15,6 В для использования со схемой защиты.

Недостатки TC43200 невелики и легко устранимы – радиаторы маловаты, а встроенной аварийной защиты нет. Длительной работы в режиме КЗ TC43200 не выдержит и АКБ от вскипания не спасет. Поэтому ЗУ на TC43200 требуется отдельное защитное устройство наподобие описанного выше.

(4 оценок, среднее: 4,25 из 5) Загрузка...

Вывести все материалы с меткой:

  • техника
  • электрические работы

Перейти в раздел:

vopros-remont.ru

Как устроены и работают зарядные устройства для аккумуляторов

Аккумуляторами в электротехнике приято называть химические источники тока, которые могут пополнять, восстанавливать израсходованную энергию за счет приложения внешнего электрического поля.

Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ, необходимо представлять принципы их работы и зарядного устройства.

Как работает аккумулятор

Химический рециркулируемый источник тока при эксплуатации может:

1. питать подключенную нагрузку, например, лампочку, двигатель, мобильный телефон и другие приборы, расходуя свой запас электрической энергии;

2. потреблять подключенную к нему внешнюю электроэнергию, расходуя ее на восстановление резерва своей емкости.

В первом случае аккумулятор разряжается, а во втором — получает заряд. Существует много конструкций аккумуляторов, но, принципы работы у них общие. Разберем этот вопрос на примере никель-кадмиевых пластин, помещенных в раствор электролита.

Разряд аккумулятора

Одновременно работают две электрические цепочки:

1. внешняя, приложенная на выходные клеммы;

2. внутренняя.

При разряде на лампочку во внешней приложенной схеме из проводов и нити накала протекает ток, образованный движением электронов в металлах, а во внутренней части — перемещаются анионы и катионы через электролит.

Окислы никеля с добавлением графита составляют основу положительно заряженной пластины, а губчатый кадмий используется на отрицательном электроде.

При разряде аккумулятора часть активного кислорода окислов никеля перемещается в электролит и движется на пластину с кадмием, где окисляет его, снижая общую емкость.

Заряд аккумулятора

Нагрузку с выходных клемм для зарядки чаще всего снимают, хотя на практике используется метод при подключенной нагрузке, как на аккумуляторе движущегося автомобиля или поставленного на зарядку мобильного телефона, по которому ведется разговор.

На клеммы аккумулятора подводится напряжение от постороннего источника более высокой мощности. Оно имеет вид постоянной или сглаженной, пульсирующей формы, превышает разность потенциалов между электродами, однополярно с ними направлено.

Эта энергия заставляет течь ток во внутренней цепочке аккумулятора в направлении, противоположном разряду, когда частицы активного кислорода «выдавливаются» из губчатого кадмия и через электролит поступают на свое прежнее место. За счет этого происходит восстановление израсходованной емкости.

Во время заряда и разряда изменяется химический состав пластин, а электролит служит передаточной средой для прохождения анионов и катионов. Интенсивность проходящего во внутренней цепи электрического тока влияет на скорость восстановления свойств пластин при заряде и быстроту разряда.

Ускоренное протекание процессов ведет к бурному выделению газов, излишнему нагреву, способному деформировать конструкцию пластин, нарушить их механическое состояние.

Слишком маленькие токи при зарядке значительно удлиняют время восстановления израсходованной емкости. При частом применении замедленного заряда повышается сульфатация пластин, снижается емкость. Поэтому приложенную к аккумулятору нагрузку и мощность зарядного устройства всегда учитывают для создания оптимального режима.

Принципы работы литий ионных аккумумляторов расмотрены здесь: Химические источники тока

Как работает зарядное устройство

Современный ассортимент аккумуляторов доволен обширен. Для каждой модели подбираются оптимальные технологии, которые могут не подойти, быть вредными для других. Производители электронного и электротехнического оборудования опытным путем исследуют условия работы химических источников тока и создают под них собственные изделия, отличающиеся внешним видом, конструкцией, выходными электрическими характеристиками.

Зарядные конструкции для мобильных электронных приборов

Габариты зарядных устройств для мобильных изделий разной мощности значительно отличаются друг от друга. Они создают специальные условия работы каждой модели.

Даже для однотипных аккумуляторов типоразмеров АА или ААА разной емкости рекомендуется использовать свое время зарядки, зависящее от емкости и характеристик источника тока. Его величины указываются в сопроводительной технической документации.

Определенная часть зарядных устройств и аккумуляторов для мобильников снабжаются автоматической защитой, отключающей питание по завершении процесса. Но, контроль за их работой все же следует осуществлять визуально.

Зарядные конструкции для автомобильных АКБ

Особенно точно соблюдать технологию зарядки следует при эксплуатации автомобильных аккумуляторов, призванных работать в сложных условиях. Например, зимой в мороз с их помощью необходимо раскрутить через промежуточный электродвигатель — стартер холодный ротор двигателя внутреннего сгорания с загустевшей смазкой.

Разряженные либо неправильно подготовленные аккумуляторы с этой задачей обычно не справляются.

Эмпирическими методами выявлена взаимосвязь тока зарядки для свинцовых кислотных и щелочных аккумуляторов. Принято считать оптимальным значением заряда (амперы) в 0,1 величину емкости (амперчасы) для первого вида и 0,25 — для второго.

Например, АКБ имеет емкость 25 ампер часов. Если он кислотный, то его необходимо заряжать током 0,1∙25=2,5 А, а для щелочного — 0,25∙25=6,25 А. Чтобы создавать такие условия потребуется использовать разные приборы или применить один универсальный с большим количеством функций.

Современное зарядное устройство для кислотных свинцовых батарей должно поддерживать ряд задач:

  • контролировать и стабилизировать ток заряда;

  • учитывать температуру электролита и не допускать его нагрева более 45 градусов прекращением питания.

Возможность проведения контрольно-тренировочного цикла для кислотной батареи автомобиля с помощью зарядного устройства является необходимой функцией, включающей три этапа:

1. полный заряд аккумулятора до набора максимальной емкости;

2. десятичасовой разряд током 9÷10% от номинальной емкости (эмпирическая зависимость);

3. повторный заряд разряженного аккумулятора.

При проведении КТЦ контролируют изменение плотности электролита и время завершения второго этапа. По его величине судят о степени износа пластин, длительности оставшегося ресурса.

Зарядные устройства для щелочных батарей можно применять менее сложных конструкций, ибо такие источники тока не так чувствительны к режимам недостаточной зарядки и перезаряда.

График оптимального заряда кислотно-щелочных аккумуляторов для автомобилей показывает зависимость набора емкости от формы изменения тока во внутренней цепи.

В начале технологического процесса зарядки рекомендуется поддерживать ток на максимально допустимом значении, а затем снижать его величину до минимальной для окончательного завершения физико-химических реакций, осуществляющих восстановление емкости.

Даже в этом случае требуется контролировать температуру электролита, вводить поправки на окружающую среду.

Полное завершение цикла зарядки свинцовых кислотных аккумуляторов контролируют по:

  • восстановлению напряжения на каждой банке 2,5÷2,6 вольта;

  • достижению максимальной плотности электролита, которая перестает изменяться;

  • образованию бурного газовыделения, когда электролит начинает «закипать»;

  • достижению емкости батареи, превышающей на 15÷20% величины, отданной при разряде.

Формы токов зарядных устройств для аккумуляторов

Условие зарядки аккумулятора состоит в том, что на его пластины должно подводиться напряжение, создающее ток во внутренней цепи определенного направления. Он может:

1. иметь постоянную величину;

2. или изменяться во времени по определенному закону.

В первом случае физико-химические процессы внутренней цепи идут неизменно, а во втором — по предлагаемым алгоритмам с цикличным нарастанием и затуханием, создающим колебательные воздействия на анионы и катионы. Последний вариант технологии применяется для борьбы с сульфатацией пластин.

Часть временны́х зависимостей тока заряда иллюстрируется графиками.

На нижней правой картинке видно явное отличие формы выходного тока зарядного устройства, использующего тиристорное управление для ограничения момента открытия полупериода синусоиды. За счет этого регулируется нагрузка на электрическую схему.

Естественно, что многочисленные современные зарядные устройства могут создавать и другие формы токов, не показанные на этой диаграмме.

Принципы создания схем для зарядных устройств

Для питания оборудования зарядных устройств обычно используется однофазная сеть 220 вольт. Это напряжение преобразуется в безопасное пониженное, которое прикладывается на входные клеммы аккумулятора через различные электронные и полупроводниковые детали.

Существует три схемы преобразования промышленного синусоидального напряжения в зарядных устройствах за счет:

1. использования электромеханических трансформаторов напряжения, работающих по принципу электромагнитной индукции;

2. применения электронных трансформаторов;

3. без использования трансформаторных устройств, основанных на делителях напряжения.

Технически возможно инверторное преобразование напряжения, которое стало широко применяться для инверторных сварочных аппаратов, частотных преобразователей, осуществляющих управление электродвигателями. Но, для зарядки аккумуляторов это довольно дорогое оборудование.

Схемы зарядных устройств с трансформаторным разделением

Электромагнитный принцип передачи электрической энергии из первичной обмотки 220 вольт во вторичную полностью обеспечивает отделение потенциалов питающей цепи от потребляемой, исключает попадание ее на аккумулятор и повреждение при возникновении неисправностей изоляции. Этот метод наиболее безопасен.

Схемы силовых частей устройств с трансформатором имеют много разных разработок. На картинке ниже показаны три принципа создания разных токов силовой части от зарядных устройств за счет использования:

1. диодного моста со сглаживающим пульсации конденсатором;

2. диодного моста без сглаживания пульсаций;

3. одиночного диода, срезающего отрицательную полуволну.

Каждая из этих схем может применяться самостоятельно, но, обычно одна из них является основой, базой для создания другой, более удобной для эксплуатации и управления по величине выходного тока.

Применение комплектов силовых транзисторов с цепочками управления в верхней части картинки на схеме позволяет уменьшать выходное напряжение на контактах вывода цепи зарядного устройства, что обеспечивает регулировку величин постоянных токов, пропускаемых через подключенные аккумуляторы.

Один из вариантов подобной конструкции зарядного устройства с регулированием тока показан на рисунке ниже.

Такие же подключения во второй схеме позволяют регулировать амплитуду пульсаций, ограничивать ее на разных этапах зарядки.

Эффективно работает эта же средняя схема при замене в диодном мосту двух противоположных диодов тиристорами, одинаково регулирующими силу тока в каждом чередующемся полупериоде. А устранение отрицательных полугармоник возложено на оставшиеся силовые диоды.

Замена единичного диода на нижней картинке полупроводниковым тиристором с отдельной электронной схемой для управляющего электрода, позволяет уменьшать импульсы тока за счет более позднего их открытия, что тоже используется для различных способов зарядки аккумуляторов.

Один из вариантов подобной реализации схемы показан на рисунке ниже.

Сборка ее своими руками не составляет особого труда. Она может быть выполнена самостоятельно из доступных деталей, позволяет заряжать аккумуляторы токами до 10 ампер.

Промышленный вариант схемы трансформаторного зарядного устройства «Электрон-6» выполнен на базе двух тиристоров КУ-202Н. Для регулирования циклами открытия полугармоник для каждого управляющего электрода создана своя схема из нескольких транзисторов.

Среди автолюбителей пользуются популярностью устройства, позволяющие не только заряжать аккумуляторы, но еще и использовать энергию питающей сети 220 вольт для параллельного подключения ее к запуску двигателя автомобиля. Их называют пусковыми или пускозарядными. Они обладают еще более сложной электронной и силовой схемой.

Схемы с электронным трансформатором

Такие устройства выпускаются производителями для питания галогенных ламп напряжением 24 или 12 вольт. Они стоят относительно дёшево. Отдельные энтузиасты пытаются подключить их для зарядки маломощных аккумуляторов. Однако, эта технология широко не отработана, имеет существенные недостатки.

Схемы зарядных устройств без трансформаторного разделения

При последовательном подключении нескольких нагрузок к источнику тока общее напряжение входа делится по составным участкам. За счет этого способа работают делители, создающие понижение напряжения до определённой величины на рабочем элементе.

На этом принципе создаются многочисленные зарядные устройства с резистивно-емкостными сопротивлениями для маломощных аккумуляторов. Благодаря маленьким габаритам составных деталей их встраивают непосредственно внутрь фонарика.

Внутренняя электрическая схема полностью помещена в заводской изолированный корпус, исключающий контакт человека с потенциалом сети при зарядке.

Этот же принцип пытаются реализовать многочисленные экспериментаторы для зарядки автомобильных аккумуляторов, предлагая схему подключения от бытовой сети через конденсаторную сборку или лампочку накаливания мощностью в 150 ватт и силовой диод, пропускающий импульсы тока одной полярности.

Подобные конструкции можно встретить на сайтах мастеров «сделай сам», расхваливающих простоту схемы, дешевизну деталей, возможность восстановления емкости разряженного аккумулятора.

Но, они молчат о том, что:

  • открытая проводка 220 представляет опасность для жизни человека;

  • нить накала лампы под напряжением нагревается, меняет свое сопротивление по закону, неблагоприятному для прохождения оптимальных токов через аккумулятор.

При включении под нагрузку через холодную нить и всю последовательно подключенную цепочку проходят очень большие токи. Кроме того, завершать зарядку следует маленькими токами, что тоже не выполняется. Поэтому аккумулятор, подвергшийся нескольким сериям подобных циклов, быстро теряет свою емкость и работоспособность.

Наш совет: не пользуйтесь этим методом!

Зарядные устройства создаются для работы с определёнными типами аккумуляторов, учитывают их характеристики и условия восстановления емкости. При использовании универсальных, многофункциональных приборов следует выбирать тот режим заряда, который оптимально подходит конкретному аккумулятору.

electrik.info

Делаем самостоятельно зарядные устройства для автомобильного аккумулятора

Сейчас нет смысла собирать самостоятельно зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов: в магазинах огромный выбор готовых устройств, цены на них приемлемы. Однако не будем забывать о том, что приятно что-то сделать полезное своими руками, тем более что простое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора вполне можно собрать из подручных деталей, и цена его будет копеечной.

Единственное, о чем сразу стоит предупредить: схемы без точной регулировки тока и напряжения на выходе, которые не имеют отсечки тока по окончании заряда, пригодны для зарядки только свинцово-кислотных аккумуляторов. Для AGM и гелевых аккумуляторов использование подобных зарядок приводит к повреждению аккумуляторной батареи!

Как сделать простейшее трансформаторное устройство

Схема этого зарядного устройства из трансформатора примитивна, но работоспособна и собирается из доступных деталей – таким же образом сконструированы и заводские зарядные устройства простейшего типа.

По своей сути – это двухполупериодный выпрямитель, отсюда и требования к трансформатору: так как на выходе таких выпрямителей напряжение равно номинальному напряжению переменного тока, помноженному на корень из двух, то при 10В на обмотке трансформатора мы получим 14,1 В на выходе зарядного устройства. Диодный мост берётся  любой с прямым током более 5 ампер или собрать его из четырех отдельных диодов, с теми же требованиями к току подбирается и измерительный амперметр. Главное – разместить его на радиаторе, который в простейшем случае представляет собой алюминиевую пластину не менее 25 см2 площадью.

Примитивность такого устройства – не только минус: за счет того, что у него нет ни регулировки, ни автоматического отключения, оно может использоваться для «реанимации» сульфатированных аккумуляторов. Но не нужно забывать и об отсутствии защиты от переполюсовки в этой схеме.

Читайте также: Характеристики автомобильных аккумуляторов

Главная проблема – где найти трансформатор подходящей мощности (не менее 60 Вт) и с заданным напряжением. Можно использовать, если подвернется советский накальный трансформатор. Однако его выходные обмотки имеют напряжение 6,3В, поэтому придется соединять две последовательно, одну из них отмотав так, чтобы в сумме на выходе получить 10В. Подойдет недорогой трансформатор ТП207-3, у которого вторичные обмотки соединяются следующим образом:

Отматываем при этом обмотку между клеммами 7-8.

Простое зарядное устройство с электронной регулировкой

Однако можно обойтись и без отмотки, дополнив схему электронным стабилизатором напряжения на выходе. К тому же такая схема будет удобнее в гаражном применении, так как позволит скорректировать ток заряда при просадках напряжения питания, ее используют и для автомобильных аккумуляторов небольшой емкости при необходимости.

Роль регулятора здесь выполняет составной транзистор КТ837-КТ814, переменный резистор регулирует ток на выходе устройства. При сборке зарядки стабилитрон 1N754A можно заменить советским Д814А.

Схема регулируемого зарядного устройства проста для повторения, и легко собирается навесным монтажом без необходимости в травлении печатной платы. Однако учтите, что полевые транзисторы размещаются на радиаторе, нагрев которого будет ощутим. Удобнее воспользоваться старым компьютерным кулером, подключив его вентилятор к выходам зарядного устройства. Резистор R1 должен иметь мощность не менее 5 Вт, его проще намотать из нихрома или фехраля самостоятельно или соединить параллельно 10 одноваттных резисторов по 10 ом. Его можно и не ставить, но нельзя забывать, что он защищает транзисторы в случае замыкания выводов.

При выборе трансформатора ориентируйтесь на выходное напряжение 12,6-16В,  берите либо накальный трансформатор, соединив последовательно две обмотки, либо подбирайте готовую модель с нужным напряжением.

Видео: Самое простое зарядное устройство для АКБ

Переделка зарядного устройства от ноутбука

Однако можно обойтись и без поисков трансформатора, если под руками есть ненужное зарядное устройство от ноутбука – при простой переделке мы получим компактный и легкий импульсный блок питания, способный заряжать автомобильные аккумуляторы. Поскольку нам потребуется получить напряжение на выходе 14,1-14,3 В, ни один готовый блок питания не подойдет, однако переделка проста. Посмотрим на участок типовой схемы, по которой собраны устройства такого рода:

В них поддержание стабилизированного напряжения осуществляет цепь из микросхемы TL431, управляющей оптопарой (на схеме не показана): как только напряжение на выходе превышает значение, которое задают резисторы R13 и R12, микросхема зажигает светодиод оптопары, сообщает ШИМ-контроллеру преобразователя сигнал на снижение скважности подаваемых на трансформатор импульсов. Сложно? На самом деле все просто смастерить своими руками.

Вскрыв зарядное устройство, находим недалеко от выходного разъема TL431 и два резистора, связанные с ножкой Ref. Удобнее настраивать верхнее плечо делителя (на схеме – резистор R13): уменьшая  сопротивление, мы уменьшаем и напряжение на выходе зарядного устройства, увеличивая – поднимаем его. Если у нас ЗУ на 12 В, нам понадобится резистор с большим сопротивлением, если зарядное на 19 В – то с меньшим.

Видео: Зарядка для аккумуляторов авто. Защита от короткого замыкания и переполюсовки. Своими руками

Выпаиваем резистор и вместо него устанавливаем подстроечный, заранее настроенный по мультиметру на то же сопротивление. Затем, подключив к выходу зарядного устройства нагрузку (лампочку из фары), включаем в сеть и плавно вращаем движок подстроечника, одновременно контролируя напряжение. Как только мы получим напряжение в пределах 14,1-14,3 В, отключаем ЗУ из сети, фиксируем движок подстроечного резистора лаком (хотя бы для ногтей) и собираем корпус обратно. Это займет не больше времени, чем Вы потратили на чтение этой статьи.

Есть и более сложные схемы стабилизации, причем их уже можно встретить и в китайских блоках. Например, здесь оптопарой управляет микросхема TEA1761:

Однако принцип настройки тот же: меняется сопротивление резистора, впаянного между плюсовым выходом блока питания и 6 ножкой микросхемы. На приведенной схеме для этого использованы два запараллеленных резистора (таким образом получено сопротивление, выходящее из стандартного ряда). Нам нужно так же впаять вместо них подстроечник и настроить выход на нужное напряжение. Вот пример одной из таких плат:

Путем прозвонки можно понять, что нас интересует на этой плате одиночный резистор R32 (обведен красным) – его нам и надо выпаивать.

В Интернете часто  встречаются похожие рекомендации, как сделать самодельное зарядное устройство из компьютерного блока питания. Но учитывайте, что все они по сути – перепечатки старых статей начала двухтысячных, и подобные рекомендации к более-менее современным блокам питания неприменимы. В них уже нельзя просто поднять напряжение 12 В до нужной величины, так как контролируются и другие напряжения на выходе, а они неизбежно «уплывут» при такой настройке, и сработает защита блока питания. Можно использовать зарядные устройства ноутбуков, выдающие единственное напряжение на выходе, они гораздо удобнее для переделки.

avtocity365.ru

Как сделать автоматическое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

На фотографии представлено самодельное автоматическое зарядное устройство для зарядки автомобильных аккумуляторов на 12 В током величиной до 8 А, собранного в корпусе от милливольтметра В3-38.

Почему нужно заряжать аккумулятор автомобиля зарядным устройством

АКБ в автомобиле заряжается с помощью электрического генератора. Для защиты электрооборудования и приборов от повышенного напряжения, которое вырабатывает автомобильным генератором, после него устанавливают реле-регулятор, который ограничивает напряжение в бортовой сети автомобиля до 14,1±0,2 В. Для полной же зарядки аккумулятора требуется напряжение не менее 14,5 В.

Таким образом, полностью зарядить АКБ от генератора невозможно и перед наступлением холодов необходимо подзаряжать аккумулятор от зарядного устройства.

Анализ схем зарядных устройств

Для зарядки автомобильного аккумулятора служат зарядные устройства. Его можно купить готовое, но при желании и небольшом радиолюбительском опыте можно сделать своими руками, сэкономив при этом немалые деньги.

Схем зарядных устройств автомобильных аккумуляторов в Интернете опубликовано много, но все они имеют недостатки.

Зарядные устройства, сделанные на транзисторах, выделяют много тепла, как правило, боятся короткого замыкания и ошибочного подключения полярности аккумулятора. Схемы на тиристорах и симисторах не обеспечивают требуемой стабильность зарядного тока и издают акустический шум, не допускают ошибок подключения аккумулятора и излучают мощные радиопомехи, которые можно уменьшить, одев на сетевой провод ферритовое кольцо.

Привлекательной выглядит схема изготовления зарядного устройства из блока питания компьютера. Структурные схемы компьютерных блоков питания одинаковые, но электрические разные, и для доработки требуется высокая радиотехническая квалификация.

Интерес у меня вызвала конденсаторная схема зарядного устройства, КПД высокий, тепла не выделяет, обеспечивает стабильный ток заряда вне зависимости от степени заряда аккумулятора и колебаний питающей сети, не боится коротких замыканий выхода. Но тоже имеет недостаток. Если в процессе заряда пропадет контакт с аккумулятором, то напряжение на конденсаторах возрастает в несколько раз, (конденсаторы и трансформатор образуют резонансный колебательный контур с частотой электросети), и они пробиваются. Надо было устранить только этот единственный недостаток, что мне и удалось сделать.

В результате получилась схема зарядного устройства без выше перечисленных недостатков. Более 16 лет заряжаю ним любые кислотные аккумуляторы на 12 В. Устройство работает безотказно.

Принципиальная схема автомобильного зарядного устройства

При кажущейся сложности, схема самодельного зарядного устройства простая и состоит всего из нескольких законченных функциональных узлов.

Если схема для повторения Вам показалась сложной, то можно собрать более простую, работающую на таком же принципе, но без функции автоматического отключения при полной зарядке аккумулятора.

Схема ограничителя тока на балластных конденсаторах

В конденсаторном автомобильном зарядном устройстве регулировка величины и стабилизация силы тока заряда аккумулятора обеспечивается за счет включения последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора Т1 балластных конденсаторов С4-С9. Чем больше емкость конденсатора, тем больше будет ток заряда аккумулятора.

Практически это законченный вариант зарядного устройства, можно подключить после диодного моста аккумулятор и зарядить его, но надежность такой схемы низкая. Если нарушится контакт с клеммами аккумулятора, то конденсаторы могут выйти из строя.

Емкость конденсаторов, которая зависит от величины тока и напряжения на вторичной обмотке трансформатора, можно приблизительно определить по формуле, но легче ориентироваться по данным таблицы.

Для регулировки тока, чтобы сократить количество конденсаторов, их можно подключать параллельно группами. У меня переключение осуществляется с помощью двух галетного переключателя, но можно поставить несколько тумблеров.

Схема защиты от ошибочного подключения полюсов аккумулятора

Схема защиты от переполюсовки зарядного устройства при неправильном подключении аккумулятора к выводам выполнена на реле Р3. Если аккумулятор подключен неправильно, диод VD13 не пропускает ток, реле обесточено, контакты реле К3.1 разомкнуты и ток не поступает на клеммы аккумулятора. При правильном подключении реле срабатывает, контакты К3.1 замыкаются, и аккумулятор подключается к схеме зарядки. Такую схему защиты от переполюсовки можно использовать с любым зарядным устройством, как транзисторным, так и тиристорным. Ее достаточно включить в разрыв проводов, с помощью которых аккумулятор подключается к зарядному устройству.

Схема измерения тока и напряжения зарядки аккумулятора

Благодаря наличию переключателя S3 на схеме выше, при зарядке аккумулятора есть возможность контролировать не только величину тока зарядки, но и напряжение. При верхнем положении S3, измеряется ток, при нижнем – напряжение. Если зарядное устройство не подключено к электросети, то вольтметр покажет напряжение аккумулятора, а когда идет зарядка аккумулятора, то напряжение зарядки. В качестве головки применен микроамперметр М24 с электромагнитной системой. R17 шунтирует головку в режиме измерения тока, а R18 служит делителем при измерении напряжения.

Для питания операционного усилителя и создания опорного напряжения применена микросхема стабилизатора DA1 типа 142ЕН8Г на 9В. Микросхема это выбрана не случайно. При изменении температуры корпуса микросхемы на 10º, выходное напряжение изменяется не более чем на сотые доли вольта.

Система автоматического отключения зарядки при достижении напряжения 15,6 В выполнена на половинке микросхемы А1.1. Вывод 4 микросхемы подключен к делителю напряжения R7, R8 с которого на него подается опорное напряжение 4,5 В. Вывод 4 микросхемы подключен к другому делителю на резисторах R4-R6, резистор R5 подстроечный для установки порога срабатывания автомата. Величиной резистора R9 задается порог включения зарядного устройства 12,54 В. Благодаря применению диода VD7 и резистора R9, обеспечивается необходимый гистерезис между напряжением включения и отключения заряда аккумулятора.

Работает схема следующим образом. При подключении к зарядному устройству автомобильного аккумулятора, напряжение на клеммах которого меньше 16,5 В, на выводе 2 микросхемы А1.1 устанавливается напряжение достаточное для открывания транзистора VT1, транзистор открывается и реле P1 срабатывает, подключая контактами К1.1 к электросети через блок конденсаторов первичную обмотку трансформатора и начинается зарядка аккумулятора.

Как только напряжение заряда достигнет 16,5 В, напряжение на выходе А1.1 уменьшится до величины, недостаточной для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии. Реле отключится и контакты К1.1 подключат трансформатор через конденсатор дежурного режима С4, при котором ток заряда будет равен 0,5 А. В таком состоянии схема зарядного устройства будет находиться, пока напряжение на аккумуляторе не уменьшится до 12,54 В. Как только напряжение установится равным 12,54 В, опять включится реле и зарядка пойдет заданным током. Предусмотрена возможность, в случае необходимости, переключателем S2 отключить систему автоматического регулирования.

Таким образом, система автоматического слежения за зарядкой аккумулятора, исключит возможность перезаряда аккумулятора. Аккумулятор можно оставить подключенным к включенному зарядному устройству хоть на целый год. Такой режим актуален для автолюбителей, которые ездят только в летнее время. После окончания сезона автопробега можно подключить аккумулятор к зарядному устройству и выключить только весной. Даже если в электросети пропадет напряжение, при его появлении зарядное устройство продолжит заряжать аккумулятор в штатном режиме

Принцип работы схемы автоматического отключения зарядного устройства в случае превышения напряжения из-за отсутствия нагрузки, собранной на второй половинке операционного усилителя А1.2, такой же. Только порог полного отключения зарядного устройства от питающей сети выбран 19 В. Если напряжение зарядки менее 19 В, на выходе 8 микросхемы А1.2 напряжение достаточное, для удержания транзистора VT2 в открытом состоянии, при котором на реле P2 подано напряжение. Как только напряжение зарядки превысит 19 В, транзистор закроется, реле отпустит контакты К2.1 и подача напряжения на зарядное устройство полностью прекратится. Как только будет подключен аккумулятор, он запитает схему автоматики, и зарядное устройство сразу вернется в рабочее состояние.

Конструкция автоматического зарядного устройства

Все детали зарядного устройства размещены в корпусе миллиамперметра В3-38, из которого удалено все его содержимое, кроме стрелочного прибора. Монтаж элементов, кроме схемы автоматики, выполнен навесным способом.

Конструкция корпуса миллиамперметра, представляет собой две прямоугольные рамки, соединенные четырьмя уголками. В уголках с равным шагом сделаны отверстия, к которым удобно крепить детали.

Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. На этой пластине установлен и С1. На фото вид зарядного устройства снизу.

К верхним уголкам корпуса закреплена тоже пластина из стеклотекстолита толщиной 2 мм, а к ней винтами конденсаторы С4-С9 и реле Р1 и Р2. К этим уголкам также прикручена печатная плата, на которой спаяна схема автоматического управления зарядкой аккумулятора. Реально количество конденсаторов не шесть, как по схеме, а 14, так как для получения конденсатора нужного номинала приходилось соединять их параллельно. Конденсаторы и реле подключены к остальной схеме зарядного устройства через разъем (на фото выше голубой), что облегчило доступ к другим элементам при монтаже.

На внешней стороне задней стенки установлен ребристый алюминиевый радиатор для охлаждения силовых диодов VD2-VD5. Тут так же установлен предохранитель Пр1 на 1 А и вилка, (взята от блока питания компьютера) для подачи питающего напряжения.

Силовые диоды зарядного устройства закреплены с помощью двух прижимных планок к радиатору внутри корпуса. Для этого в задней стенке корпуса сделано прямоугольное отверстие. Такое техническое решение позволило к минимуму свести количество выделяемого тепла внутри корпуса и экономии места. Выводы диодов и подводящие провода распаяны на не закрепленную планку из фольгированного стеклотекстолита.

На фотографии вид самодельного зарядного устройства с правой стороны. Монтаж электрической схемы выполнен цветными проводами, переменного напряжения – коричневым, плюсовые – красным, минусовые – проводами синего цвета. Сечение проводов, идущих от вторичной обмотки трансформатора к клеммам для подключения аккумулятора должно быть не менее 1 мм2.

Шунт амперметра представляет собой отрезок высокоомного провода константана длиной около сантиметра, концы которого запаяны в медные полоски. Длина провода шунта подбирается при калибровке амперметра. Провод я взял от шунта сгоревшего стрелочного тестера. Один конец из медных полосок припаян непосредственно к выходной клемме плюса, ко второй полоске припаян толстый проводник, идущий от контактов реле Р3. На стрелочный прибор от шунта идут желтый и красный провод.

Печатная плата блока автоматики зарядного устройства

Схема автоматического регулирования и защиты от неправильного подключения аккумулятора к зарядному устройству спаяна на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита.

На фотографии представлен внешний вид собранной схемы. Рисунок печатной платы схемы автоматического регулирования и защиты простой, отверстия выполнены с шагом 2,5 мм.

На фотографии выше вид печатной платы со стороны установки деталей с нанесенной красным цветом маркировкой деталей. Такой чертеж удобен при сборке печатной платы.

Чертеж печатной платы выше пригодится при ее изготовлении с помощью технологии с применением лазерного принтера.

А этот чертеж печатной платы пригодится при нанесении токоведущих дорожек печатной платы ручным способом.

Шкала вольтметра и амперметра зарядного устройства

Шкала стрелочного прибора милливольтметра В3-38 не подходила под требуемые измерения, пришлось начертить на компьютере свой вариант, напечатал на плотной белой бумаге и клеем момент приклеил сверху на штатную шкалу.

Благодаря большему размеру шкалы и калибровки прибора в зоне измерения, точность отсчета напряжения получилась 0,2 В.

На провода для подключения автомобильного аккумулятора к зарядному устройству с одной стороны установлены зажимы типа крокодил, с другой стороны разрезные наконечники. Для подключения плюсового вывода аккумулятора выбран красный провод, для подключения минусового – синий. Сечение проводов для подключения к устройству аккумулятора должно быть не менее 1 мм2.

К электрической сети зарядное устройство подключается с помощью универсального шнура с вилкой и розеткой, как применяется для подключения компьютеров, оргтехники и других электроприборов.

О деталях зарядного устройства

Силовой трансформатор Т1 применен типа ТН61-220, вторичные обмотки которого соединены последовательно, как показано на схеме. Так как КПД зарядного устройства не менее 0,8 и ток заряда обычно не превышает 6 А, то подойдет любой трансформатор мощностью 150 ватт. Вторичная обмотка трансформатора должна обеспечить напряжение 18-20 В при токе нагрузки до 8 А. Если нет готового трансформатора, то можно взять любой подходящий по мощности и перемотать вторичную обмотку. Рассчитать число витков вторичной обмотки трансформатора можно с помощью специального калькулятора.

Конденсаторы С4-С9 типа МБГЧ на напряжение не менее 350 В. Можно использовать конденсаторы любого типа, рассчитанные на работу в цепях переменного тока.

Диоды VD2-VD5 подойдут любого типа, рассчитанные на ток 10 А. VD7, VD11 - любые импульсные кремневые. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 и VD13 любые, выдерживающие ток 1 А. Светодиод VD1 – любой, VD9 я применил типа КИПД29. Отличительная особенность этого светодиода, что он меняет цвет свечения при смене полярности подключения. Для его переключения использованы контакты К1.2 реле Р1. Когда идет зарядка основным током светодиод светит желтым светом, а при переключении в режим подзарядки аккумулятора – зеленым. Вместо бинарного светодиода можно установить любых два одноцветных, подключив их по ниже приведенной схеме.

В качестве операционного усилителя выбран КР1005УД1, аналог зарубежного AN6551. Такие усилители применяли в блоке звука и видео в видеомагнитофоне ВМ-12. Усилитель хорош тем, что не требует двух полярного питания, цепей коррекции и сохраняет работоспособность при питающем напряжении от 5 до 12 В. Заменить его можно практически любым аналогичным. Хорошо подойдут для замены микросхемы, например, LM358, LM258, LM158, но нумерация выводов у них другая, и потребуется внести изменения в рисунок печатной платы.

Реле Р1 и Р2 любые на напряжение 9-12 В и контактами, рассчитанными на коммутируемый ток 1 А. Р3 на напряжение 9-12 В и ток коммутации 10 А, например РП-21-003. Если в реле несколько контактных групп, то их желательно запаять параллельно.

Переключатель S1 любого типа, рассчитанный на работу при напряжении 250 В и имеющий достаточное количество коммутирующих контактов. Если не нужен шаг регулирования тока в 1 А, то можно поставить несколько тумблеров и устанавливать ток заряда, допустим, 5 А и 8 А. Если заряжать только автомобильные аккумуляторы, то такое решение вполне оправдано. Переключатель S2 служит для отключения системы контроля уровня зарядки. В случае заряда аккумулятора большим током, возможно срабатывание системы раньше, чем аккумулятор зарядится полностью. В таком случае можно систему отключить и продолжить зарядку в ручном режиме.

Электромагнитная головка для измерителя тока и напряжения подойдет любая, с током полного отклонения 100 мкА, например типа М24. Если нет необходимости измерять напряжение, а только ток, то можно установить готовый амперметр, рассчитанный на максимальный постоянный ток измерения 10 А, а напряжение контролировать внешним стрелочным тестером или мультиметром, подключив их к контактам аккумулятора.

Настройка блока автоматической регулировки и защиты АЗУ

При безошибочной сборке платы и исправности всех радиоэлементов, схема заработает сразу. Останется только установить порог напряжения резистором R5, при достижении которого зарядка аккумулятора будет переведена в режим зарядки малым током.

Регулировку можно выполнить непосредственно при зарядке аккумулятора. Но все, же лучше подстраховаться и перед установкой в корпус, схему автоматического регулирования и защиты АЗУ проверить и настроить. Для этого понадобится блок питания постоянного тока, у которого есть возможность регулировать выходное напряжение в пределах от 10 до 20 В, рассчитанного на выходной ток величиной 0,5-1 А. Из измерительных приборов понадобится любой вольтметр, стрелочный тестер или мультиметр рассчитанный на измерение постоянного напряжения, с пределом измерения от 0 до 20 В.

Проверка стабилизатора напряжения

После монтажа всех деталей на печатную плату нужно подать от блока питания питающее напряжение величиной 12-15 В на общий провод (минус) и вывод 17 микросхемы DA1 (плюс). Изменяя напряжение на выходе блока питания от 12 до 20 В, нужно с помощью вольтметра убедиться, что величина напряжения на выходе 2 микросхемы стабилизатора напряжения DA1 равна 9 В. Если напряжение отличается или изменяется, то DA1 неисправна.

Микросхемы серии К142ЕН и аналоги имеют защиту от короткого замыкания по выходу и если закоротить ее выход на общий провод, то микросхема войдет в режим защиты и из строя не выйдет. Если проверка показала, что напряжение на выходе микросхемы равно 0, то это не всегда означает о ее неисправности. Вполне возможно наличие КЗ между дорожками печатной платы или неисправен один из радиоэлементов остальной части схемы. Для проверки микросхемы достаточно отсоединить от платы ее вывод 2 и если на нем появится 9 В, значит, микросхема исправна, и необходимо найти и устранить КЗ.

Проверка системы защиты от перенапряжения

Описание принципа работы схемы решил начать с более простой части схемы, к которой не предъявляются строгие нормы по напряжению срабатывания.

Функцию отключения АЗУ от электросети в случае отсоединения аккумулятора выполняет часть схемы, собранная на операционном дифференциальном усилителе А1.2 (далее ОУ).

Принцип работы операционного дифференциального усилителя

Без знания принципа работы ОУ разобраться в работе схемы сложно, поэтому приведу краткое описание. ОУ имеет два входа и один выход. Один из входов, который обозначается на схеме знаком «+», называется не инвертирующим, а второй вход, который обозначается знаком «–» или кружком, называется инвертирующим. Слово дифференциальный ОУ означает, что напряжение на выходе усилителя зависит от разности напряжений на его входах. В данной схеме операционный усилитель включен без обратной связи, в режиме компаратора – сравнения входных напряжений.

Таким образом, если напряжение на одном из входов будет неизменным, а на втором изменятся, то в момент перехода через точку равенства напряжений на входах, напряжение на выходе усилителя скачкообразно изменится.

Проверка схемы защиты от перенапряжения

Вернемся к схеме. Не инвертирующий вход усилителя А1.2 (вывод 6) подключен к делителю напряжения, собранного на резисторах R13 и R14. Этот делитель подключен к стабилизированному напряжению 9 В и поэтому напряжение в точке соединения резисторов, никогда не изменяется и составляет 6,75 В. Второй вход ОУ (вывод 7) подключен ко второму делителю напряжения, собранному на резисторах R11 и R12. Этот делитель напряжения подключен к шине, по которой идет зарядный ток, и напряжение на нем меняется в зависимости от величины тока и степени заряда аккумулятора. Поэтому и величина напряжения на выводе 7 тоже будет, соответственно изменятся. Сопротивления делителя подобраны таким образом, что при изменении напряжения зарядки аккумулятора от 9 до 19 В напряжение на выводе 7 будет меньше, чем на выводе 6 и напряжение на выходе ОУ (вывод 8) будет больше 0,8 В и близко к напряжению питания ОУ. Транзистор будет открыт, на обмотку реле Р2 будет поступать напряжение и оно замкнет контакты К2.1. Напряжение на выходе также закроет диод VD11 и резистор R15 в работе схемы участвовать не будет.

Как только напряжение зарядки превысит 19 В (это может случится только в случае, если от выхода АЗУ будет отключен аккумулятор), напряжение на выводе 7 станет больше, чем на выводе 6. В этом случае на выходе ОУ напряжение скачкообразно уменьшится до нуля. Транзистор закроется, реле обесточится и контакты К2.1 разомкнутся. Подача питающего напряжения на ОЗУ будет прекращена. В момент, когда напряжение на выходе ОУ станет равно нулю, откроется диод VD11 и, таким образом, параллельно к R14 делителя подключится R15. Напряжение на 6 выводе мгновенно уменьшится, что исключит ложные срабатывания в момент равенства напряжений на входах ОУ из-за пульсаций и помех. Изменяя величину R15 можно менять гистерезис компаратора, то есть напряжение, при котором схема вернется в исходное состояние.

При подключения аккумулятора к ОЗУ напряжения на выводе 6 опять установится равным 6,75 В, а на выводе 7 будет меньше и схема начнет работать в штатном режиме.

Для проверки работы схемы достаточно изменять напряжение на блоке питания от 12 до 20 В и подключив вольтметр вместо реле Р2 наблюдать его показания. При напряжении меньше 19 В, вольтметр должен показывать напряжение, величиной 17-18 В (часть напряжения упадет на транзисторе), а при большем – ноль. Желательно все же подключить к схеме обмотку реле, тогда будет проверена не только работа схемы, но и его работоспособность, а по щелчкам реле можно будет контролировать работу автоматики без вольтметра.

Если схема не работает, то нужно проверить напряжения на входах 6 и 7, выходе ОУ. При отличии напряжений от указанных выше, нужно проверить номиналы резисторов соответствующих делителей. Если резисторы делителей и диод VD11 исправны, то, следовательно, неисправен ОУ.

Для проверки цепи R15, D11 достаточно отключить одни из выводов этих элементов, схема будет работать, только без гистерезиса, то есть включаться и отключаться при одном и том же подаваемом с блока питания напряжении. Транзистор VT12 легко проверить, отсоединив один из выводов R16 и контролируя напряжение на выходе ОУ. Если на выходе ОУ напряжение изменяется правильно, а реле все время включено, значит, имеет место пробой между коллектором и эмиттером транзистора.

Проверка схемы отключения аккумулятора при полной его зарядке

Принцип работы ОУ А1.1 ничем не отличается от работы А1.2, за исключением возможности изменять порог отключения напряжения с помощью подстроечного резистора R5.

Делитель для опорного напряжения собран на резисторах R7, R8 и напряжение на выводе 4 ОУ должно быть 4,5 В. Напряжение на выводе 3 А1.1, как Вы уже поняли, должно быть равно напряжению 4,5 в случае, когда напряжение на аккумуляторе достигнет величины 15,6 В для случая тока зарядки 0,3 А. Для больших токов, напряжение будет большим и его нужно подбирать экспериментально. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье сайта «Как заряжать аккумулятор».

Для проверки работы А1.1, питающее напряжение, поданное с блока питания плавно увеличивается и уменьшается в пределах 12-18 В. При достижении напряжения 15,6 В должно отключиться реле Р1 и контактами К1.1 переключить АЗУ в режим зарядки малым током через конденсатор С4. При снижении уровня напряжения ниже 12,54 В реле должно включится и переключить АЗУ в режим зарядки током заданной величины.

Напряжение порога включения 12,54 В можно регулировать изменением номинала резистора R9, но в этом нет необходимости.

С помощью переключателя S2 имеется возможность отключать автоматический режим работы, включив реле Р1 напрямую.

Схема зарядного устройства на конденсаторах без автоматического отключения

Для тех, кто не имеет достаточного опыта по сборке электронных схем или не нуждается в автоматическом отключении ЗУ по окончании зарядки аккумулятора, предлагаю упрощенней вариант схемы устройства для зарядки кислотных автомобильных аккумуляторов. Отличительная особенность схемы в ее простоте для повторения, надежности, высоком КПД и стабильным током заряда, наличие защиты от неправильного подключения аккумулятора, автоматическое продолжение зарядки в случае пропадания питающего напряжения.

Принцип стабилизации зарядного тока остался неизменным и обеспечивается включением последовательно с сетевым трансформатором блока конденсаторов С1-С6. Для защиты от перенапряжения на входной обмотке и конденсаторах используется одна из пар нормально разомкнутых контактов реле Р1.

Когда аккумулятор не подключен, контакты реле Р1 К1.1 и К1.2 разомкнуты и даже если зарядное устройство подключено к питающей сети ток не поступает на схему. Тоже самое происходит, если подключить ошибочно аккумулятор по полярности. При правильном подключении аккумулятора ток с него поступает через диод VD8 на обмотку реле Р1, реле срабатывает и замыкаются его контакты К1.1 и К1.2. Через замкнутые контакты К1.1 сетевое напряжение поступает на зарядное устройство, а через К1.2 на аккумулятор поступает зарядный ток.

На первый взгляд кажется, что контакты реле К1.2 не нужны, но если их не будет, то при ошибочном подключении аккумулятора, ток потечет с плюсового вывода аккумулятора через минусовую клемму ЗУ, далее через диодный мост и далее непосредственно на минусовой вывод аккумулятора и диоды моста ЗУ выйдут из строя.

Предложенная простая схема для зарядки аккумуляторов легко адаптируется для зарядки аккумуляторов на напряжение 6 В или 24 В. Достаточно заменить реле Р1 на соответствующее напряжение. Для зарядки 24 вольтовых аккумуляторов необходимо обеспечить выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т1 не менее 36 В.

При желании схему простого зарядного устройства можно дополнить прибором индикации зарядного тока и напряжения, включив его как в схеме автоматического зарядного устройства.

Порядок зарядки автомобильного аккумулятора автоматическим самодельным ЗУ

Перед зарядкой снятый с автомобиля аккумулятор необходимо очистить от грязи и протереть его поверхности, для удаления кислотных остатков, водным раствором соды. Если кислота на поверхности есть, то водный раствор соды пенится.

Если аккумулятор имеет пробки для заливки кислоты, то все пробки нужно выкрутить, для того, чтобы образующиеся при зарядке в аккумуляторе газы могли свободно выходить. Обязательно нужно проверить уровень электролита, и если он меньше требуемого, долить дистиллированной воды.

Далее нужно переключателем S1 на зарядном устройстве выставить величину тока заряда и подключить аккумулятор соблюдая полярность (плюсовой вывод аккумулятора нужно подсоединить к плюсовому выводу зарядного устройства) к его клеммам. Если переключатель S3 находится в нижнем положении, то стрелка прибора на зарядном устройстве сразу покажет напряжение, которое выдает аккумулятор. Осталось вставить вилку сетевого шнура в розетку и процесс зарядки аккумулятора начнется. Вольтметр уже начнет показывать напряжение зарядки.

Рассчитать время заряда аккумулятора с помощью онлайн калькулятора, выбрать оптимальный режим зарядки автомобильного аккумулятора и ознакомиться с правилами его эксплуатации Вы можете посетив статью сайта «Как заряжать аккумулятор».

ydoma.info


Смотрите также


Интересующую Вас информацию Вы можете уточнить у наших специалистов, заполнив форму, приведенную ниже. Мы с радостью Вас проконсультируем!
Почта:
Ваше Имя:
Сообщение:
30+5