02.04.21

[Домашняя]

Предлагается универсальное зарядное устройство для любых аккумуляторов напряжением выше 3 В. Его отличительные особенности — просто­та схемы и высокий КПД В авторском варианте устройство рассчитано на зарядку автомобильных аккумуляторов, но его легко приспособить и к другим типам аккумуляторов, в том числе и к маломощным. Схема устройства показана на рис 1.

Принцип действия основан на сравнении напряжения на аккумуляторе с заданным опорным. Если напряжение на аккумуляторе ниже — включается зарядка. В устройство введен небольшой гистерезис переключения (1…2 В), благодаря чему повышается надежность срабатывания. Схема управления построена на компараторе напряжения, в качестве которого используется операционный усилитель DA1. Эталонное напряже­ние формирует стабилитрон VD1, питающийся от аккумулятора Напряжение с аккумулятора одновременно поступает на прямой вход ОУ через переменный резистор R1. При уменьшении этого напряжения в какой-то момент времени уровень на прямом входе ОУ станет меньше, чем на ин­версном, и компаратор переключится. На его выходе появится логический «0». Светодиод оптрона VU1 погаснет, его фототранзистор закроется, а транзистор VT1 откроется благодаря резистору R5. Транзистор закоротит диагональ диодного моста на диодах VD2...VD5. Тогда откроется симистор VS1, и через первичную обмотку трансформатора Т1 потечет ток. Выпрямленное напряжение с его вторичной обмотки заряжает аккумулятор. Так продолжается до тех пор, пока напряжение на прямом входе компаратора не превысит напряжение на инверсном. Как только это произойдет, на выходе микросхемы появляется логическая «1», оба светодиода (HL1 и VU1) загораются. Открывшийся фототранзистор VU1 замыкает выводы базы и эмиттера VT1, и он закрывается. Трансформатор обесточивается, и заряд прекращается до тех пор, пока напряжение на аккумуляторе снова не понизится. Тогда опять начинается новый цикл заряда. Для того чтобы при напряжении, близком к порогу переключения, устройство не начинало хаотически "метаться", включая и выключая зарядку, в цепь положительной обратной связи компаратора добавлен резистор R3. При указанном сопротивлении этого резистора (620 кОм) заряд включается при напряжении на аккумуляторе около 12,6 В, а выключается — при 14,4 В. С уменьшением сопротивления R3 гистерезис срабатывания увеличивается. "Среднее" напряжение Uc-(12,6+14,4)/2 выставляется подстроечным резистором R1. Сделать это довольно трудно. Проще всего при настройке дождаться, когда напряжение на аккумуляторе (включена зарядка) повысится до 14,4 В и, очень плавно перемещая движок R1, добиться отключения трансформатора. Для надежной гальванической развязки и минимизации потребляемого тока используется оптрон VU1. Его светодиод, как и НИ, светится тогда, когда аккумулятор заряжен Светодиод HL1 выполняет две функции — индицирует режим работы устройства и служит делителем напряжения. У большинства недорогих операционных усилителей, которые и предлагается использовать в этой схеме, при однополярном питании и выходном уровне "0" выходное напряжение обычно более 2 В. Светодиод оптрона загорается при напряжении около 1,5 В, т.е. без HL1 он будет гореть по­стоянно. В этой схеме коммутация силовой цепи производится в высоковольтной части схемы. Тем самым "убивается" сразу несколько "зайцев", во-первых, коммутируемый ток там гораздо меньше (учитывая коэффициент трансформации, почти в 20 раз), и симистор совершенно не греется. Во-вторых, можно использовать дешевые маломощные симисторы. В-третьих, можно не учитывать ток холостого хода трансформатора, который у мощных трансформаторов довольно велик. Сопротивление резистора R5 зависит от управляющего тока симистора VS1 — чем он больше, тем меньшим должно быть сопротивление. Для симисторов серии ВТ его сопротивление может быть в пределах 100...200 кОм, для отечественных (ТС106-10 и КУ208) его уменьшают до 30...75 кОм. Диоды VD2...VD5 — любые маломощные высоковольтные (через них протекает ток в десятки миллиампер). Вторичную обмотку трансформатора рекомендую подключать к аккумулятору непосредственно, без всяких токоограничивающих резисторов. Преимущество такой схемы — обеспечивается экспоненциальная зависимость зарядного тока от степени заряженности аккумулятора (закон Вудбриджа). Вначале ток максимален, а по мере зарядки аккумулятора плавно уменьшается (обычно в несколько раз). Именно такой режим зарядки считается оптимальным для любого негерметичного (герметичный может взорваться») аккумулятора. Перезарядки можно не бояться — электроника не позволит. Кроме того, повышается КПД устройства — ведь на разогрев резистора также нужно тратить энергию. Впрочем, в этой схеме все-таки есть токоограничивающие резисторы — их функцию выполняют активное сопротивление вторичной обмотки трансформатора и соединительные провода между трансформатором, диодами и аккумулятором. Особые требования в этой схеме предъявляются к трансформатору. Напряжение на его вторичной обмотке должно быть 13.. 14 В (с точностью 0,5 В). Скорее всего, его придется мотать самостоятельно. Начальный ток зарядки для свинцового аккумулятора может доходить до 0,ЗС (С — емкость), но 20 А — уж слишком большая цифра, поэтому можно ограничиться током в 5 . 10 А. Длину проводов нужно "настраивать" таким образом, чтобы при разряженном до 11...11,5 В аккумуляторе зарядный ток был именно таким. Соответственно, трансформатор должен иметь мощность около 100 Вт, а диоды устанавливаются на массивный радиатор. Операционный усилитель в этой схеме можно использовать любой общего применения. Подойдут и микромощные К1407УД1...УДЗ или КР140УД12 (УД1208). Цоколевка у этих микросхем одинаковая, но у К1407 между выводами 7 и 8, а у УД12 (1208) между 4 и 8 нужно припаять резистор сопротивлением 470 кОм ..2 МОм. Стабилитрон VD1 должен быть на напряжение стабилизации 4,7...6,2 В. Кстати, отечественные стабилитроны в 3-миллиметровом корпусе гораздо лучше импортных Оптрон VU1 может быть любым "шестиногим", но его фототранзистор должен быть одинарным (не составным!) Убедиться в этом можно, измерив цифровым мультиметром падение напряжения (в режиме прозвонки р-п переходов) между выводами базы и эмиттера. У составного транзистора падение напряжения будет более 1200 мВ, у одинарного — в два раза меньше. Транзистор КТ940 можно заменить на КТ969А или импортные BF420, MPSA42, MPSA44 или MPSA92. Симистор ВТ136 можно заменить практически любым из серии ВТ (их маркировка показана на рис.2).

С буквами D и Е лучше не ставить — они будут постоянно открыты за счет емкости диодов VD2...VD5. Подойдут также любые другие высоковольтные, выдерживающие ток до 500 мА. Я пробовал в этой схеме даже симисторы MCR100-8 (100 мА, 800 В) — отлично работают, но сильно греются (нужна маленькая пластинка - теплоотвод). Но, конечно, надежность длительной работы столь маломощных симисторов гарантировать нельзя. При выборе другого симистора или транзистора, возможно, придется подобрать сопротивление R5. Для этого вместо трансформатора временно включается лампочка 220 В, 25...60 Вт, и светодиод VU1 отключается от схемы. Сопротивление R5 уменьшают до тех пор, пока лампа не станет гореть полным накалом. При этом сопротивление R5 должно быть максимально возможным. Если сопротивление ре­зистора в пределах 30...47 кОм, его мощность должна быть около 0,5 Вт, 47... 100 кОм —0,25 Вт. Светодиод НL1 может быть любым, диоды VD6 ..VD9 должны быть рассчитаны на максимальный ток зарядки аккумулятора. Для других аккумуляторов нужно поменять стабилитрон (его напряжение стабилизации должно быть в 2,5...3 раза меньше "аккумуляторного") и изменить выходное напряжение трансформатора. Если аккумуляторы маломощные (менее 5 А ч), между вторичной обмоткой трансформатора и диодами нужно поставить резистор сопротивлением единицы...десятки Ом. Микросхемы серии КР1407 работают при напряжении питания до 15 В (КР1407УД2—до 24 В), все остальные — до 30 В. Минимальное рабочее напряжение для КР1407, 140УД12 — 2,5 ..3 В, для остальных — свыше 4 В. При напряжении питания менее 4 В светодиод HL1 не устанавливается, а сопротивление R4 уменьшается до 200. .470 Ом.