Самодельные зарядные устройства для аккумуляторов обычно имеют очень простую конструкцию, а дополнительно к тому и повышенную надежность как раз ввиду простоты схемы. Еще один плюс от изготовления зарядки своими руками – относительная дешевизна комплектующих и как результат – невысокая себестоимость прибора.
Почему сборная конструкция лучше покупного
Основная задача подобной техники – поддерживать на требуемом уровне заряд аккумуляторной батареи автомобиля в случае необходимости. Если разрядка АКБ произошла рядом с домом, где есть нужное устройство, то проблем не возникнет. В противном случае, когда нет подходящей техники для питания аккумулятор, и средств тоже недостаточно, можно собрать прибор своими руками.
Необходимость использования вспомогательных средств для подпитки АКБ автомобиля обусловлена в первую очередь низкими температурами в холодное время года, когда наполовину разряженная аккумуляторная батарея представляет собой главную, а иногда и вовсе не разрешимую проблему, если только вовремя не подзарядить АКБ. Тогда самодельные зарядные устройства для питания автомобильных аккумуляторов станут спасением для пользователей, которые не планируют вкладываться в такую технику, по крайней мере, в данный момент.
Принцип действия
До определенного уровня АКБ авто может получать питание от самого транспортного средства, а если точнее, от электрогенератора. После этого узла обычно устанавливается реле, ответственное за установку напряжения не более 14,1В. Чтобы аккумуляторная батарея зарядилась до предела, необходимо более высокое значение данного параметра – 14,4В. Соответственно, для реализации такой задачи как раз и применяются АКБ.
Основные узлы данного устройства – трансформатор и выпрямитель. В результате на выход подается постоянный ток с напряжением определенной величины (14,4В). Но почему наблюдается разбег с напряжением самой батареи – 12В? Это делается с целью обеспечения возможности зарядить АКБ, разряженной до уровня, когда значение данного параметра аккумулятора приравнивалось 12В. Если зарядка будет характеризоваться таким же по значению параметром, то в результате питание АКБ станет сложно выполнимой задачей.
Смотрим видео, самое простое устройство для заряда АКБ:
Но здесь есть нюанс: небольшое превышение уровня напряжения аккумуляторной батареи не является критичным, тогда как существенно завышенная величина этого параметра очень плохо скажется в дальнейшем на работоспособности АКБ. Принцип функционирования, которым отличается любое, даже самое простое зарядное устройство для питания автомобильного аккумулятора, заключается в повышении уровня сопротивления, что приведет к снижению зарядного тока.
Соответственно, чем больше значение напряжения (стремится к 12В), тем меньше ток. Для нормальной работы АКБ желательно устанавливать определенную величину тока заряда (порядка 10% от емкости). В спешке велик соблазн изменить значение этого параметра на большее, однако, это чревато негативными последствиями для самой аккумуляторной батареи.
Что потребуется для изготовления АКБ?
Основные элементы простой конструкции: диод и обогреватель. Если правильно (последовательно) подключить их к АКБ, можно добиться желаемого – аккумуляторная батарея будет заряжена через 10 часов. Но любителям экономить электроэнергию такое решение может не подойти, потому как расход в этом случае составит порядка 10 кВт. Работа полученного устройства характеризуется невысоким КПД.
Основные элементы простой конструкции
Но для создания подходящей модификации придется несколько видоизменить отдельные элементы, в частности, трансформатор, мощность которого должна быть на уровне 200-300 Вт. При наличии старой техники, подойдет данная деталь из обычного лампового телевизора. Для организации системы вентиляции пригодится кулер, лучше всего, если он будет от компьютера.
Когда создается простое зарядное устройство для питания аккумулятора своими руками, в качестве основных элементов выступает еще транзистор и резистор. Чтобы наладить работу конструкции, понадобится компактный снаружи, но довольно вместительный корпус из металла, хороший вариант – короб от стабилизатора.
В теории такого рода технику сможет собрать даже начинающий радиолюбитель, который ранее не сталкивался со сложными схемами.
Схема простого устройства для заряда аккумулятора
Основная трудность заключается в необходимости видоизменить трансформатор. При таком уровне мощности обмотки характеризуются невысокими показателями напряжения (6-7В), ток будет равен 10А. Обычно же требуется напряжение 12В или 24В, в зависимости от типоисполнения аккумуляторной батареи. Чтобы получить такие значения на выходе устройства, необходимо обеспечить параллельное соединение обмоток.
Поэтапная сборка
Самодельное зарядное устройство для питания аккумулятора автомобиля начинается с подготовки сердечника. Наматывание провода на обмотки выполняется с максимальным уплотнением, важно, чтобы витки плотно прилегали друг к другу, и не оставалось просветов. Нельзя забывать и об изоляции, которая ставится с интервалом в 100 витков. Сечение провода первичной обмотки – 0,5 мм, вторичной – от 1,5 до 3,0 мм. Если учесть, что при частоте 50 Гц 4-5 витков могут обеспечить напряжение 1В, соответственно, для получения 18В требуется порядка 90 витков.
Далее, подбирается диод подходящей мощности, чтобы выдерживать подаваемые на него в будущем нагрузки. Лучший вариант – генераторный диод автомобиля. Чтобы исключить риск перегрева, необходимо обеспечить эффективную циркуляцию воздуха внутри корпуса такого прибора. Если короб не перфорирован, следует позаботиться об этом до начала сборки. Кулер необходимо подключить к выходу зарядного устройства. Основная его задача – охлаждение диода и обмотки трансформатора, что учитывается при выборе участка для установки.
Смотрим видео, подробная инструкция по изготовлению:
Схема простого зарядного устройства для питания автомобильного аккумулятора содержит еще и переменный резистор. Для нормального функционирования зарядки необходимо получить сопротивление на уровне 150 Ом и мощность 5 Вт. Более прочих соответствует этим требованиям модель резистора КУ202Н. Можно подобрать отличный от этого вариант, но его параметры должны быть сходными по значению с указанными. Задача резистора заключается в регулировке напряжения на выходе устройства. Модель транзистора КТ819 также является наилучшим вариантом из ряда аналогов.
Оценка эффективности, себестоимость
Как видно, если необходимо собрать самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, его схема более чем проста для реализации. Единственная трудность – компоновка всех элементов и установка их в корпус с последующим соединением. Но такую работу сложно назвать трудоемкой, а стоимость всех используемых деталей крайне мала.
Некоторые из деталей, а, быть может, и все наверняка найдутся у радиолюбителя дома, например, кулер от старого компьютера, трансформатор от лампового телевизора, старый корпус от стабилизатора. Что касается степени эффективности, то подобные устройства, собранные своими руками, не отличаются очень высоким КПД, однако, в результате все же справляются со своей задачей.
Смотрим видео, полезные советы специалиста:
Таким образом, крупных вложений в создание самодельной зарядки не требуется. Наоборот, все элементы стоят крайне мало, что выгодно оттеняет данное решение в сравнении с устройством, которое можно приобрести в готовом виде. Рассмотренная выше схема не отличается высокой эффективностью, но ее главный плюс – заряженный аккумулятор авто, хоть и спустя 10 часов. Можно усовершенствовать этот вариант или рассмотреть множество других, предлагаемых для реализации.
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
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 , 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.
Схема автоматического отключения ЗУ
при полной зарядке аккумулятора
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 также 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 незакрепленную 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 мм 2 .
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 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.
Провода для подключения АЗУ к клеммам аккумулятора и сети
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 мм 2 .
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 двухполярного 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 неинвертирующим, 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. Неинвертирующий 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.
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.
В статье будет рассказано о том, как своими руками изготовить самодельное Схемы вы можете использовать абсолютно любые, но наиболее простым вариантом изготовления является переделка компьютерного БП. Если у вас имеется такой блок, применение ему найти будет довольно просто. Для питания материнских плат используется напряжение величиной 5, 3.3, 12 Вольт. Как вы понимаете, интерес для вас представляет напряжение 12 Вольт. Зарядное устройство позволит производить зарядку аккумуляторов, емкость которых лежит в диапазоне от 55 до 65 Ампер-часов. Другими словами, его хватит для подзарядки аккумуляторов большинства автомобилей.
Общий вид схемы
Чтобы произвести переделку, нужно воспользоваться схемой, представленной в статье. своими руками из БП персонального компьютера изготовленное, позволяет контролировать на выходе ток зарядки и напряжение. Нужно обратить внимание на то, что имеется защита от КЗ - предохранитель на 10 Ампер. Но его устанавливать необязательно, так как в большинстве БП персональных компьютеров имеется защита, которая отключает устройство в случае КЗ. Поэтому схемы зарядных устройств для аккумуляторов из БП компьютеров способны сами себя защитить от КЗ.
ШИ-контроллер (обозначен DA1), как правило, в БП используется двух типов - KA7500 или TL494. Теперь немного теории. Может ли нормально подзарядить аккумулятор блок питания компьютера? Ответ - может, так как свинцовые АКБ большинства автомобилей имеют емкость 55-65 Ампер-час. А для нормальной зарядки ему необходим ток, равный 10 % от емкости АКБ - не более 6,5 Ампер. Если блок питания имеет мощность свыше 150 Вт, то его цепь «+12 В» способна отдать такой ток.
Начальный этап переделки
Чтобы повторить простое самодельное зарядное устройство для аккумулятора, необходимо слегка усовершенствовать блок питания:
- Избавляетесь от всех ненужных проводов. При помощи паяльника их убираете, чтобы не мешали.
- По схеме, приведенной в статье, находите постоянный резистор R1, который необходимо выпаять и на его место установить подстроечный с сопротивлением 27 кОм. На верхний контакт этого резистора впоследствии нужно подавать постоянное напряжение «+12 В». Без этого не сможет работать устройство.
- 16-й вывод микросхемы отсоединяется от минуса.
- Далее, нужно рассоединить 15-й и 14-й выводы.
Довольно простое получается самодельное Схемы можно использовать любые, но проще сделать из компьютерного БП - он легче, проще в эксплуатации, доступнее. Если сравнить с трансформаторными устройствами, то масса приборов существенно отличается (как и габариты).
Регулировки зарядного устройства
Задняя стенка теперь будет передней, изготовить ее желательно из куска материала (текстолит идеально подойдет). На этой стенке необходимо установить регулятор зарядного тока, обозначенный на схеме R10. Токоизмерительный резистор лучше всего использовать как можно мощнее - возьмите два с мощностью 5 Вт и сопротивлением 0,2 Ом. Но все зависит от выбора схемы зарядных устройств для аккумуляторов. В некоторых конструкциях не нужно использовать мощные резисторы.
При соединении их параллельно получается увеличение мощности в два раза, а сопротивление становится равным 0,1 Ом. На передней стенке также располагаются индикаторы - вольтметр и амперметр, которые позволяют контролировать соответствующие параметры зарядного устройства. Для точной настройки зарядчика используется подстроечный резистор, при помощи которого подается напряжение на 1-й вывод ШИ-контроллера.
Требования к устройству
Окончательная сборка
К 1, 14, 15 и 16 выводам нужно припаять многожильные тонкие провода. Изоляция у них должна быть надежной, чтобы под нагрузкой не произошло нагревание, в противном случае самодельное зарядное устройство для автомобиля выйдет из строя. После сборки нужно установить подстроечным резистором напряжение около 14 Вольт (+/-0,2 В). Именно такое напряжение считается нормальным для зарядки аккумуляторных батарей. Причем это значение должно быть в режиме холостого хода (без подключенной нагрузки).
На проводах, которые подключаются к аккумулятору, необходимо установить два зажима-крокодила. Один красного цвета, второй черного. Такие можно купить в любом магазине хозтоваров или автомобильных запчастей. Вот такое получается несложное самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. Схемы соединений: черный крепится к минусу, а красный к плюсу. Процесс зарядки полностью автоматический, вмешательства человека не требуется. Но стоит рассмотреть основные этапы этого процесса.
Процесс зарядки аккумулятора
При начальном цикле вольтметр будет показывать напряжение примерно 12,4-12,5 В. Если аккумулятор имеет емкость 55 А*ч, то нужно вращать регулятор до тех пор, пока амперметр не покажет значение 5,5 Ампер. Это означает, что ток зарядки равен 5,5 А. По мере того, как заряжается аккумулятор, ток уменьшается, а напряжение стремится к максимуму. В итоге в самом конце ток будет равен 0, а напряжение 14 В.
Независимо от того, какая для изготовления использовалась подборка схем и конструкций зарядных устройств, принцип работы во многом схож. Когда аккумулятор заряжен полностью, устройство начинает компенсировать ток саморазряда. Поэтому вы не рискуете тем, что проявится перезарядка батареи. Поэтому зарядное устройство может быть подключено к аккумулятору и сутки, и неделю, и даже месяц.
Если у вас нет измерительных приборов, которые не жалко было бы установить в устройство, можно от них отказаться. Но для этого необходимо сделать шкалу для потенциометра - обозначить положение для значений тока зарядки, равных 5,5 А и 6,5 А. Конечно, установленный амперметр намного удобнее - можно визуально наблюдать процесс протекания зарядки аккумуляторной батареи. Но и зарядное устройство для аккумулятора, своими руками изготовленное без использования приборов, может с легкостью эксплуатироваться.
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.
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 , 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 , 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 ;
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.
Аккумуляторная батарея получает заряд в автомобиле от генератора во время движения транспортного средства. Однако, в качестве элемента безопасности в электроцепь входит контролирующее реле, которое обеспечивает значение выходного напряжения с генератора на уровне 14 ±0,3В.
Так как известно, что достаточный уровень для полной и быстрой зарядки батареи должен быть на уровне 14,5 В, то очевидно, АКБ для заполнения всей емкости потребуется помощь. В этом случае понадобится либо магазинный аппарат, либо нужно зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками изготовить в домашних условиях.
В теплое время года даже наполовину разряженная автомобильная батарея позволит запустить двигатель. Во время морозов ситуация обстоит хуже, ведь при отрицательной температуре снижается емкость, а одновременно повышаются пусковые токи. За счет увеличения вязкости холодного масла требуется большее усилие для раскручивания коленвала. Это значит, что в холодное время года АКБ нуждается в максимальном заряде.
Большое количество разнообразных вариантов самодельных зарядных устройств позволяет подобрать схему для разных уровней знаний и мастерства изготовителя. Есть даже вариант, при котором автомобиля изготавливается при помощи мощного диода и электрообогревателя. Двухкиловатный калорифер, включенный в бытовую сеть 220 В, в последовательной цепи с диодом и батареей АКБ даст на последнюю чуть больше 4 А тока. За ночь схема «накрутит» 15 кВт, но батарея получит полный заряд. Хотя общий КПД системы вряд ли превысит 1%.
Те, кто собираются изготавливать простое зарядное устройство для аккумулятора своими руками с транзисторами, должны знать, что такие аппараты могут значительно перегреваться. Также у них возникают проблемы при неправильной полярности и случайном коротком замыкании.
Для тиристорных и симисторных схем основными проблемами являются стабильность заряда и шумность. Отрицательной стороной являются также радиопомехи, от которых можно избавиться с помощью ферритового фильтра, и проблемы с полярностью.
Немало можно встретить предложений по переделке компьютерного блока питания в самодельное зарядное устройство для АКБ. Но нужно знать, что хотя и структурные схемы этих приборов схожи, но электрические имеют существенные различия. Для правильной переделки понадобится достаточный опыт в работе со схемами. Не всегда слепое копирование при таких переделках приводит к заданному результату.
Принципиальная схема на конденсаторах
Наиболее интересной может оказаться конденсаторная схема самодельного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора. Она обладает высоким КПД, не перегревается, выдает стабильную силу тока, невзирая на уровень заряженности АКБ и возможных проблем с колебаниями сети, а также стойко переносит кратковременные короткие замыкания.
Визуально картинка кажется слишком громоздкой, но при детальном разборе все участки становятся понятными. Она оснащена даже алгоритмом выключения при полном заряде батареи.
Ограничитель тока
Для конденсаторных зарядок регулирование силы токи и ее стабильность обеспечивается последовательного включения обмотки трансформатора с балластными конденсаторами. При этом соблюдается прямая зависимость зарядного тока АКБ и емкости конденсаторов. Увеличивая последние, получим больший ампераж.
Теоретически данная схема уже может работать в качестве зарядки батареи, но проблемой окажется в ее надежности. Слабый контакт с электродами АКБ погубит незащищенные трансформаторы и конденсаторы.
Любой школьник, изучающий физику, сможет вычислить необходимую емкость для конденсаторов С=1/(2πvU). Однако быстрее будет сделать это по заранее подготовленной таблице:
В схеме можно уменьшит количество конденсаторов. Для этого их подключают группами либо с помощью переключателей (тумблеров).
Защита от неправильной полярности в зарядном устройстве
Чтобы не возникло проблем при переполюсовании контактов, в схеме находится реле Р3. Неверно подключенные провода защитит диод VD13. Он не пустит ток в неправильном направлении и не даст замкнуть контакт К3.1, соответственно неправильный заряд на АКБ не пойдет.
Если же полярность соблюдается, то реле замкнется, и начнется зарядка. Данную схему можно применять на любом из типов зарядных самодельных устройств, хоть с тиристорами, хоть с транзисторами.
Переключатель S3 контролирует в схеме напряжение. Нижнее замыкание дает значение напряжения (В), а при верхнем соединении контактов получим уровень силы тока (А). Если же устройство подключено только к батарее без включения в бытовую сеть, то можно узнать напряжение аккумулятора в соответствующем положении переключателя. Головкой служит микроамперметр М24.
Автоматика для самодельной зарядки
В качестве питания усилителя подбираем девятивольтовую схему 142ЕН8Г. Данный выбор обоснован ее характеристиками. Ведь при температурных колебаниях корпуса платы даже на десять градусов, на выходе прибора колебания напряжения сводятся к погрешности в сотые доли вольт.
Самоотключение срабатывает при параметре напряжения в 15,5 В. Эта часть схемы помечена А1.1. Четвертый вывод микросхемы (4) подключен к делителю R8, R7 где на него выходит напряжение в 4,5 В. Другой делитель подключен к резисторам R4-R5-R6. В качестве настройки данной цепи применяется регулировка резистора R5, чтобы обозначить уровень превышения. С помощью R9 в микросхеме контролируется нижний уровень включения аппарата, которое осуществляется на 12,5 В. Резистор R9 и диод VD7 обеспечивают интервал напряжения для бесперебойной работы зарядки.
Алгоритм работы схемы достаточно прост. Соединяясь с зарядником, проводится контроль уровня напряжения. Если оно ниже 16,5 В, то по схеме проходит команда на открытие транзистора VT1, который, в свою очередь, запускает соединение реле Р1. После этого подключается первичная обмотка установленного трансформатора, и процесс зарядки АКБ запущен.
После набора полной емкости и получения выходного параметра по напряжению на уровне 16,5 В, то в схеме понижается напряжение для того, чтобы удерживать транзистор VT1 открытым. Реле проводит отключение. Подача на клеммы тока снижается до уровня полампера. Цикл зарядки запускается снова лишь после снижения напряжения на клеммах батареи до 12,5 В, тогда подача зарядки возобновляется.
Так автомат контролирует возможность не перезарядить АКБ. Схему можно оставлять в рабочем состоянии даже на несколько месяцев. Особенно актуальным данный вариант окажется для тех, кто использует автомобиль сезонно.
Компоновка зарядного устройства
Корпусом такому аппарату может послужить миллиамперметр ВЗ-38. Ненужные внутренности удаляем, оставляем лишь стрелочный индикатор. Монтируем все за исключением автомата навесным способом.
Электроприбор состоит из пары щитков (лицевой и тыльный), которые зафиксированы при помощи перфорированных угольных горизонтальных балок. Через такие отверстия удобно крепить любые элементы конструкции. Для расположения силового трансформатора использована двухмиллиметровая алюминиевая пластина. Она саморезами крепится в нижней части устройства.
На верхней плоскости смонтирована стеклотекстолитовая пластина с реле и конденсаторами. На перфорированных ребрах также закреплена плата с автоматикой. Реле и конденсаторы данного элемента подключаются с помощью стандартного разъема.
Снизить нагрев диодов поможет радиатор на задней стенке. В этой зоне уместно будет расположить предохранители и мощную вилку. Ее можно взять от питания компьютера. Для прижима силовых диодов используем две прижимные планки. Их использование позволит рационально использовать место и снизить выделение тепла внутрь агрегата.
Проводить монтаж желательно с использованием интуитивно понятных цветов провода. В качестве положительного берем красный, для отрицательного – синий, а переменное напряжение выделяем с помощью, например, коричневого. Сечение во всех случаях должно быть более 1 мм.
Показания амперметра калибруются с помощью шунта. Один из его концов с помощью пайки крепится к контакту реле Р3, а второй паяется к выходной клемме плюса.
Составные элементы
Разберем внутренности прибора, которые составляют основу зарядника.
Печатная плата
Стеклотекстолит является основой для печатной платы, работающей в качестве защиты от перепадов напряжения и проблем с подключением. Изображение сформировано с шагом 2,5 мм. Без особых проблем данную схему можно изготовить в бытовых условиях.
Расположение элементов в реальности
Компановка для пайки
Плата для ручной пайки
Есть даже схематический план с выделенными элементами на нем. Чистое изображение применяется для нанесения его на основу с помощью порошковой печати на лазерных принтерах. Для ручного способа нанесения дорожек подойдет еще одно изображение.
Градуировочная шкала
Индикация установленного миллиамперметра ВЗ-38 не соответствует реальным показаниям, которые выдает прибор. Для корректировки и правильной градуировки необходимо к основе индикатора за стрелкой приклеить новую шкалу.
Обновленная информация будет соответствовать действительности с точностью до 0,2 В.
Соединительные кабели
Контакты, которые будут выходить на соединение с аккумулятором, должны на концах иметь пружинное фиксатор с зубцами («крокодил»). Чтобы различать полюса, желательно сразу же положительную часть подбирать красного цвета, а отрицательный кабель с зажимом брать синий или черный.
Сечение кабеля должно быть более 1 мм. Для соединения с бытовой сетью применяется стандартный неразборный кабель с вилкой от любой старой оргтехники.
Электрические элементы самодельной зарядки для АКБ
В качестве силового трансформатора подойдет ТН 61-220, ведь выходной ток получится на уровне 6 А. Для конденсаторов напряжение обязано быть более 350 В. На схему для С4 до С9 берем тип МБГЧ. Диоды от 2-го до 5-го нужны такие, чтобы выдержали десятиамперный ток. 11-й и 7-й можно брать любые импульсные. VD1 – это светодиод, а 9-й может быть аналогом КИПД29.
Для остальных нужно ориентироваться на входной параметр, допускающий ток в 1А. В реле Р1 можно применять два светодиода с разными цветовыми характеристиками, а можно применить бинарный светодиод.
Операционный усилитель AN6551 может быть заменен отечественным аналогом КР1005УД1. Их можно найти в старых усилителях звука. Первое и второе реле подбираются из диапазона 9-12 В и тока в 1 А. Для нескольких контактных групп в устройстве реле применяем запараллеливание.
Настройка и запуск
Если все сделано без ошибок, то схема сразу заработает. Корректировку порогового напряжения делаем с помощью резистора R5. Он поможет перевести зарядку в правильный режим низких токов.
Загрузка...