Зарядний пристрій із стабілізацією струму. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

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

Зарядний пристрій із стабілізацією струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи

Коментарі до статті

Пропонується до уваги зарядний пристрій (ЗП) зі стабілізацією встановленого зарядного струму для автомобільних акумуляторів струмом до 10 А. Тут також передбачена схема автоматичного відключення зарядного струму при досягненні акумуляторної батареї встановленої напруги. Цей пристрій можна використовувати і як самостійний блок живлення з регульованою вихідною напругою та обмеженням струму навантаження для схем, що не потребують строгих норм до пульсацій напруги.

Робота даного пристрою досить близька за принципом роботи стабілізаторів імпульсних напруги з широтно-імпульсним регулюванням вихідної напруги. В даний час найбільш перспективними є імпульсні блоки живлення (ДБЖ), але для багатьох радіоаматорів їх виготовлення пов'язане з великими труднощами.

У цій схемі була спроба застосувати ідеї ДБЖ, використовуючи тиристорний регулятор потужності. Одночасно вжито заходів щодо досягнення найвищого ККД. З цією метою обрана схема двонапівперіодного випрямляча з середньою точкою вихідної обмотки силового трансформатора, де замість діодів безпосередньо включені тиристори, які поряд з випрямленням струму виконують також функції його регулювання. Для цієї схеми нам знадобляться лише два радіатори для охолодження двох тиристорів, а не чотирьох, як у схемі включенням діодів у міст.

Зарядні струми великі - такий пристрій починає поступово перетворюватися на обігрівальний прилад.

Звичайно, у вторинній обмотці силового трансформатора доведеться намотати вдвічі більше витків, ніж у мостовій схемі випрямлення, зате переріз проводу обмотки вдвічі менше, що при намотуванні трансформатора може бути навіть перевагою.

На малюнку показано схему ЗУ ("земля" показана умовно, і з корпусом вона не повідомляється).

(Натисніть для збільшення)

Схема складається з кількох частин:

1. Силового понижуючого трансформатора Т1 з тиристорами VS1, VS2, фільтра, що згладжує живлення на конденсаторах С1С4 і дроселя L1.

2. Генератора імпульсів, який керує фазою відкривання тиристорів VS1 та VS2. Генератор зібраний за типовою схемою на аналогу одноперехідного транзистора на елементах VT1 і VT2, конденсатора С6, що задає час, і погоджуючого імпульсного трансформатора Т2.

3. Регульованого джерела струму на транзисторах VT3, VT4 і конденсатора С7 з резистором R13, що виконує функції змінного резистора, за допомогою якого регулюють фазу імпульсів, що виробляються генератором.

4. Схеми стеження струму та напруги для управління регульованим джерелом струму на операційних підсилювачах DA1.1 та DA1.2 за схемою компараторів напруги. Сюди можна віднести і шунт амперметра R14.

5. Випрямляча для живлення схем генератора імпульсів і мікросхем, що складається з діодів VD1, VD2, параметричного стабілізатора напруги на діоді VD6 і резистора R11, фільтра, що згладжує живлення на конденсаторах С8, С9, а також джерел опорної напруги для роботи компараторів напруги DA1 на рез -R24.

6. Для підвищення точності відключення повністю зарядженої батареї акумуляторів додатково застосовано вузол, виконаний на мікросхемі DDI та елементах R8R10, VD4, VD5, VD9 та VD10.

Про цей вузл потрібно сказати особливо, його можна не встановлювати. При виготовленні ЗУ для автомобільних акумуляторів, особливо при зарядці великими струмами, при спробах автоматизувати їх зіткнулися з проблемою нестабільності напруги, при якому відбувається їх відключення, причому на стенді все працювало нормально. Провівши спостереження, автор зауважив, що власники ЗУ вельми некоректно підключають їх до акумуляторів, можуть використовувати випадкові провідники (якось бачив підключення проводами понад 10 м). На цих проводах утворюється значне падіння напруги, і пристрій, що стежить за вихідною напругою, починає помилково раніше відключати ЗУ, а іноді і циклічно вмикатися і вимикатися.

Цей чинник можна виключити, враховуючи те, що зарядний струм у ланцюзі протікає пульсуючий, тобто. тоді, коли ЕРС випрямляча перевищує ЕРС акумуляторної батареї, є проміжки часу, коли відсутня зарядний струм, в цей час потрібно проводити контроль вихідної напруги. Цей алгоритм роботи можна здійснити у різний спосіб. Впровадивши цей метод контролю за вихідною напругою, вдалося помітно підвищити точність відключення ЗУ при досягненні акумуляторів батареєю встановленого рівня напруги.

Принцип дії схеми ЗУ У початковий момент при включенні керований джерело струму VT3-VT4 відкриється плюсом через резистор R7, тому затримка фази імпульсів, що виробляються генератором на транзисторах VT1-VT2 мінімальна. Тиристори VS1 і VS2 відкриваються практично відразу з появою напівхвилі синусоїди змінного струму, і потужність, що споживається від трансформатора, максимальна. У міру заряду конденсаторів С1-С4 з'явиться зарядний струм акумулятора, що призведе до падіння напруги на шунті амперметра R14. Ця напруга через резистор R20 подається на інвертуючий вхід компаратора напруги DA1.1, порівнюється зі встановленою зразковою напругою зі змінного резистора R27.

Як тільки падіння напруги на шунті R14 перевищить зразкове, компаратор DA1.1 перемикається і на його виході з'явиться низький рівень (майже "земля"). Цей низький рівень через діод VD7 і резистор R13 подається на базу транзистора VT4, і джерело струму, що керується, починає закриватися, збільшуючи свій опір в ланцюгу конденсатора Сб. Імпульси генератора виробляються пізніше, тиристори VS1-VS2 відкриваються менше, зменшується і споживана потужність. При зменшенні зарядного струму компаратор знову повертається у вихідне положення, не впливаючи на транзистори VT3-VT4. Таким чином здійснюється широтно-імпульсне регулювання струму заряджання.

На компараторі DAI. 1 виконано схему стеження за вихідною напругою. Як тільки воно перевищить встановлене значення (як правило, 14,6), компаратор DA1.2 також перемкнеться і аналогічно, тільки через діод VD8, далі через резистор R13 закриє транзистори VT3-VT4, і генератор імпульсів відключиться, струм заряду припиниться. За рахунок досить широкої петлі гістерези, утвореної резисторами R27, R28, тільки при зниженні напруги на клемах ЗУ до 12,7 В, компаратор знову повернеться у вихідне положення, і ЗУ включиться в роботу. Світлодіод HL2 сигналізує про закінчення заряду.

Як зазначалося вище, тут застосовано новий принцип контролю напруги, що підвищує точність відключення. Напруга контролюється лише у вузькі періоди часу між напівхвилями синусоїди змінного струму, решта часу чутливість компаратора сильно занижена. Вузол виконаний на мікросхемі DDI та допоміжних елементах VD4, VD5, VD9, VD10, R8, R9, R10.

На мікросхемах DD 1.1-DDI.2 виконаний формувач імпульсів, що виділяються з позитивних напівхвиль синусоїди струму, взятих з вторинної обмотки трансформатора Т1 через випрямні діоди VD1-VD2, які через резистор R8 і VD4 стабілітрон подаються на вхід мікросхеми DD1.1. Завдяки стабілітрону VD4, який відсікає частину напруги, а також за рахунок порогових властивостей мікросхеми DDI, на виході DDI .2 будуть імпульси частотою 100 Гц і тривалістю 7...8 мс (тривалість залежить від напруги живлення). На виході мікросхеми DDI .3 будуть проінвертовані імпульси тривалістю 2...3 мс при періоді 10 мс. У ці проміжки часу (2...3 мс) гарантовано відсутня зарядний струм, і подані імпульси з виходів мікросхеми DDI .3 через діод VD10 на компаратора DA1.2, що не інвертує вхід, не впливають. У цьому проміжку часу відбувається контроль вихідної напруги.

У період, коли на виході DDI .3 відсутні імпульси, тобто. є низький рівень, він значно зашунтує вхід контролю напруги, фактично відключаючи компаратор DA1.2. Коли компаратор DA1.2 спрацьовує його низький рівень, поданий на вхід мікросхеми DD 1.3 через діод VD9, забороняє проходження імпульсів через мікросхему DDI .3, на виході її присутній високий рівень, і вплив на компаратор вона не надає. На практиці впровадження такого принципу контролю напруги дозволило досягти дуже точного відключення батареї акумуляторів від ЗП.

Вимоги до деталей, встановлених ЗУ, не критичні, тут можливі різні взаємозаміни транзисторів і діодів. Тиристори краще замінити сучаснішими типу Т-112 і т.п. Дросель L1 встановлений для захисту тиристорів від значних струмів при зарядці конденсаторів C3С4. Дросель виконаний на сердечнику Ш12x25 із зазором 0,1 мм, намотаний проводом ПЕЛ 2,02 до заповнення.

Без конденсаторів фільтра живлення схема контролю над струмом непрацездатна, а наявність їх навіть бажано, т.к. зарядка буде близька до зарядки постійним струмом, що сприятливо позначиться на батареї акумуляторів. Ємності конденсаторів, особливо C3 і С4, можна збільшити, тим самим зменшивши пульсації напруги, які на виході ЗУ при зазначених номіналах С1-С4 становлять 1,5 при струмі навантаження 5 А.

Для генератора імпульсів схема обрана трансформаторним виходом, т.к. багаторічна практика обслуговування різних пристроїв на тиристорах показала хорошу їхню надійність, на відміну від схем з гальванічним зв'язком на керуючі електроди тиристорів. Тут тиристори швидко виходять із ладу навіть у дуже ненавантажених схемах управління потужності. Трансформатор Т2 використаний типовий МІТ-3 (можна ФІТ4), але можна виготовити і самостійно на сердечнику Ш7х6, всі витки намотані дротом ПЕЛ 0,15, кожна обмотка містить по 40 витків.

Схема контролю та встановлення вихідної напруги, зібрана на резисторах R17, R19, R20, обрана такою для зручності монтажу, вони встановлені на панелі поблизу вихідних клем.

Трансформатор силовий Т1 виготовлений із П-подібного заліза шириною 35 мм, товщиною набору 38 мм. Первинна обмотка намотана дротом ПЕЛ 0,7, 890 витків вторинна дротом ПЕЛ-1,7, по 70 витків на напівобмотку.

Шунт для амперметра за його відсутності легко зробити зі шматка сталевої проводки діаметром 1,8...2 мм, довжиною 15... 18 см, свитою спіраллю. Тоді резистором R15 градуюють шкалу вимірювального приладу під струм 10 або іншу обрану шкалу. Так робити простіше та легше, ніж підбирати шунт під прилад. Також під прилад підганяють додатковий опір R16 вимірювання напруги під обрану шкалу приладу.

При необхідності гістерезис компаратора напруги можна усунути, виключивши зі схеми резистор R22, тоді при досягненні встановленої напруги струм зменшиться до струму вмісту батарей акумуляторів, величина якого залежить від типу батареї та її зношеності. Тоді немає особливої необхідності встановлення мікросхеми DD1. В цій якості ЗУ може працювати як окремий блок живлення. Резистором R18 можна регулювати вихідну напругу, а резистором R27 - встановлювати струм обмеження ланцюга живлення.

література:

Інтегральні мікросхеми. Операційні підсилювачі. Том/. - М: Фізматліт, 1993.-240 с.

Автор: Б.Г. Єрофєєв

Дивіться інші статті розділу Зарядні пристрої, акумулятори, гальванічні елементи.

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

Космічна станція у гігантському астероїді 17.02.2019

Це здається сюжетом фантастичного фільму, проте на сьогоднішній день вчені вивчають можливість будівництва космічної станції всередині гігантського астероїда.

Чому ж вчені вважають ідеальним для астроінженерії саме астероїд? Тому що обертання цього небесного тіла може створити достатній ступінь гравітації для ефективного застосування гірничого обладнання. Крім того, на думку вчених, скеляста структура астероїдів здатна захистити космічну станцію від радіації та інших видів небезпек, які чекають на космос.

Цю шалену ідею вважають астрофізики з Віденського університету, що цілком реалізовується, застосували моделі власної розробки до гіпотетичного астероїда розміром 500 х 390 метрів.

Дослідники дійшли висновку, що будівництво космічної станції всередині астероїда цілком здійсненне, а здійснення цієї божевільної ідеї практично залежить від правильного вибору матеріалів і точного визначення розмірів об'єктів. За словами команди вчених, реалізація проекту також залежить від внутрішньої структури небесного тіла.

Розміри астероїдів, запропонованих вченими, збігаються з розмірами ряду відомих небесних тіл, зокрема, 3757 Anagolay, 99942 Apophis та 3361 Orpheus, проте структура цих астероїдів, переважно, невідома.

Самі вчені вважають, що станцію можна побудувати в астероїді з кам'яною структурою і з великим рівнем гравітації.

Інші цікаві новини:

▪ Дощ доведеться фільтрувати

▪ Ракетомобіль Honda S-Dream встановив рекорд швидкості

▪ Високострумові SMD запобіжники Bourns SF-2923

▪ Процесори Intel Core Skylake

▪ Липень-2019 - найспекотніший місяць в історії метеоспостережень

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Музиканту. Добірка статей

▪ стаття Громадянське право. Частини I, III та IV. Шпаргалка

▪ статья Яке популярне уявлення про екіпірування вікінгів є міфом? Детальна відповідь

▪ стаття Кабельник-спайщик. Типова інструкція з охорони праці