Імпульсний зарядний пристрій. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Імпульсний зарядний пристрій. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Автомобіль. Акумулятори, зарядні пристрої

Коментарі до статті

Для зарядки стартерних акумуляторних батарей автолюбителі застосовують найрізноманітніші пристрої, більшість яких побудовано з використанням мережевого трансформатора. Таким пристроям властиві порівняно низький ККД, великі габарити та маса. І якщо ККД можна хоч якось підняти, то покращити решту показників подібних пристроїв практично не вдається. Істотно підвищити експлуатаційні якості зарядного пристрою можна, якщо збудувати його за принципом імпульсного інвертора напруги.

Імпульсні зарядні станції, що випускаються за кордоном (фірми Bosch, Telwin та ін.) мають чудові технічні показники, але за вартістю недоступні більшості наших автомобілістів. Разом з цим і самостійне виготовлення подібних пристроїв під силу далеко не кожному радіоаматору, особливо тим, хто не має необхідного досвіду в галузі імпульсної схемотехніки та налагодження таких приладів.

Проте не слід вважати імпульсні зарядні пристрої непереборно складними. Так, в [1] описано радіоаматорський пристрій, побудований на основі зворотноходового перетворювача.

Безперечна перевага таких перетворювачів - їх відносна простота та малі габарити. Проте є й недоліки. Один з найбільш серйозних з них - підмагнічування магнітопровід трансформатора, через що доводиться використовувати магнітопровід перетином у 2...2,5 рази більшим, ніж для двотактних перетворювачів.

Крім того, викиди напруги на комутуючому елементі зворотньоходових перетворювачів, як правило, значно перевищують напругу живлення, що вимагає введення додаткових переважних та рекупераційних ланцюгів. Енергетичні втрати в них найбільш відчутно позначаються при великій вихідній потужності, тому однотактні перетворювачі застосовують у вузлах живлення потужністю, що не перевищує сотні ватів.

Батарею свинцевокислотних акумуляторів зазвичай заряджають одним із трьох способів: при стабільній напрузі, при стабільному струмі і за так званим правилом ампер-годин. Зарядку стабільною напругою реалізувати досить просто, але вона не гарантує стовідсоткового використання ємності батареї. Зарядку за правилом ампер-годин (за Вудбриджем) можна вважати ідеальним способом, проте він не набув широкого поширення через схемну складність.

Найбільш оптимальним визнаний спосіб заряджання стабільним зарядним струмом. Пристрої, що реалізують цей спосіб, легко оснастити вузлами, які дозволяють автоматизувати заряджання. До цієї групи зарядних пристроїв відноситься і описане нижче.

В основу пристрою (див. схему) покладено двотактний напівмостовий імпульсний перетворювач (інвертор) на потужних транзисторах VT4 і VT5, керований широтноімпульсним контролером DA1 по низьковольтній стороні. Такі перетворювачі, стійкі до підвищення напруги живлення і зміни опору навантаження, добре зарекомендували себе в джерелах живлення сучасних комп'ютерів. Оскільки в ШІ контролері К1114ЕУ4 [2] знаходяться два підсилювачі помилки, контролю зарядного струму і вихідної напруги не потрібно додаткових мікросхем.

(Натисніть для збільшення)

Швидкодіючі діоди VD14, VD15 захищають колекторний перехід транзисторів VT4, VT5 від зворотної напруги на обмотці I трансформатора Т2 і відводять енергію викидів у джерело живлення. Діоди повинні мати мінімальний час включення.

Терморезистор R1 обмежує струм зарядки конденсаторів С4 С5 при включенні пристрою в мережу. Для придушення перешкод із боку перетворювача служить мережевий фільтр C1C2C3L1. Ланцюги R19R21C12VD8 і R20R22C13VD9 служать для форсування процесу закривання комутувальних транзисторів шляхом подачі в їх базовий ланцюг мінусової напруги. Це дозволяє знизити комутаційні втрати та збільшити ККД перетворювача.

Конденсатор С8 запобігає підманичуванню магнітопроводу трансформатора Т2 через неоднакову ємність конденсаторів С4 і С5. Ланцюг R17C11 сприяє зменшенню амплітуди викидів напруги на обмотці I трансформатора T2.

Трансформатор Т1 гальванічно розв'язує вторинні ланцюги від мережі та передає керуючі імпульси в базовий ланцюг комутувальних транзисторів. Обмотка III забезпечує пропорційно струмове керування. Використання трансформаторної розв'язки дозволило зробити експлуатацію безпечною.

Випрямляч зарядного струму виконаний на діодах КД2997А (VD10, VD11), здатних працювати на порівняно високій робочій частоті перетворювача.

Резистор R25 – датчик струму. Напруга з цього резистора, подана на неінвертуючий вхід першого підсилювача помилки контролера DA1, порівнюється з напругою на його вході, що інвертує, встановлюваному резистором R2 "Зарядний струм". При зміні сигналу помилки змінюється шпаруватість керуючих імпульсів, час відкритого стану комутувальних транзисторів інвертора і, отже, потужність, що передається в навантаження.

Напруга з дільника R23R24, пропорційна напруги на батареї, що заряджається, надходить на неінвертуючий вхід другого підсилювача помилки і порівнюється з напругою на резисторі R5, прикладеним до інвертируючого входу цього підсилювача. Таким чином відбувається регулювання вихідної напруги. Це дозволяє уникнути інтенсивного кипіння електроліту наприкінці зарядки шляхом зниження зарядного струму.

ШИ контролер має вбудоване джерело стабільної напруги 5 В, яке живить всі дільники напруги, що задають необхідні значення напруги на виході пристрою та зарядного струму.

Оскільки живлення на мікросхему DA1 надходить виходу пристрою, неприпустимо зниження вихідної напруги пристрою до 8 В - в цьому випадку припиняється стабілізація зарядного струму і він може перевищити гранично допустиме значення. Подібні ситуації виключає вузол, зібраний на транзисторі VT3 і стабілітроні VD12, - він блокує включення зарядного пристрою, якщо навантажити його несправною або сильно розрядженою батареєю (з ЕРС менше 9 В). Стабілітрон, а отже, і транзистор вузла залишаються закритими, а вхід DTC (висновок 4) мікросхеми DA1 - підключеним через резистор R7 до виходу Uref вбудованого джерела зразкової напруги (висновок 14). Напруга на вході DTC у своїй - щонайменше 3 У, і формування імпульсів заборонено.

При підключенні до виходу пристрою справної батареї відкривається стабілітрон VD12 і слідом за ним транзистор VT3, замикаючи на загальний провід вхід DTC контролера і дозволяючи тим самим формування імпульсів на виходах С1, С2 (відкритий колектор). Частота проходження імпульсів - близько 60 кГц. Після посилення струму транзисторами VT1, VT2 вони через трансформатор Т1 передаються на базу комутують транзисторів VT4 і VT5. Частоту повторення імпульсів визначають елементи R10 та С9. Її розраховують за формулою F=1,1/R10·C9.

Діоди КД257Б можна замінити на RL205, КД2997А - на інші, у тому числі на діоди Шотки зі зворотною напругою більше 50 В і випрямленим струмом більше 20 A, FR155 - швидкодіючі імпульсні діоди FR205, FR305, а також. ШИ контролер К4005ЕУ1114 має безліч зарубіжних аналогів – TL4IN [494], DBL3, ГЛРС494, IR494M2, КА02. Замість КТ7500А-886 підійдуть транзистори КТ1А, КТ858Б чи КТ858Б-886.

Трансформатори - найвідповідальніші та трудомісткі елементи будь-якого імпульсного перетворювача. Від якості їх виготовлення залежать не тільки характеристики пристрою, але й його працездатність.

Трансформатор Т1 намотаний на кільцевому магнітопроводі типорозміру К20х12х6 з фериту М2000НМ. Обмотка I намотана проводом ПЕВ-2 0,4 рівномірно по всьому кільцю і містить 2x28 витків; обмотки II та IV - по 9 витків дроту ПЕВ-2 0,5. Обмотка III - два витки дроту МГТФ-0,8. Обмотки ізольовані одна від одної та від магнітопроводу двома шарами тонкої фторопластової стрічки.

Трансформатор Т2 намотаний на броньовому магнітопроводі Ш10х10 з фериту М2000НМ (або, ще краще, M2500HMC); годиться і кільцевий магнітопровід аналогічного перерізу. Обмотка I містить 35 витків дроту ПЕВ-2 0,8, а обмотка II - 2x4 витка джгута перетином не менше 4 мм2 з декількох дротів ПЕВ-2 або ПЕЛ. Якщо примусово охолоджувати трансформатор, переріз джгута можна зменшити.

Слід зазначити, що від якості міжобмотувальної ізоляції трансформаторів залежить не тільки надійність пристрою, а й безпека його експлуатації, оскільки саме вона ізолює вторинні ланцюги від мережі. Тому не слід виконувати її з підручних матеріалів - обгорткового паперу, канцелярського скотчу і т. д. - і тим більше нехтувати їй, як іноді роблять малодосвідчені радіоаматори. Найкраще застосовувати тонку фторопластову стрічку або конденсаторний папір із високовольтних конденсаторів, укладаючи його в 2-3 шари.

Збирають пристрій у металевій коробці відповідних розмірів. Транзистори VT4 і VT5 встановлюють тепловідведення з площею поверхні не менше 100 см2. Діоди VD10, VD11 також забезпечують загальним тепловідведенням з площею поверхні не менше 200 см2. Використовувати як тепловідведення стінки коробки пристрою, а також загальне тепловідведення для діодів і транзисторів не слід з міркувань безпеки експлуатації зарядного пристрою. Розміри тепловідведення можна істотно зменшити, якщо примусово охолоджувати їх вентилятором.

Для налагодження перетворювача будуть потрібні ЛАТР, осцилограф, справна акумуляторна батарея і два вимірювачі - вольтметр і амперметр (до 20 А). Якщо у розпорядженні радіоаматора виявиться трансформатор, що розв'язує 220 В х 220 В потужністю не менше 300 Вт, слід пристрій включити через нього - працювати буде безпечніше.

Спочатку через тимчасовий струмообмежувальний резистор опором 1 Ом потужністю не менше 75 Вт (або автомобільну лампу потужністю 40-60 Вт) підключають до виходу пристрою батарею і переконуються в наявності плюсової напруги 5 на виході Uret (висновок 14) ШІ контролера. Підключають осцилограф до виходів С1 та С2 (висновки 8 та 11) контролера та спостерігають імпульси управління. Двигун резистора R2 встановлюють у крайнє нижнє за схемою положення (мінімальний зарядний струм) і подають від ЛАТР на мережевий вхід пристрою напруга 36.. .48 В. Транзистори VT4 і VT5 не повинні сильно нагріватися. Осцилографом контролюють напругу між емітером та колектором цих транзисторів. За наявності викидів на фронті імпульсів слід застосувати більш швидкодіючі діоди VD14, VD15 або точніше підібрати елементи R17 і С11 демпфуючого ланцюга.

Необхідно мати на увазі, що далеко не всі осцилографи допускають вимірювання в ланцюгах, що гальванічно пов'язані з мережею. Крім цього, пам'ятайте, що частина елементів пристрою знаходиться під напругою мережі - це небезпечно!

Якщо все гаразд, напруга на мережному вході плавно підвищують ЛАТРом до 220 і контролюють роботу транзисторів VT4, VT5 по осцилографу. Вихідний струм при цьому не повинен перевищувати 3 А. Обертаючи двигун резистора R2, переконуються в плавній зміні струму на виході пристрою.

Далі з вихідного кола видаляють тимчасовий струмообмежувальний резистор (або лампу) і підключають батарею безпосередньо до виходу пристрою. Підбирають резистори R4, R6 так, щоб межі зміни зарядного струму регулятором R2 дорівнювали 0,5 і 25 А. Встановлюють максимальну вихідну напругу рівним 15В підбіркою резистора R5.

Ручку регулятора R2 забезпечують шкалою, проградуйованою в значеннях зарядного струму. Можна оснастити пристрій амперметром. Коробка та всі металеві нетоковідні частини зарядного пристрою на час його роботи повинні бути надійно заземлені. Не рекомендується залишати зарядний пристрій на тривалий час без нагляду.

література

Косенко С. VIPER-100А та "кишеньковий" зарядний пристрій на його основі. – Радіо, 2002, № 11, с. 30-32.
Мікросхеми для імпульсних джерел живлення та їх застосування. Довідник - М: ДОДЕКА, 1997.
TL493, TL494, TL495 Pulse-width-modulation control circuits. Data Sheets – Texas Instruments, 1988. ti.com.

Автор: В.Сорокоумов, м.Сергієв Посад

Дивіться інші статті розділу Автомобіль. Акумулятори, зарядні пристрої.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Однокристальна система Semiconductor RSL10 25.02.2017

Компанія ON Semiconductor оголосила про випуск однокристальної системи RSL10, яка підтримує Bluetooth LE 5. За даними виробника RSL10, має найменше енергоспоживання серед усіх подібних виробів. До областей застосування SoC ON Semiconductor RSL10 віднесені пристрої електроніки та інтернету речей, включаючи монітори фізичної активності, розумний годинник і побутові прилади.

До переваг нової SoC виробник відносить можливість живлення від джерел напруги 1,2 і 1,5 В. Необхідна для роботи напруга в діапазоні 1,1-1,3 В формується вбудованими ланцюгами, не вимагаючи зовнішнього перетворювача.

Основою RSL10 служить двоядерний процесор ARM Cortex-M3, доступний користувачам додатків. Він працює на частоті до 48 МГц. Крім того, конфігурацію SoC входить 32-розрядний DSP, продуктивності якого достатньо, наприклад, для реалізації звукових кодеків.

Виробник пропонує повну платформу для розробки, включаючи плату для розробників, програмні інструменти, комплект документації та бібліотеки протоколів Bluetooth та профілів. В даний час доступні зразки RSL10 у виконанні WLCSP (площа 5,5 мм2, 51 висновок). Зразки в корпусах QFN розмірами 6x6 мм із 48 висновками мають з'явитися наприкінці квітня.

Інші цікаві новини:

▪ 8-Гбіт чіп мобільної DRAM-пам'яті LPDDR4

▪ Штучна матка для недоношених дітей

▪ Ультразвук проти діабету

▪ Вплив місячних циклів на сон людини

▪ Корали розсунуть кордони Японії

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Радіоаматор-конструктор. Добірка статей

▪ стаття Стоматологія. Конспект лекцій

▪ стаття Як утворюються перли? Детальна відповідь

▪ стаття Сагова пальма. Легенди, вирощування, способи застосування