Зарядные устройства для автомобильного аккумулятора своими руками. Зарядное устройство на тиристорах для зарядки аккумулятора Импульсное тиристорное зарядное устройство

Бывают случаи, особенно зимой, когда владельцы автомобилей нуждаются в подзарядке автомобильного аккумулятора от внешнего источника питания. Безусловно, людям, не имеющим хороших навыков работы с электротехникой, желательно купить заводское устройство зарядки аккумуляторной батареи , ещё лучше приобрести пуско-зарядное устройство для запуска двигателя с разряженным аккумулятором без потерь времени на внешнюю подзарядку.

Но если есть небольшие знания в области электроники, можно собрать простое зарядное устройство своими руками .

Общая характеристика

Для правильного обслуживания аккумулятора и продления срока его службы подзарядка требуется при падении напряжения на клеммах ниже 11,2 В. При таком напряжении двигатель, скорее всего, запустится, но при долгой стоянке зимой это приведёт к сульфатации пластин и, как следствие, к снижению ёмкости батареи. При длительной стоянке зимой необходимо регулярно следить за вольтажом на клеммах АКБ. Оно должно составлять 12 В. Лучше всего снять батарею и занести её в тёплое место, не забывая при этом следить за уровнем заряда .

Зарядка АКБ производится постоянным или импульсным током. При использовании блока питания постоянного напряжения ток для правильной зарядки должен составлять одну десятую часть от ёмкости батареи . Если ёмкость АКБ составляет 50 А-ч, то для зарядки необходим ток 5 ампер.

Для продления срока службы АКБ применяют методики десульфатации аккумуляторных пластин. Батарею разряжают до напряжения менее пяти вольт многократным потреблением большого тока краткой длительности. Пример такого потребления - запуск стартера . После этого производят медленную полную зарядку маленьким током в пределах одного ампера. Повторяют процесс 8-9 раз. Метод десульфатации является долгим по времени, но согласно всем исследованиям даёт хороший результат.

Нужно помнить, что при зарядке важно не допускать перезаряда АКБ. Заряд производится до напряжения 12,7-13,3 вольт и зависит от модели батареи. Максимальный заряд указывается в документации к аккумулятору, которую всегда можно найти в интернете.

Перезаряд вызывает закипание , увеличивает плотность электролита и, как следствие, разрушение пластин. Заводские устройства зарядки имеют системы контроля заряда и последующего отключения. Собрать самостоятельно такие системы , не обладая достаточными знаниями в электронике, достаточно сложно.

Схемы для сборки своими руками

Стоит рассказать о простых устройствах зарядки, которые можно собрать, обладая минимальными знаниями в электронике, а ёмкость заряда отследить путём подключения вольтметра или обыкновенного тестера.

Схема зарядки для экстренных случаев

Бывают случаи, когда автомобиль, простоявший ночь возле дома, утром невозможно завести из-за разряженного аккумулятора. Причин возникновения этого неприятного обстоятельства может быть много.

Если аккумулятор был в хорошем состоянии и немного разрядился, решить проблему помогут:

В качестве источника питания отлично подойдёт зарядное устройство от ноутбука . Оно обладает выходным напряжением в 19 вольт и током в пределах двух ампер, чего вполне достаточно для выполнения поставленной задачи. На выходном разъёме, как правило, внутренний вход - плюс, внешний контур штекера - минус.

В качестве ограничительного сопротивления, которое является обязательным, можно применить салонную лампочку. Можно использовать и более мощные лампы , например, от габаритов, но это создаст лишнюю нагрузку на блок питания, что очень нежелательно.

Собирается элементарная схема: минус блока питания подключается к лампочке, лампочка к минусу АКБ. Плюс идёт напрямую от батареи к блоку питания. В течение двух часов аккумулятор получит заряд для запуска двигателя .

Из блока питания от стационарного компьютера

Такое устройство более сложно в изготовлении, но его можно собрать с минимальными познаниями в электронике. Основой послужит ненужный блок от системного блока компьютера. Выходные напряжения таких блоков +5 и +12 вольт с выходным током около двух ампер. Эти параметры позволяют собрать немощное зарядное устройство, которое при правильной сборке долго и надёжно послужит хозяину . Полная зарядка аккумулятора займёт длительное время и будет зависеть от ёмкости батареи, но не будет создаваться эффекта десульфатации пластин. Итак, пошаговая сборка прибора:

1. Разобрать блок питания и выпаять все провода кроме зелёного. Запомнить или отметить места входа чёрного (GND) и жёлтого +12 В.
2. Зелёный провод припаять к месту, где находился чёрный (это необходимо для старта блока без системной платы ПК). На место чёрного провода припаять отвод, который будет минусовым для зарядки АКБ. На место жёлтого провода припаять плюсовой отвод зарядки аккумулятора.
3. Необходимо найти микросхему TL 494 или её аналог. Список аналогов легко найти в интернете, один из них обязательно будет найден в схеме. При всём многообразии блоков без этих микросхем их не производят.
4. От первой ноги этой микросхемы - она левая нижняя, найти резистор, который идёт на выход +12 вольт (жёлтый провод). Это можно сделать визуально по дорожкам на схеме, можно при помощи тестера, подключив питание и замерив напряжение на входе резисторов, идущих к первой ноге. Не стоит забывать, что на первичную обмотку трансформатора идёт напряжение 220 вольт, поэтому нужно соблюдать меры безопасности при запуске блока без корпуса.
5. Выпаять найденный резистор, замерить его сопротивление тестером. Подобрать близкий по номиналу переменный резистор. Выставить его на номинал нужного сопротивления и запаять на место удалённого элемента схемы гибкими проводами.
6. Запустив блок питания путём регулировки переменного резистора, получить напряжение 14 В, в идеале 14.3 В. Главное, не перестараться помня, что 15 В, как правило, предел для отработки защиты и, как следствие, отключения.
7. Выпаять переменный резистор, не сбив его настройку, и замерить получившееся сопротивление. Необходимый или максимально близкий номинал сопротивления подобрать или набрать из нескольких резисторов и запаять в схему.
8. Блок проверить, на выходе должно быть искомое напряжение. При желании к выходам на схеме плюса и минуса можно подключить вольтметр, поместив его на корпусе для наглядности. Последующая сборка происходит в обратном порядке. Прибор готов к использованию.

Блок прекрасно заменит недорогую заводскую зарядку и достаточно надёжен. Но ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно помнить, что устройство имеет защиту от перегрузки, но это не спасёт от ошибки в полярности. Проще говоря, если перепутать плюс и минус при подключении к АКБ, зарядное мгновенно выйдет из строя .

Схема зарядного устройства из старого трансформатора

Если под рукой нет старого блока питания от компьютера, и радиотехнический опыт позволяет самостоятельно монтировать несложные схемы, то можно воспользоваться следующей довольно интересной схемой зарядки АКБ с контролем и регулировкой подаваемого напряжения.

Для сборки устройства можно воспользоваться трансформаторами от старых блоков бесперебойного питания или телевизоров советского производства . Подойдёт любой мощный понижающий трансформатор с суммарным набором напряжений на вторичных обмотках примерно 25 вольт.

Диодный выпрямитель собран на двух диодах КД 213А (VD 1, VD 2), которые устанавливаются обязательно на радиатор и могут быть заменены любыми импортными аналогами. Аналогов много, и они легко подбираются по справочникам в интернете. Наверняка нужные диоды найдутся дома в старой ненужной аппаратуре.

Такой же метод можно применить для замены управляющего транзистора КТ 827А (VT 1) и стабилитрона Д 814 А (VD 3). Транзистор устанавливается на радиатор.

Регулировка подаваемого напряжения осуществляется переменным резистором R2. Схема простая и заведомо рабочая. Собрать её сможет человеку с минимальными познаниями в электронике .

Импульсная зарядка для АКБ

Схема сложна в сборке, но это единственный недостаток. Найти простую схему импульсного блока зарядки вряд ли получится. Это компенсируется плюсами: такие блоки почти не греются, при этом имеют серьёзную мощность и большой КПД, отличаются компактным размером. Предложенная схема, в смонтированном на плате виде, уместиться в контейнер размером 160*50*40 мм. Для сборки прибора необходимо понимать принцип работы ШИМ (Широтно-импульсная модуляция) генератора. В предложенном варианте он реализован при помощи распространённого и недорогого контроллера IR 2153.

При применённых конденсаторах мощность прибора 190 Ватт. Этого хватит для зарядки любого аккумулятора лёгкого автомобиля ёмкостью до 100 А-ч. Установив конденсаторы по 470 мкФ, мощность возрастёт в два раза. Станет возможна зарядка АКБ ёмкостью до двухсот ампер/часов.

При использовании устройств без автоматического контроля заряда АКБ можно применить простейшее сетевое, суточное реле китайского производства. Это избавит от необходимости следить за временем отключения блока от сети.

Стоимость такого прибора около 200 рублей. Зная примерное время зарядки своего аккумулятора, можно выставить нужное время отключения. Это гарантирует своевременное прекращение подачи электричества. Можно отвлечься на дела и забыть о АКБ, что может привести к закипанию, разрушению пластин и выходу аккумулятора из строя. Новый аккумулятор будет стоить гораздо дороже

Меры предосторожности

При использовании приборов, собранных своими руками, следует соблюдать следующие меры безопасности:

1. Все приборы, включая АКБ, должны находиться на огнеупорной поверхности.
2. При первичном применении изготовленного прибора необходимо обеспечить полный контроль всех параметров зарядки. Обязательно нужно контролировать температуру нагрева всех элементов зарядки и АКБ, нельзя допускать закипания электролита. Параметры напряжения и тока контролируют тестером. Первичный контроль поможет определить время полной зарядки аккумулятора, что пригодится в будущем.

Собрать зарядку для АКБ несложно даже для новичка. Главное, делать всё внимательно и соблюдать меры безопасности, т. к. придётся иметь дело с открытым напряжением в 220 вольт.

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят током, значение которого можно определить по формуле

где I - средний зарядный ток, А., а Q - паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч.

Классическая зарядного устройства для автомобильного аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют проволочные реостаты (см. Рис. 1) и транзисторные стабилизаторы тока.

В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная такого устройства приведена на рис. 2.

В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен.

Недостатком на Рис. 2 является необходимость обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки (~ 18÷20В).

Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А, приведена на Рис. 3.

Предусмотрена возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.

Выключателями Q1 - Q4 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки.

Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания К2, которое должно срабатывать при напряжении на зажимах аккумулятора, равном напряжению полностью заряженной батареи.

На Рис. 4 представлена еще одного зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального значения.

Изменение тока в нагрузке достигается регулированием угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на однопереходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда аккумулятора 10А, устанавливается амперметром. устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями F1 и F2.

Вариант печатной платы зарядного устройства (см. рис. 4), размером 60х75 мм приведен на следующем рисунке:

В схеме на рис. 4 вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое больше мощности, потребляемой аккумулятором.

Названное обстоятельство является существенным недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором (тиристором).

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и тиристор VS1 необходимо установить на радиаторы.

Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. такого устройства показана на рис. 5.

В схеме на Рис. 5 регулирующий узел аналогичен примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1 включен в диагональ выпрямительного моста VD1 - VD4. Поскольку ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого зарядного устройства следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения (например, использовать переменный резистор с пластмассовой осью).

Вариант печатной платы зарядного устройства на рисенке 5, размером 60х75 мм приведен на рисунке ниже:

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD5-VD8 необходимо установить на радиаторы.

В зарядном устройстве на рисунке 5 диодный мостик VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3 типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта (КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 однопереходной, типа КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с рабочим током не менее 10 ампер (Д242÷Д247 и др.). Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а радиаторы будут сильно нагреваться, в корпус зарядного устройства можно установить вентилятор для обдува.

При нормальных условиях эксплуатации, электрическая система автомобиля самодостаточна. Речь идет об энергоснабжении – связка из генератора, регулятора напряжения, и аккумуляторной батареи, работает синхронно и обеспечивает бесперебойное питание всех систем.

Это в теории. На практике, владельцы автомобилей вносят поправки в эту стройную систему. Или же оборудование отказывается работать в соответствии с установленными параметрами.

Например:

1. Эксплуатация аккумуляторной батареи, которая исчерпала свой ресурс. Элемент питания «не держит» заряд
2. Нерегулярные поездки. Длительный простой автомобиля (особенно в период «зимней спячки») приводит к саморазряду АКБ
3. Автомобиль используется в режиме коротких поездок, с частым глушением и запуском мотора. АКБ просто не успевает подзарядиться
4. Подключение дополнительного оборудования увеличивает нагрузку на АКБ. Зачастую приводит к повышенному току саморазряда при выключенном двигателе
5. Экстремально низкая температура ускоряет саморазряд
6. Неисправная топливная система приводит к повышенной нагрузке: автомобиль заводится не сразу, приходится долго крутить стартер
7. Неисправный генератор или регулятор напряжения не позволяет нормально заряжать аккумулятор. К этой проблеме относятся изношенные силовые провода и плохой контакт в цепи заряда
8. И наконец, вы забыли выключить головной свет, габариты или музыку в автомобиле. Для полного разряда аккумулятора за одну ночь в гараже, иногда достаточно неплотно закрыть дверь. Освещение салона потребляет достаточно много энергии.

Любая из перечисленных причин приводит к неприятной ситуации: вам надо ехать, а батарея не в силах провернуть стартер. Проблема решается внешней подпиткой: то есть, зарядным устройством.

Его совершенно несложно собрать своими руками. Пример зарядного устройства сделанного из бесперебойника.

Любая схема автомобильного зарядного устройства состоит из следующих компонентов:

• Блок питания.
• Стабилизатор тока.
• Регулятор силы тока заряда. Может быть ручным или автоматическим.
• Индикатор уровня тока и (или) напряжения заряда.
• Опционально – контроль заряда с автоматическим отключением.

Любой зарядник, от самого простого, до интеллектуального автомата – состоит из перечисленных элементов или их комбинации.

Схема простого для автомобильного аккумулятора

Формула нормального заряда простая, как 5 копеек – базовая емкость батареи, деленная на 10. Напряжение заряда должно быть немногим более 14 вольт (речь идет о стандартной стартерной батарее 12 вольт).

Простая принципиальная электрическая схема зарядного устройства для автомобиля состоит из трех компонентов : блок питания, регулятор, индикатор.

Классика - резисторный зарядник

Блок питания изготавливается из двух обмоточного «транса» и диодной сборки. Выходное напряжение подбирается вторичной обмоткой . Выпрямитель – диодный мост, стабилизатор в этой схеме не применяется.
Ток заряда регулируется реостатом.

Важно! Никакие переменные резисторы, даже на керамическом сердечнике, не выдержат такой нагрузки.

Проволочный реостат необходим для противостояния главной проблеме такой схемы – избыточная мощность выделяется в виде тепла. Причем происходит это очень интенсивно.

Разумеется, КПД такого прибора стремится к нулю, а ресурс его компонентов очень низкий (особенно реостата). Тем не менее, схема существует, и она вполне работоспособна. Для аварийной зарядки, если под рукой нет готового оборудования, собрать ее можно буквально «на коленке». Есть и ограничения – ток более 5 ампер является предельным для подобной схемы. Стало быть, заряжать можно АКБ емкостью не более 45 Ач.

Зарядное устройство своими руками, подробности, схемы - видео

Гасящий конденсатор

Принцип работы изображен на схеме.

Благодаря реактивному сопротивлению конденсатора, включенного в цепь первичной обмотки, можно регулировать зарядный ток . Реализация состоит из тех же трех компонентов – блок питания, регулятор, индикатор (при необходимости). Схему можно настроить под заряд одного типа АКБ, и тогда индикатор будет не нужен.

Если добавить еще один элемент – автоматический контроль заряда , а также собрать коммутатор из целой батареи конденсаторов – получится профессиональный зарядник, остающийся простым в изготовлении.

Схема контроля заряда и автоматического отключения , в комментариях не нуждается. Технология отработана, один из вариантов вы видите на общей схеме . Порог срабатывания устанавливается переменным резистором R4. Когда собственное напряжение на клеммах аккумуляторной батареи достигает настроенного уровня, реле К2 отключает нагрузку. В качестве индикатора выступает амперметр, который перестает показывать ток заряда.

Изюминка зарядного устройства – конденсаторная батарея. Особенность схем с гасящим конденсатором – добавляя или уменьшая емкость (просто подключая или убирая дополнительные элементы) вы можете регулировать выходной ток. Подобрав 4 конденсатора для токов 1А, 2А, 4А и 8А, и коммутируя их обычными выключателями в различных комбинациях, вы можете регулировать ток заряда от 1 до 15 А с шагом в 1 А.

Если вы не боитесь держать в руках паяльник, можно собрать автомобильный аксессуар с плавной регулировкой тока заряда, но без недостатков, присущих резисторной классике.

Регулируя резистором R5 степень открытия перехода на транзисторе VT1, вы обеспечиваете плавное и очень точное управление тринистором VS1.

Схема надежная , легко собирается и настраивается. Но есть одно условие, которое мешает занести подобный зарядник в перечень удачных конструкций. Мощность трансформатора должна обеспечивать троекратный запас по току заряда.

То есть, для верхнего предела в 10 А, трансформатор должен выдерживать длительную нагрузку 450-500 Вт. Практически реализованная схема будет громоздкой и тяжелой. Впрочем, если зарядное устройство стационарно устанавливается в помещении – это не проблема.

Схема импульсного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Все недостатки перечисленных выше решений, можно поменять на один – сложность сборки. Такова сущность импульсных зарядников. Эти схемы имеют завидную мощность, мало греются, располагают высоким КПД. К тому же, компактные размеры и малый вес, позволяют просто возить их с собой в бардачке автомобиля.

Схемотехника понятна любому радиолюбителю, имеющему понятие, что такое ШИМ генератор. Он собран на популярном (и совершенно недефицитном) контроллере IR2153. В данной схеме реализован классический полу мостовой инвертор.

При имеющихся конденсаторах выходная мощность составляет 200 Вт. Это немало, но нагрузку можно увеличить вдвое, заменив конденсаторы на емкости по 470 мкФ. Тогда можно будет заряжать емкостью до 200 Ач.

Собранная плата получилась компактной, умещается в коробочку 150*40*50 мм. Принудительного охлаждения не требуется , но вентиляционные отверстия надо предусмотреть. Если вы увеличиваете мощность до 400 Вт, силовые ключи VT1 и VT2 следует установить на радиаторы. Их надо вынести за пределы корпуса.

В качестве донора может выступить блок питания от системника ПК.

Важно! При использовании блока питания АТ или АТХ, возникает желание переделать готовую схему в зарядное устройство. Для реализации такой затеи необходима заводская схема блока питания.

Поэтому просто воспользуемся элементной базой. Отлично подойдет трансформатор, дроссель и диодная сборка (Шоттки) в качестве выпрямителя. Все остальное: транзисторы, конденсаторы и прочая мелочь – обычно в наличии у радиолюбителя по всяким коробочкам-ящичкам. Так что зарядник получается условно бесплатным.

На видео показано и рассказано как собрать самостоятельно собрать импульсное зарядное устройство для авто.

Стоимость же заводского импульсника на 300-500 Вт – не менее 50 долларов (в эквиваленте).

Вывод:

Собирайте и пользуйтесь. Хотя разумнее поддерживать вашу аккумуляторную батарею «в тонусе».

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят током, значение которого можно определить по формуле

где I - средний зарядный ток, А., а Q - паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч.

Классическая зарядного устройства для автомобильного аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют проволочные реостаты (см. Рис. 1) и транзисторные стабилизаторы тока.

В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность , что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная такого устройства приведена на рис. 2.

В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен.

Недостатком на Рис. 2 является необходимость обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем нагрузки (~ 18÷20В).

Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А, приведена на Рис. 3.

Предусмотрена возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.

Выключателями Q1 - Q4 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки.

Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания К2, которое должно срабатывать при напряжении на зажимах аккумулятора, равном напряжению полностью заряженной батареи.

На Рис. 4 представлена еще одного зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального значения.

Изменение тока в нагрузке достигается регулированием угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на однопереходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда аккумулятора 10А, устанавливается амперметром. устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями F1 и F2.

Вариант печатной платы зарядного устройства (см. рис. 4), размером 60х75 мм приведен на следующем рисунке:

В схеме на рис. 4 вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое больше мощности, потребляемой аккумулятором.

Названное обстоятельство является существенным недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором (тиристором).

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и тиристор VS1 необходимо установить на радиаторы.

Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. такого устройства показана на рис. 5.

В схеме на Рис. 5 регулирующий узел аналогичен примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1 включен в диагональ выпрямительного моста VD1 - VD4. Поскольку ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого зарядного устройства следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения (например, использовать переменный резистор с пластмассовой осью).

Вариант печатной платы зарядного устройства на рисенке 5, размером 60х75 мм приведен на рисунке ниже:

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD5-VD8 необходимо установить на радиаторы.

В зарядном устройстве на рисунке 5 диодный мостик VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3 типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта (КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 однопереходной, типа КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с рабочим током не менее 10 ампер (Д242÷Д247 и др.). Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а радиаторы будут сильно нагреваться, в корпус зарядного устройства можно установить вентилятор для обдува.

Тиристорный регулятор в зарядном устройстве.

Для более полного ознакомления с последуущим материалом, просмотрите предыдущие статьи: и.

♣ В этих статьях говориться о том, что существуют 2–х полупериодные схемы выпрямления с двумя вторичными обмотками, каждая из которых рассчитана на полное выходное напряжение . Обмотки работают поочередно: одна на положительной полуволне, другая на отрицательной.
Используются два полупроводниковых выпрямительных диода.

♣ Предпочтительность такой схемы:

• - токовая нагрузка на каждую обмотку и каждый диод в два раза меньше, чем на схему с одной обмоткой;
• - сечение провода двух вторичных обмоток может быть в два раза меньше;
• - выпрямительные диоды могут быть выбраны на меньший максимально допустимый ток;
• - провода обмоток наиболее охватывают магнитопровод, магнитное поле рассеяния минимально;
• - полная симметричность - идентичность вторичных обмоток;

♣ Используем такую схему выпрямления на П – образном сердечнике для изготовления регулируемого зарядного устройства на тиристорах.
Двух - каркасная конструкция трансформатора позволяет это сделать наилучшим образом.
К тому же две полу-обмотки получаются совершенно одинаковыми.

♣ И так, наше задание : построить устройство для зарядки аккумулятора с напряжением 6 – 12 вольт и плавным регулированием зарядного тока от 0 до 5 ампер .
Мною уже предлагался для изготовления, но регулировка зарядного тока в нем проводится ступенчато.
Посмотрите в этой статье, как выполнялся расчет трансформатора на Ш – образном сердечнике. Эти расчетные данные подходят и под П –образный трансформатор той же мощности.

Расчетные данные из статьи таковы:

• - мощность трансформатора – 100 ватт ;
• - сечение сердечника – 12 см.кв. ;
• - выпрямленное напряжение - 18 вольт ;
• - ток - до 5 ампер ;
• - количество витков на 1 вольт – 4,2 .

Первичная обмотка:

• - количество витков – 924 ;
• - ток – 0,45 ампера;
• - диаметр провода – 0,54 мм.

Вторичная обмотка:

• - количество витков – 72 ;
• - ток – 5 ампер;
• - диаметр провода – 1,8 мм.

♣ Эти расчетные данные примем за основу построения трансформатора на П – образном сердечнике.
С учетом рекомендаций выше указанных статей по изготовлению трансформатора на П - образном сердечнике, построим выпрямитель для зарядки аккумулятора с плавной регулировкой зарядного тока .

Схема выпрямителя изображена на рисунке. Она состоит из трансформатора ТР , тиристоров Т1 и Т2 , схемы управления зарядным током, амперметра на 5 - 8 ампер, диодного моста Д4 - Д7 .
Тиристоры Т1 и Т2 одновременно выполняют роль выпрямительных диодов и роль регуляторов величины зарядного тока.

♣ Трансформатор Тр состоит из магнитопровода и двух каркасов с обмотками.
Магнитопровод может быть набран как из стальных П – образных пластин, так и из разрезанного О – образного сердечника из навитой стальной ленты.
Первичная обмотка (сетевая на 220 вольт - 924 витка) делится пополам – 462 витка (а – а1) на одном каркасе, 462 витка (б – б1) на другом каркасе.
Вторичная обмотка (на 17 вольт) состоит из двух полуобмоток (по 72 витка) мотается на первом (А - Б) и на втором (А1 – Б1) каркасе по 72 витка . Всего 144 витка.

Третья обмотка (с - с1 = 36 витков) +(d - d1 = 36 витков) в сумме 8,5 В +8,5 В = 17 вольт служит для питания схемы управления и состоит из 72 витков провода. На одном каркасе (с – с1) 36 витков и на другом каркасе (d - d1) 36 витков.
Первичная обмотка мотается проводом диаметром – 0,54 мм .
Каждая вторичная полуобмотка мотается проводом диаметром 1,3 мм. , рассчитанным на ток 2,5 ампера.
Третья обмотка мотается проводом диаметром 0,1 - 0,3 мм , какой попадется, ток потребления здесь маленький.

♣ Плавная регулировка зарядного тока выпрямителя основана на свойстве тиристора переходить в открытое состояние по импульсу, поступающему на управляющий электрод. Регулируя время прихода управляющего импульса, можно управлять средней мощностью проходящей через тиристор за каждый период переменного электрического тока.

♣ Приведенная схема управления тиристорами работает по принципу фазо-импульсного метода .
Схема управления состоит из аналога тиристора, собранного на транзисторах Тр1 и Тр2 , временной цепочки, состоящей из конденсатора С и резисторов R2 и Ry , стабилитрона Д7 и разделительных диодов Д1 и Д2 . Регулировка зарядного тока производится переменным резистором Ry .

Переменное напряжение 17 вольт снимается с третьей обмотки, выпрямляется диодным мостом Д3 – Д6 и имеет форму (точка №1) (в кружке №1). Это, пульсирующее напряжение положительной полярности с частотой 100 герц , меняющее свою величину от 0 до 17 вольт . Через резистор R5 напряжение поступает на стабилитрон Д7 (Д814А, Д814Б или любой другой на 8 – 12 вольт ). На стабилитроне напряжение ограничивается до 10 вольт и имеет форму (точка №2 ). Далее следует зарядно – разрядная цепочка (Ry, R2, C) . При возрастании напряжения от 0 начинает заряжаться конденсатор С, через резисторы Ry, и R2 .
♣ Сопротивление резисторов и емкость конденсатора (Ry, R2, C) подобраны таким образом, чтобы конденсатор зарядился за время действия одного полупериода пульсирующего напряжения. Когда напряжение на конденсаторе достигнет максимальной величины (точка №3) , с резисторов R3 и R4 на управляющий электрод аналога тиристора (транзисторы Тр1 и Тр2 ) поступит напряжение для открытия. Аналог тиристора откроется и заряд электричества, накопленный в конденсаторе, выделится на резисторе R1 . Форма импульса на резисторе R1 показана в кружке №4 .
Через разделительные диоды Д1 и Д2 импульс запуска подается одновременно на оба управляющих электрода тиристоров Т1 и Т2 . Открывается тот тиристор, на который в данный момент поступила положительная полуволна переменного напряжения с вторичных обмоток выпрямителя (точка №5) .
Изменяя сопротивление резистора Ry , изменяем время за которое полностью зарядится конденсатор С , то есть изменяем время включения тиристоров во время действия полуволны напряжения. В точке №6 показана форма напряжения на выходе выпрямителя.
Изменяется сопротивление Ry, изменяется время начала открывания тиристоров, изменяется форма заполнения полупериода действующим током (фигура №6). Заполнение полупериода может регулироваться от 0 до максимума. Весь процесс регулирования напряжения во времени показан на рисунке.
♣ Все показанные замеры формы напряжения в точках №1 - №6 проведены относительно плюсового вывода выпрямителя.

Детали выпрямителя:
- тиристоры Т1 и Т2 – КУ 202И-Н на 10 ампер . Каждый тиристор устанавливать на радиатор площадью 35 – 40 см.кв. ;
- диоды Д1 – Д6 Д226 или любые на ток 0,3 ампера и напряжение выше 50 вольт ;
- стабилитрон Д7 - Д814А - Д814Г или любой другой на 8 – 12 вольт ;
- транзисторы Тр1 и Тр2 любые маломощные на напряжение свыше 50 вольт .
Подбирать пару транзисторов необходимо с одинаковой мощностью, разными проводимостями и с равными коэффициентами усиления (не менее 35 - 50 ).
Мною опробованы разные пары транзисторов: КТ814 – КТ815, КТ816 – КТ817; МП26 – КТ308, МП113 – МП114 .
Все варианты работали хорошо.
- Сонденсатор емкостью 0,15 микрофарады ;
- Резистор R5 ставить мощностью в 1 ватт . Остальные резисторы мощностью 0,5 ватта .
- Амперметр рассчитан на ток 5 – 8 ампер

♣ Необходимо с вниманием отнестись к монтажу трансформатора. Советую перечитать статью. Особенно то место, где приводятся рекомендации по фазировке включения первичной и вторичной обмоток.

Можно использовать схему фазировки первичной обмотки приведенную ниже, как на рисунке.

♣ В цепь первичной обмотки последовательно включается электрическая лампочка на напряжение 220 вольт и мощность 60 ватт . эта лампочка будет служить вместо предохранителя.
Если обмотки будут сфазированы неправильно , лампочка загорится .
Если соединения проведены правильно , при включении трансформатора в сеть 220 вольт лампочка должна вспыхнуть и потухнуть.
На клеммах вторичных обмоток должно быть два напряжения по 17 вольт , вместе (между А и Б) 34 вольта .
Все монтажные работы необходимо проводить с соблюдением ПРАВИЛ ТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТИ!

Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов.

Ни для кого не ново, если скажу, что у любого автомобилиста в гараже должно быть зарядное устройство для аккумуляторной батареи. Конечно, его можно купить в магазине, но, столкнувшись с этим вопросом, пришел к выводу, заведомо не очень хорошее устройство по приемлемой цене брать не хочется. Встречаются такие, у которых ток заряда регулируется мощным переключателем, который добавляет или уменьшает количество витков во вторичной обмотке трансформатора, тем самым увеличивая или уменьшая зарядный ток, при этом прибор контроля тока в принципе отсутствует. Это наверно самый дешевый вариант зарядника заводского исполнения, ну а толковый девайс стоит не так уж и дешево, цена прямо-таки кусается, поэтому решил найти схему в интернете, и собрать ее самому. Критерии выбора были такие:

Простая схема, без лишних наворотов;
- доступность радиодеталей;
- плавная регулировка зарядного тока от 1 до 10 ампер;
- желательно чтобы это была схема зарядно-тренировочного устройства;
- не сложная наладка;
- стабильность работы (по отзывам тех, кто уже делал данную схему).

Поискав в интернете, наткнулся на промышленную схему зарядного устройства с регулирующими тиристорами.

Все типично: трансформатор, мост (VD8, VD9, VD13, VD14), генератор импульсов с регулируемой скважностью (VT1, VT2), тиристоры в качестве ключей (VD11, VD12), узел контроля заряда. Несколько упростив эту конструкцию, получим более простую схему:

На этой схеме нет узла контроля заряда, а остальное – почти то же самое: транс, мост, генератор, один тиристор, измерительные головки и предохранитель. Обратите внимание, что в схеме стоит тиристор КУ202, он немного слабоват, поэтому чтобы не допустить пробоя импульсами большого тока его необходимо установить на радиатор. Трансформатор - ватт на 150, а можно использовать ТС-180 от старого лампового телевизора.

Регулируемое зарядное устройство с током заряда 10А на тиристоре КУ202.

И еще одно устройство, не содержащее дефицитных деталей, с током заряда до 10 ампер. Оно представляет собой простой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением.

Узел управления тиристором собран на двух транзисторах. Время, за которое конденсатор С1 будет заряжаться до переключения транзистора, выставляется переменным резистором R7, которым, собственно, и выставляется величина зарядного тока аккумулятора. Диод VD1 служит для защиты управляющей цепи тиристора от обратного напряжения. Тиристор, также как и в предыдущих схемах, ставится на хороший радиатор, или на небольшой с охлаждающим вентилятором. Печатная плата узла управления выглядит следующим образом:

Схема не плохая, но в ней есть некоторые недостатки:
- колебания напряжения питания приводят к колебанию зарядного тока;
- нет защиты от короткого замыкания кроме предохранителя;
- устройство дает помехи в сеть (лечится с помощью LC-фильтра).

Зарядно-восстанавливающее устройство для аккумуляторных батарей.

Это импульсное устройство может заряжать и восстанавливать практически любые типы аккумуляторов. Время заряда зависит от состояния батареи и колеблется в пределах 4 - 6 часов. За счет импульсного зарядного тока происходит десульфатация пластин аккумулятора. Смотрим схему ниже.

В этой схеме генератор собран на микросхеме, что обеспечивает более стабильную его работу. Вместо NE555 можно использовать российский аналог - таймер 1006ВИ1 . Если кому не нравится КРЕН142 по питанию таймера, так ее можно заменить обычным параметрическим стабилизатором, т.е. резистором и стабилитроном с нужным напряжением стабилизации, а резистор R5 уменьшить до 200 Ом . Транзистор VT1 - на радиатор в обязательном порядке, греется сильно. В схеме применен трансформатор со вторичной обмоткой на 24 вольта. Диодный мост можно собрать из диодов типа Д242 . Для лучшего охлаждения радиатора транзистора VT1 можно применить вентилятор от компьютерного блока питания или охлаждения системного блока.

Восстановление и зарядка аккумулятора.

В результате неправильной эксплуатации автомобильных аккумуляторов пластины их могут сульфатироваться, и он выходит из строя.
Известен способ восстановления таких батарей при заряде их "ассимметричным" током. При этом соотношение зарядного и разрядного тока выбрано 10:1 (оптимальный режим). Этот режим позволяет не только восстанавливать засульфатированные батареи аккумуляторов, но и проводить профилактическую обработку исправных.

Рис. 1. Электрическая схема зарядного устройства

На рис. 1 приведено простое зарядное устройство, рассчитанное на использование вышеописанного способа. Схема обеспечивает импульсный зарядный ток до 10 А (используется для ускоренного заряда). Для восстановления и тренировки аккумуляторов лучше устанавливать импульсный зарядный ток 5 А. При этом ток разряда будет 0,5 А. Разрядный ток определяется величиной номинала резистора R4.
Схема выполнена так, что заряд аккумулятора производится импульсами тока в течение одной половины периода сетевого напряжения, когда напряжение на выходе схемы превысит напряжение на аккумуляторе. В течение второго полупериода диоды VD1, VD2 закрыты и аккумулятор разряжается через нагрузочное сопротивление R4.

Значение зарядного тока устанавливается регулятором R2 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает и через резистор R4 (10%), то показания амперметра РА1 должны соответствовать 1,8 А (для импульсного зарядного тока 5 А), так как амперметр показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.

В схеме предусмотрена защита аккумулятора от неконтролируемого разряда в случае случайного исчезновения сетевого напряжения. В этом случае реле К1 своими контактами разомкнет цепь подключения аккумулятора. Реле К1 применено типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки 24 В или на меньшее напряжение, но при этом последовательно с обмоткой включается ограничительный резистор.

Для устройства можно использовать трансформатор мощностью не менее 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке 22...25 В.
Измерительный прибор РА1 подойдет со шкалой 0...5 А (0...3 А), например М42100. Транзистор VT1 устанавливаются на радиатор площадью не менее 200 кв. см, в качестве которого удобно использовать металлический корпус конструкции зарядного устройства.

В схеме применяется транзистор с большим коэффициентом усиления (1000...18000), который можно заменить на КТ825 при изменении полярности включения диодов и стабилитрона, так как он другой проводимости (см. рис. 2). Последняя буква в обозначении транзистора может быть любой.

Рис. 2. Электрическая схема зарядного устройства

Для защиты схемы от случайного короткого замыкания на выходе установлен предохранитель FU2.
Резисторы применены такие R1 типа С2-23, R2 - ППБЕ-15, R3 - С5-16MB, R4 - ПЭВ-15, номинал R2 может быть от 3,3 до 15 кОм. Стабилитрон VD3 подойдет любой, с напряжением стабилизации от 7,5 до 12 В.
обратного напряжения.

Какой провод лучше использовать от зарядного устройства до аккумулятора.

Конечно, лучше брать гибкий медный многожильный, ну а сечение нужно выбрать из расчета какой максимальный ток будет проходить по этим проводам, для этого смотрим табличку:

Если вас интересует схемотехника импульсных зарядно-восстановительных устройств с применением таймера 1006ВИ1 в задающем генераторе - прочтите эту статью:

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.