Автоматическое устройство для зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов Добавление петли гистерезиса ограничения тока
Когда требуется зарядить свинцовый аккумулятор средних и малых размеров (не автомобильный), то чаще всего берут обычный блок питания или простой трансформатор с выпрямителем, после чего подключают к нему АКБ часов на 10, подобрав ток 0,1С. Это конечно колхоз. В более-менее приличных устройствах, где начинка "на уровне", требуется схема ЗУ со всеми системами слежения и автоматического управления зарядом. Для этого и предназначена данная схема зарядного устройство на основе чипа BQ24450 от Тексас инструментс. Эта микросхема берет на себя все функции по зарядке аккумулятора и поддержанию стабильности процесса, независимо от условий и состояния АКБ. А широкий диапазон зарядных токов и напряжений делает её подходящей для батарей аварийного освещения, радиоуправляемых автомобилей, мотоциклов, лодок или любого другого транспортного средства с 6 - 12 В батареей - просто подключите это зарядное устройство к аккумулятору и всё.
Характеристики микросхемы BQ24450
- Вход 10-40 В постоянного тока
- Ток нагрузки (заряда) 0,025-1 А
- С внешним транзистором - до 15 А
- Регулировка напряжения и тока во время зарядки
- Температурно-компенсированный источник опорного напряжения
Микросхема BQ24450 содержит все необходимые элементы для оптимального контроля зарядки свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Она контролирует зарядный ток, а также напряжение зарядки, чтобы безопасно и эффективно заряжать батарею, увеличивая эффективную ёмкость батареи и срок службы. Встроенный прецизионный источник опорного напряжения с температурной компенсацией для отслеживания характеристик свинцово-кислотных ячеек поддерживает оптимальное напряжение зарядки в расширенном температурном диапазоне без использования каких-либо внешних компонентов.
Низкий ток потребления микросхемы позволяет точно контролировать процесс благодаря малому саморазогреву. Имеются компараторы, которые отслеживают напряжение зарядки и ток. Эти компараторы питаются от внутреннего источника, что положительно сказывается на стабильности цикла зарядки.
СХЕМЫ ЗАРЯДНЫХ УСТРОЙСТВ
ДЛЯ (герметичных, необслуживаемых) АККУМУЛЯТОРОВ.
АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ ТЕХНОЛОГИИ AGM
(Absorbent Glass Mat) - отличие этих батарей от
классических в том, что в них содержится не жидкий, а абсорбированный
электролит, это даёт ряд изменений в свойствах аккумулятора.
Герметичные,
необслуживаемые аккумуляторы, производимые с использованием технологии
AGM, прекрасно работают в буферном режиме, т.е. в режиме подзарядки, в
таком режиме они служат до 10-15 лет (АКБ-12V). Если же их использовать
в циклическом режиме (т.е. постоянно заряжать-разряжать хотя бы на
30%-40% от емкости), то их срок службы сокращается. Почти все
герметичные аккумуляторы могут устанавливаться на боку, однако
производитель обычно рекомендует устанавливать батареи в "нормальной",
вертикальной позиции.
AGM батареи общего назначения обычно
используются в недорогих UPS (бесперебойниках), и резервных системах
электроснабжения, то есть там, где батареи в основном находятся в
режиме подзарядки, а иногда, во время перебоев в электроснабжении,
отдают запасенную энергию.
AGM аккумуляторы обычно имеют максимальный разрешенный ток заряда 0,3С, и конечное напряжение заряда 14,8-15V.
Недостатки:
Не должны храниться в разряженном состоянии, напряжение не должно упасть ниже 1,8V;
Крайне чувствительны к превышению напряжения заряда;
Аккумуляторы, изготовленные по этой технологии, часто путают с аккумуляторами, изготовленными по технологии GEL (у которых электролит желеобразный, которые имеют ряд преимуществ).
АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ ТЕХНОЛОГИИ GEL
(Gel Electrolite) – содержат электролит, загущенный в
желеобразное состояние, этот гель не дает электролиту улетучиваться,
пары кислорода и водорода удерживаются внутри геля, реагируют и
превращаются в воду, которая впитывается гелем. Почти все испарения,
таким образом, возвращаются обратно в аккумулятор, и это называется
рекомбинацией газа. Такая технология позволяет использовать постоянное
количество электролита без добавки воды на весь срок службы
аккумуляторной батареи, а его повышенное сопротивление разрядным токам
не даёт образовываться «вредным» неразрушаемым сульфатам свинца.
Гелевые
аккумуляторы имеют примерно на 10-30% больший срок службы, чем AGM
аккумуляторы и лучше выдерживают циклические режимы заряда-разряда,
также, они менее болезненно переносят глубокий разряд. Такие
аккумуляторы рекомендуется применять там, где требуется обеспечить
долгий срок службы при более глубоких режимах разряда.
За счёт
своих характеристик гелевые аккумуляторы могут долго находиться
разряженными, имеют низкий саморазряд, их можно эксплуатировать в жилом
помещении и почти в любом положении.
Чаще всего такие аккумуляторы
на напряжение 6V или 12V используют в блоках резервного питания
компьютеров (UPS), охранных и измерительных системах, фонарях и других
приборах, требующих автономного питания. К недостаткам можно отнести необходимость строгого соблюдения режимов заряда.
Как
правило при зарядке таких аккумуляторов ток заряда устанавливают на
уровне 0,1С, где С - это ёмкость аккумулятора, причем, зарядный ток
ограничивают а напряжение стабилизируют и устанавливают в пределах
14-15 вольт. В процессе заряда напряжение остается практически
неизменным, а ток уменьшаться от установленного, до значения 20-30мА в
конце заряда. Подобные
аккумуляторные батареи выпускаются многими производителями, и их
параметры могут отличаться и, прежде всего, по максимально допустимому
зарядному току, поэтому перед использованием желательно изучить
документацию конкретного экземпляра АКБ.
Для заряда батарей изготовленных по технологии GEL и AGM, необходимо использовать специальное зарядное устройство с соответствующими параметрами заряда, отличными от заряда классических аккумуляторов с жидким электролитом.
Далее предлагается подборка различных схем для заряда таких аккумуляторных батарей и если принять за правило заряжать АКБ зарядным током около 0,1 от его емкости, то можно сказать, что предлагаемыми зарядными устройствами можно заряжать аккумуляторы практически любых производителей.
Рис.1 Фото аккумулятора 12V (7.2А/ч).
Схема
зарядного устройства на
микросхеме L200C
представляющей собой стабилизатор напряжения с
программируемым ограничителем выходного тока. 
Рис.2 Схема зарядного устройства.
Мощность резисторов R3-R7 задающих ток заряда должна быть не меньше указанной на схеме, а лучше больше.
Микросхему, надо установить на радиатор, причем, чем легче будет её тепловой режим, тем лучше.
Резистор R2 нужен для подстройки выходного напряжения в пределах 14-15 вольт.
Напряжение на вторичной обмотке трансформатора 15-16 вольт.
Все работает так – в начале заряда ток большой, а к концу опускается до минимального, как правило, производители для сохранения ёмкости АКБ рекомендует как раз такой, незначительный ток в течение длительного времени.
Рис.3 Плата готового устройства.
Схема зарядного устройства, основу которого составляют интегральные
стабилизаторы напряжения КР142ЕН22
, использует "заряд постоянным
напряжением с ограничением тока” и рассчитана на зарядку различных
типов аккумуляторных батарей. 
Работает схема так:
сначала на разряженный аккумулятор подается номинальный ток, а потом по
мере зарядки напряжение на АКБ растет, а ток остается неизменным, при
достижении установленного порога напряжения, его дальнейший рост
прекращается, а ток начинает снижаться.
К моменту окончания
зарядки, зарядный ток равен току саморазряда, в таком состоянии АКБ
может находиться в зарядном устройстве сколько угодно долго без
перезаряда.
Зарядное устройство создано как универсальное и предназначено для зарядки 6 и 12-вольтовых аккумуляторов наиболее распространенных емкостей. В устройстве использованы интегральные стабилизаторы КР142ЕН22, главное достоинство которых заключается в низкой разности напряжений вход/выход (для КР142ЕН22 это напряжение равно 1,1V).
Функционально устройство можно разделить на
две части, узел ограничения максимального тока (DA1.R1-R6) и
стабилизатор напряжения (DA2, R7-R9). Обе эти части выполнены по
типовым схемам.
Переключателем SB1 выбирают максимальный зарядный ток, а переключателем SB2 конечное напряжение на АКБ.
При этом, при зарядке 6V АКБ секция SB2. 1 переключает вторичную обмотку трансформатора, снижая напряжение.
Для
уменьшения времени заряда величина начального зарядного тока может
достигать 0.25С, (некоторые производители АКБ допускают максимальный
зарядный ток до 0,4С).
Детали:
Так как устройство
рассчитано на длительную непрерывную работу, то на мощности
токозадающих резисторов R1- R6, экономить не следует, и вообще все
элементы желательно выбирать с запасом. Помимо увеличения надежности,
это позволит улучшить тепловой режим всего устройства.
Подстроечные резисторы желательно взять многооборотные СП5-2, СП5-3 или их аналоги.
Конденсаторы:
С1 - К50-16, К50-35 или импортный аналог, С2, СЗ можно применить
металлопленочные типа К73 или, керамические К10-17, КМ-6. Импортные
диоды 1N5400 (3А, 50V), при наличии в корпусе свободного места,
желательно заменить отечественными в металлических корпусах типа Д231,
Д242, КД203 и т. п.
Эти диоды довольно хорошо рассеивают тепло своими корпусами, и при работе в данном устройстве их нагрев практически незаметен.
Понижающий
трансформатор должен обеспечивать максимальный зарядный ток длительное
время без перегрева. Напряжение на обмотке II составляет 12V (заряд
6-вольтовых АКБ). Напряжение на обмотке III, включаемой последовательно
с обмоткой II при заряде 12-вольтовых АКБ - 8V.
При отсутствии
микросхем КР142ЕН22 можно установить КР142ЕН12, но при этом надо
учесть, что выходные напряжения на вторичных обмотках трансформатора
придется увеличить на 5V. Кроме того, придется установить диоды,
защищающие микросхемы от обратных токов.
Налаживание устройства следует начать с установки резисторами R7 и R8 необходимых напряжений на выходных клеммах устройства без подключения нагрузки. Резистором R7 устанавливается напряжение в пределах 14,5…14,9V для заряда 12-вольтовых батарей, и R8-7,25…7,45V для 6-вольтовых. Затем, подключив нагрузочный резистор сопротивлением 4,7 Ом и мощностью не менее 10W в режиме заряда 6-вольтовых батарей, проверяют по амперметру выходной ток при всех положениях переключателя SB1.
ВАРИАНТ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЗАРЯДА АКБ12V-7.2AH,
схема
такая же, как предыдущая, только из неё исключены переключатели SB1,
SB2 с дополнительными резисторами и применен трансформатор без отводов
. 
Настраиваем так
же, как описано выше: Сначала резистором R3 без подключения нагрузки
устанавливают напряжение на выходе в пределах 14,5...14,9V, а затем при
подключенной нагрузке, подбором резистора R2, выставляют выходной ток,
равный 0,7… 0,8А.
Для других типов АКБ понадобиться подбирать
резисторы R2, R3 и трансформатор в соответствии с напряжением и
емкостью заряжаемого аккумулятора.
Параметры зарядки следует
выбирать исходя из условия I = 0,1С, где С – емкость аккумулятора, и
напряжение 14,5…14,9V (для 12-вольтовых АКБ).
При работе с этими устройствами сначала устанавливают необходимые величины зарядного тока и напряжения, затем подключают АКБ и устройство включают в сеть. В некоторых случаях возможность выбора зарядного тока позволяет ускорить заряд, установив ток более 0.1С. Так, например АКБ емкостью 7,2А/ч можно заряжать током 1,5А не превышая при этом максимально допустимый зарядный ток 0,25С.
Интегральный стабилизатор напряжения КР142ЕН12 (LM317)
позволяет создать простой источник стабильного тока,
микросхема
в таком включении, представляет собой стабилизатор тока и не зависимо
от подключённого аккумулятора выдает только расчётный ток - напряжение
устанавливается "автоматически".
Достоинства предложенного устройства.
Не
боится коротких замыканий; неважно количество элементов в заряжаемом
аккумуляторе и их тип – можно заряжать и кислотный герметичный 12,6V и
литиевый 3,6V и щелочной 7,2V. Переключатель тока следует включать так,
как показано на схеме – чтобы при любых манипуляциях резистор R1
оставался подключенным.
Зарядный ток рассчитывается так: I (в
амперах) = 1,2V/R1 (в Омах). Для индикации тока использован транзистор
(германиевый), позволяющий визуально наблюдать токи до 50 мА.
Максимальное
напряжение заряжаемого аккумулятора должно быть меньше, чем напряжение
питания (зарядки), на 4V; в случае заряда максимальным током 1А,
микросхему 142ЕН12 следует установить на радиатор, рассеивающий не менее 20W.
Зарядный
ток 0,1 от емкости подходит для любых видов аккумуляторов. Чтобы
полностью зарядить аккумулятор, ему надо дать 120% номинального заряда,
но перед этим он должен быть полностью разряжен. Следовательно, время
зарядки в рекомендованном режиме – 12 часов.
Детали:
Диод
D1 и предохранитель F2 защищают ЗУ от неправильного включения
аккумулятора. Емкость С1 выбирается из соотношения: на 1 Ампер надо
2000 мкФ.
Выпрямительный мост - на ток не менее 1А и напряжение
более 50V. Транзистор – германиевый из-за малого открывающего
напряжения Б-Э. Номиналами резисторов R3-R6 определяется ток.
Микросхема КР142ЕН12 заменима на любые аналоги, выдерживающие заданный
ток. Мощность трансформатора - не менее 20W.
ПРОСТОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА LM317
, схема как в описании (Datasheet), добавляем только некоторые элементы, и получаем зарядное устройство.
Диод
VD1 добавлен для того что бы заряжаемый АКБ ни разряжался в случае
потери сетевого питания, еще добавлен переключатель напряжения. Ток
заряда выставлен в районе 0,4А, транзистор VT1- 2N2222 можно заменить
КТ3102, переключатель S1 любой на два положения, трансформатор 15V,
диодный мост на 1N4007
Ток заряда выставляется (1/10 от емкости АКБ) с помощью резистора R7, рассчитываемый по формуле R=0.6/I зар.
На этом примере это R7=0.6/0.4=1.5Ом. Мощность 2 W.
Настройка.
Подключаем
в сеть, выставляем нужные напряжения, для АКБ-6V напряжение заряда
7.2V-7.5V, для АКБ-12V – 14,4-15V, выставляется резисторами R3, R5
соответственно.
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С АВТОМАТИЧЕСКИМ ОТКЛЮЧЕНИЕМ
для зарядки 6V герметичной свинцовой батареи, с
минимальными изменениями можно применить и для зарядки других типов
аккумуляторных батарей, с любым напряжением, для которых условием
окончания заряда является достижение определённого уровня напряжения.
В
данном устройстве заряд батареи прекращается при достижении напряжения
на клеммах 7.3V. Заряд ведётся не стабилизированным током, ограниченным
на уровне 0,1С резистором R5. Уровень напряжения, при котором
устройство прекратит заряд, задаётся стабилитроном VD1 с точностью до
десятых долей вольта.
Основой схемы является операционный
усилитель (ОУ), включённый как компаратор, и подключённый инвертирующим
входом к источнику образцового напряжения (R1-VD1), а не инвертирующим
к АКБ. Как только напряжение на АКБ превысит образцовое напряжение,
компаратор переключится в единичное состояние, транзистор Т1 откроется
и реле К1 отключит АКБ от источника напряжения, одновременно подаст
положительное напряжение на базу транзистора T1. Таким образом Т1
окажется открытым и его состояние уже не будет зависеть от уровня
напряжения на выходе компаратора. Сам компаратор охвачен положительной
обратной связью (R2), что создаёт гистерезис и приводит к резкому,
скачкообразному переключению выхода и открыванию транзистора. Благодаря
этому схема избавлена от недостатка подобных устройств с механическим
реле, при котором реле издаёт неприятный дребезжащий звук из-за того,
что контакты балансируют на границе переключения, но включение ещё не
происходит. В случае отключения сетевого напряжения устройство
возобновит работу, как только оно появится и не допустит перезаряда АКБ.
Устройство,
собранное из исправных деталей начинает работать сразу, и в настройке
не нуждается. Операционный усилитель, указанный на схеме, может
работать в диапазоне питающих напряжений от 3-х до 30 вольт. Напряжение
отключения зависит только от параметров стабилитрона. При подключении
аккумулятора с другим напряжением, например 12V, стабилитрон VD1
необходимо подобрать по напряжению стабилизации, (на напряжение
заряженной АКБ - 14,4…15V).
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВИНЦОВО КИСЛОТНЫХ ГЕРМЕТИЧНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ.
Стабилизатор
тока содержит всего три детали: интегральный стабилизатор напряжения
DA1 типа КР142ЕН5А (7805), светодиод HL1 и резистор R1.
Светодиод, кроме работы в стабилизаторе тока, выполняет также функцию
индикатора режима заряда аккумулятора. Заряд аккумулятора производится
постоянным током.
Переменное напряжение с трансформатора Тр1 поступает на диодный мостик VD1, стабилизатор тока (DA1, R1, VD2).
Настройка
схемы сводится к регулировке тока заряда аккумулятора. Зарядный ток (в
амперах) обычно выбирают в десять раз меньше численного значения
емкости аккумулятора (в ампер-часах).
Для настройки вместо
аккумулятора нужно подключить амперметр на ток 2…5А и подбором
резистора R1 установить по нему нужный ток заряда.
Микросхема DA1 нужно установить на радиатор.
Резистор R1 состоит из двух последовательно соединенных проволочных резисторов мощностью 12W.
ДВУХРЕЖИМНОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО.
Предлагаемая
схема зарядного устройства для аккумуляторных батарей напряжением 6V,
объединяет в себе достоинства двух основных типов зарядных устройств:
постоянного напряжения и постоянного тока, каждое из которых имеет свои
преимущества.
Основу схемы составляет регулятор напряжения на LM317T и управляемый стабилитрон TL431.
В
режиме постоянного тока резистор R3 устанавливает ток 370 мА, диод D4
предотвращает разряд батареи через LМ317Т при исчезновении сетевого
напряжения, резистор R4 обеспечивает отпирание транзистора VT1 при
подаче напряжения сети.
Управляемый стабилитрон TL431, резисторы
R7, R8 и потенциометр R6 формируют цепь, определяющую заряд батареи до
заданного напряжения. Светодиод VD2 - индикатор сети, светодиод VD3
загорается в режиме постоянного напряжения.
ПРОСТОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО
, предназначено для зарядки
аккумуляторных батарей напряжением 12 вольт, рассчитано на непрерывную
круглосуточную работу с питанием от сети напряжением 220V, заряд
осуществляется малым импульсным током (0.1-0.15 А).
При
правильном подключении аккумулятора должен загореться зеленый индикатор
устройства. Отсутствие свечения зеленого светодиода говорит о полном
заряде аккумуляторной батареи или об обрыве линии. При этом загорается
красный индикатор устройства (светодиод).
В устройстве предусмотрена защита от:
Короткого замыкания в линии;
Короткого замыкания в самом аккумуляторе.
Неправильного подключения полярности аккумулятора;
Наладка
заключается в подборе сопротивлений R2(1.8к) и R4(1.2к) до исчезновения
свечения зеленого светодиода, при напряжении на аккумуляторе 14,4V.
ЗАРЯДНОЕ
УСТРОЙСТВО
обеспечивает стабилизированный ток нагрузки и предназначено
для зарядки мотоциклетных аккумуляторных батарей с номинальным
напряжением 6-7V. Ток заряда плавно регулируется в пределах 0-2А,
переменным резистором R1.
Стабилизатор собран на составном
транзисторе VT1, VT2, стабилитрон VD5 фиксирует напряжение между базой
и эмиттером составного транзистора, в результате чего транзистор VT1,
соединенный последовательно с нагрузкой, поддерживает практически
постоянный ток заряда, независимо от изменения ЭДС батареи в процессе
заряда.
Устройство представляет собой генератор тока с
большим внутренним сопротивлением, поэтому оно не боится коротких
замыканий, с резистора R4 снимается напряжение обратной связи по току,
ограничивающее ток через транзистор VT1 при коротком замыкании в цепи
нагрузки.
ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С УПРАВЛЕНИЕМ ЗАРЯДНЫМ ТОКОМ
на основе титисторного фазоимпульсного регулятора мощности, не содержит
дефицитных деталей, и при заведомо исправных элементах не требует
наладки.
Зарядный ток по форме близок к импульсному, который, как считается, способствует продлению срока службы батареи.
Недостаток
устройства - колебания зарядного тока при нестабильном напряжении
электроосветительной сети, и как все подобные тиристорные
фазоимпульсные регуляторы, устройство создает помехи радиоприему. Для
борьбы с ними следует предусмотреть сетевой LC-фильтр, аналогичный тем,
которые применяют в сетевых импульсных блоках питания.
Схема
представляет собой традиционный тиристорный регулятор мощности с
фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего
трансформатора через диодный мост VD1-VD4. Узел управления тиристором
выполнен на аналоге однопереходного транзистора VT1,VT2. Время, в
течение которого конденсатор С2 заряжается до переключения
однопереходного транзистора, можно регулировать переменным резистором
R1. При крайнем правом по схеме положении его движка зарядный ток будет
максимальным и наоборот. Диод VD5 защищает управляющую цепь от
обратного напряжения, возникающего при включении тиристора VS1.
Детали
устройства кроме трансформатора, диодов выпрямителя, переменного
резистора, предохранителя и тиристора, размещены на печатной плате.
Конденсатор
С1-К73-11 емкостью от 0,47 до 1 мкФ или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Диоды VD1-VD4 любые на прямой ток 10А и обратное напряжение не менее
50V. Вместо тиристора КУ202В подойдут КУ202Г-КУ202Е, будут нормально
работать и мощные Т-160, Т-250.
Транзистор КТ361А заменим на
КТ361В КТ361Е, КТ3107А КТ502В КТ502Г КТ501Ж, а КТ315А на КТ315Б-КТ315Д
КТ312Б КТ3102А КТ503В-КТ503Г. Вместо КД105Б подойдут КД105В КД105Г или
Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 - СГМ, СПЗ-30а или СПО-1.
Сетевой понижающий трансформатор необходимой мощности с напряжением вторичной обмотки от 18 до 22V.
Если
напряжение у трансформатора на вторичной обмотке более 18V резистор R5
следует заменить другим большего сопротивления (при 24-26V до 200 Ом).
В случае, когда вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от
середины или две одинаковые обмотки, то выпрямитель лучше выполнить на
двух диодах по стандартной двуполупериодиой схеме.
При напряжении
вторичной обмотки 28...36V можно вообще отказаться от выпрямителя - его
роль будет одновременно выполнять тиристор VS1 (выпрямление -
однополупериодное). Для такого варианта необходимо между выводом 2
платы и плюсовым проводом включить разделительный диод КД105Б или Д226
с любым буквенным индексом (катодом к плате).
В этом случае в
качестве тиристора можно использовать только те, которые допускают
работу с обратным напряжением, например, КУ202Е.
ЗАЩИТА АККУМУЛЯТОРА ОТ ГЛУБОКОГО РАЗРЯДА.
Такое устройство
при уменьшении напряжения на АКБ до минимально допустимого значения,
автоматически отключает нагрузку. Устройства можно использовать там,
где используются аккумуляторные батареи, и где отсутствует постоянный
контроль состояния АКБ, то есть там, где важно обеспечить
предотвращение процессов, связанных с их глубоким разрядом.
Немного измененная схема первоисточника:
Имеющиеся в схеме сервисные функции:
1. При снижении напряжения до 10,4V происходит полное отключение нагрузки и схемы контроля от аккумулятора.
2. Напряжения срабатывания компаратора можно регулировать для конкретного типа аккумулятора.
3. После аварийного отключения повторное включение возможно при напряжении выше 11V, нажатием на кнопку "ON".
4. Если есть необходимость отключить нагрузку вручную, достаточно нажать кнопку "OFF".
5.
В случае не соблюдения полярности при подключении к аккумулятору
(переполюсовки), устройство контроля и подключенная нагрузка не
включаются.
В качестве подстроечного резистора допускается использование резисторов любого номинала от 10 кОм до 100 кОм.
В схеме используется операционный усилитель LM358N, отечественным аналогом которого является КР1040УД1.
Стабилизатор напряжения 78L05 на напряжение 5V, можно заменить любым аналогичным, например, КР142ЕН5А.
Реле JZC-20F на 10А 12V, возможно применение других аналогичных реле.
Транзистор КТ817 можно заменить на КТ815 или другой аналогичный соответствующей проводимости.
Диод можно использовать любой маломощный, способный выдержать ток обмотки реле.
Кнопки без фиксации разных цветов, зеленая на включение, красная - на отключение.
Наладка заключается в установке нужного порога напряжения отключения реле, собранное без ошибок и из исправных деталей устройство начинает работать сразу.
СЛЕДУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО для защиты 12v
аккумуляторов емкостью до 7.5А/Ч от глубокого разряда и короткого
замыкания с автоматическим отключением его выхода от нагрузки.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Напряжение на аккумуляторе, при котором происходит отключение - 10± 0.5V.
Ток, потребляемый устройством от аккумулятора во включенном состоянии, не более - 1мА
Ток, потребляемый устройством от аккумулятора в выключенном состоянии, не более - 10мкА
Максимально допустимый постоянный ток через устройство - 5А.
Максимально допустимый кратковременный (5 сек) ток через устройство - 10А
Время выключения при коротком замыкании на выходе устройства, не более - 100 мкс
ПОРЯДОК РАБОТЫ УСТРОЙСТВА
Подключите устройство между аккумулятором и нагрузкой в следующей последовательности:
- подключите клеммы на проводах, соблюдая полярность (красный провод +), к аккумулятору,
- подключите к устройству, соблюдая полярность (плюсовая клемма помечена значком +), клеммы нагрузки.
Для
того чтобы на выходе устройства появилось напряжение нужно
кратковременно замкнуть минусовой выход на минусовой вход. Если
нагрузку кроме аккумулятора питает другой источник, то этого делать не
надо.
УСТРОЙСТВО РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ;
При
переходе на питание от аккумулятора, нагрузка разряжает его до
напряжения срабатывания устройства защиты (10± 0.5V). При достижении
этой величины, устройство отключает аккумулятор от нагрузки,
предотвращая дальнейший его разряд. Включение устройства произойдет
автоматически при подаче со стороны нагрузки напряжения для заряда
аккумулятора.
При коротком замыкании в нагрузке устройство также
отключает аккумулятор от нагрузки, Включение его произойдет
автоматически, если со стороны нагрузки подать напряжение больше 9,5V.
Если такого напряжения нет, то надо кратковременно перемкнуть выходную
минусовую клемму устройства и минус аккумулятора. Резисторами R3 и R4
устанавливается порог срабатывания.
1. ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ В ФОРМАТЕ LAY (Sprint Layout) - Рассказать в:
Необходимость зарядного устройства для свинцово -кислотных аккумуляторных батарей возникла давно. Первое зарядное было сделано еще для автомобильного аккумулятора на 55А.Ч. Со временем в хозяйстве появились необслуживаемые гелиевые батареи различных номиналов, тоже нуждающиеся в зарядке. Городить для каждой батареи отдельное зарядное устройство, по крайней мере, неразумно. Поэтому пришлось взять в руки карандаш, проштудировать доступную литературу, в основном журнал "Радио", и совместно с товарищами родить концепцию универсального автоматического зарядного устройства (УАЗУ) для 12-ти вольтовых аккумуляторов от 7АЧ до 60АЧ. Получившуюся конструкцию выношу на ваш суд. Сделано в железе более 10 шт. с различными вариациями. Все устройства работают без нареканий. Схема легко повторяется с минимальными настройками.
За основу сразу был взят блок питания от старого ПК формата АТ, поскольку обладает целым комплексом положительных качеств: малые размеры и вес, хорошая стабилизация, мощность с большим запасом, ну и самое главное уже готовая силовая часть, к которой осталось прикрутить блок управления. Идею БУ подсказал С. Голов в своей статье "Автоматическое зарядное устройство для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи", журнал "Радио" №12 2004г., спасибо ему отдельное.
Коротко повторю алгоритм зарядки батареи. Весь процесс состоит из трех этапов. На первом этапе, когда батарея полностью или частично разряжена, допустимо проводить зарядку большим током, достигающим 0,1:.0,2С, где С - емкость аккумулятора в ампер-часах. Зарядный ток должен быть ограничен сверху указанным значением или стабилизирован. По мере накопления заряда растет напряжение на клеммах батареи. Это напряжение контролируем. По достижению уровня 14,4 - 14,6 вольта первый этап завершен. На втором этапе необходимо поддерживать постоянным достигнутое напряжение и контролировать зарядный ток, который будет снижаться. Когда ток заряда упадет до 0,02С, батарея наберет заряд не менее 80%, переходим к третьему этапу заключительному. Уменьшаем напряжение заряда до 13,8 в. и поддерживаем его на этом уровне. Ток заряда постепенно снизится до 0,002:.0,001С и стабилизируется на этом значении. Такой ток для батареи не опасен, в этом режиме батарея может находиться долго, без вреда для себя и всегда готова к применению.
Теперь собственно поговорим о том как это все сделано. БП от компьютера был выбран из соображения наибольшего распространения схемного решения, т.е. узел управления выполнен на микросхеме TL494 и ее аналогах (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4) и слегка переделан:
Демонтированы схемы выходных напряжений 5в, -5в, -12в, отпаяны резисторы обратной связи по 5 и 12в, отключена схема защиты от перенапряжения. На фрагменте схемы отмечено крестиком места разрыва цепей. Оставлена только выходная часть 12в, можно еще заменить диодную сборку в цепи 12в на сборку снятую с 5-ти вольтовой цепи, она помощней, хотя не обязательно. Убраны все лишние провода, оставили только по 4 провода черного и желтого цвета длинной сантиметров по10, выход силовой части. К 1-й ноге микросхемы припаиваем проводок длинной 10 см это будет управление. На этом доработка закончена.
В блоке управления дополнительно, по просьбам многочисленных желающих иметь такую штуку, реализован режим тренировки и схема защиты от переполюсовки батареи для особо невнимательных. И так БУ:
Основные узлы:
параметрический стабилизатор опорного напряжения 14,6в VD6-VD11, R21
Блок компараторов и индикаторов, реализующих три этапа зарядки батареи DA1.2, VD2 первый этап, DA1.3, VD5 второй, DA1.4, VD3 третий.
Стабилизатор VD1, R1, C1 и делители R4, R8, R5, R9, R6, R7 формирующие опорное напряжение компараторов. Переключатель SA1 и резисторы обеспечивают изменение режима зарядки для различных аккумуляторов.
Блок тренировки DD К561ЛЕ5, VT3, VT4, VT5, VT1, DA1.1.
Защита VS1, DA5, VD13.
Как это работает.
Предположим что мы заряжаем автомобильный аккумулятор 55АЧ. Компараторы отслеживают падение напряжения на резисторе R31. На первом этапе схема работает как стабилизатор тока, при включении ток заряда будет около 5А, горят все 3 светодиода. DA1.2 будет держать ток заряда пока напряжение на батарее не достигнет 14,6в., DA1.2 закроется, погаснет VD2 красный. Начался второй этап.
На этом этапе напряжение 14,6в на батарее поддерживается стабилизаторомVD6-VD11, R21, т.е. ЗУ работает в режиме стабилизации напряжения. По мере увеличения заряда батареи, ток падает и как только он опустится до 0,02С, сработает DA1.3. Погаснет желтый VD5 и откроется транзистор VT2. Шунтируются VD6, VD7, напряжение стабилизации скачком снижается до 13,8 в. Перешли к третьему этапу.
Дальше идет дозаряд батареи очень маленьким током. Поскольку к этому моменту батарея набрала примерно 95-97% заряда, ток снижается постепенно до 0,002С и стабилизируется. На хороших батареях может снизится до 0,001С. На этот порог и настроен DA1.4. Светодиод VD3 может погаснуть, хотя на практике он продолжает слабо светить. На этом процесс можно считать завершенным и использовать аккумулятор по назначению.
Режим тренировка. При длительном хранении аккумулятора, его периодически рекомендуется тренировать, так как это может продлить жизнь старых батарей. Поскольку аккумулятор штука весьма инерционная, заряд-разряд должны длиться по несколько секунд. В литературе встречаются устройства которые тренируют батареи с частотой 50ГЦ, что печально сказывается на ее здоровье. Ток разряда составляет примерно десятую часть тока заряда. На схеме переключатель SA2 показан в положении тренировка, SA2.1 разомкнут SA2.2 замкнут. Включена схема разряда VT3, VT4, VT5, R24, SA2.2, R31 и взведен триггер DA1.1, VT1. На элементах DD1.1 и DD1.2 микросхемы К561ЛЕ5 собран мультивибратор. Он выдает меандр с периодом 10-12 секунд. Триггер взведен, элемент DD1.3 открыт, импульсы с мультивибратора открывают и закрывают транзисторы VT4 и VT3. Транзистор VT3 в открытом состоянии шунтирует диоды VD6-VD8 блокируя зарядку. Ток разряда батареи идет через R24, VT4, SA2.2, R31. Батарея 5-6 секунд получает заряд и такое же время разряжается малым током. Этот процесс длится первый и второй этап зарядки, затем срабатывает триггер, закрывается DD1.3, закрываются VT4 и VT3. Третий этап проходит в обычном режиме. В дополнительной индикации режима тренировки нет необходимости, поскольку мигают светодиоды VD2, VD3 и VD5. После первого этапа мигают VD3 и VD5. На третьем этапе VD5 светит не мигая. В режиме тренировки заряд батареи длится почти в 2 раза дольше.
Защита. В первых конструкциях вместо тиристора стоял диод, который защищал ЗУ от обратного тока. Работает очень просто, при правильном включении оптрон открывает тиристор, можно включать зарядку. При неправильном, загорается светодиод VD13, меняй местами клеммы. Между анодом и катодом тиристора нужно припаять неполярный конденсатор 50 мкф 50 вольт или 2 встречно спаянных электролита 100мкф 50в.
Конструкция и детали. ЗУ собрано в корпусе БП от компьютера. БУ изготовлен по лазерно-утюжной технологии. Рисунок печатной платы прилагается в архивном файле, выполнен в SL4. Резисторы МЛТ-025, резистор R31 - кусок медного провода. Измерительную головку РА1 можно и не ставить. Просто валялась и ее приспособили. Поэтому значения R30 и R33 зависят от миллиамперметра. Тиристор КУ202 в пластмассовом исполнении. Собственно исполнение видно на прилагаемых фото. Разъем и кабель для подключения питания монитора использовали для включения батареи. Переключатель выбора тока зарядки малогабаритный на 11 положений, резисторы припаяны к нему. Если ЗУ будет заряжать только автомобильные аккумуляторы переключатель можно не ставить, впаяв просто перемычку. DA1 - LM339. Диоды КД521 или аналогичные. Оптрон PC817 можно поставить другой с транзисторной исполнительной частью. Платка БУ прикручена к алюминиевой пластине толщиной 4 мм. Она служит радиатором для тиристора и КТ829, на ней же в отверстия вставлены светодиоды. Получившийся блок прикручен к передней стенке БП. ЗУ не греется, поэтому вентилятор подключен к БП через стабилизатор КР140ен8б, напряжение ограничено до 9в. Вентилятор вращается помедленней и практически его не слышно.
Регулировка.
Первоначально устанавливаем вместо тиристора VS1 мощный диод, не впаивая VD4 и R20, подбираем стабилитроны VD8-VD10 так чтобы напряжение на выходе, без нагрузки, было 14,6вольта. Далее запаиваем VD4 и R20 и подбором R8, R9, R6 выставить пороги срабатывания компараторов. Вместо батареи подключаем проволочный переменный резистор 10 Ом, устанавливаем ток 5 ампер, впаиваем переменный резистор вместо R8, крутим его при напряжении 14,6в должен погаснуть светодиод VD2, мереям введенную часть переменного резистора и впаиваем постоянный. Впаиваем переменный резистор вместо R9, выставив примерно 150 Ом. Включаем ЗУ, увеличиваем ток нагрузки пока не сработает DA1.2, затем начинаем уменьшать ток до значения 0,1 ампера. Затем уменьшаем R9 пока не сработает компаратор DA1,3. Напряжение на нагрузке должно упасть до 13,8в и погаснет желтый светодиод VD5. Снижаем ток до 0,05 ампера, подбором R6 гасим VD3. Но лучше всего наладку проводить на хорошем разряженном аккумуляторе. Впаиваем переменные резисторы, выставляем их чуть больше указанных на схеме, подключаем амперметр и вольтметр к клеммам аккумулятора и делаем это за один раз. Батарею не сильно разряженную используем, тогда будет быстрее и точнее. Практика показала, что регулировка практически не требуется, если точно подобрать R31. Добавочные резисторы подбираются тоже легко: при соответствующем токе нагрузки, падение напряжения на R31 должно составлять 0,5в, 0,4в, 0,3в, 0,2в, 0,15в, 0,1в и 0,07в.
Вот, собственно и все. Да, еще, если дополнительным двухполюсным тумблером, одной половиной закоротить диод VD6, а другой стабилитрон VD9, то получится ЗУ для 6-ти вольтовых гелиевых батарей. Ток заряда надо выбрать наименьший переключателем SA1. На одном из собранных эта операция была успешно осуществлена.
Описание
Устройство предназначено для зарядки и тренировки (десульфатации) свинцово-кислотных АКБ ёмкостью от 7 до 100 Ач, а также для приблизительной оценки уровня их заряда и емкости. ЗУ имеет защиту от неправильного включения батареи (переполюсовки) и от короткого замыкания случайно брошенных клемм. В нём применено микроконтроллерное управление, благодаря чему осуществляются безопасные и оптимальные алгоритмы зарядки: IUoU или IUIoU, с последующей «добивкой» до 100%-го уровня зарядки. Параметры зарядки можно подстроить под конкретный аккумулятор (настраиваемые профили) или выбрать уже заложенные в управляющей программе. Конструктивно зарядное устройство состоит из блока питания АТ/АТХ, который нужно немного доработать и блока управления на МК ATmega16A. Всё устройство свободно монтируется в корпусе того же блока питания. Система охлаждения (штатный кулер БП) включается/отключается автоматически.
Достоинства данного ЗУ - его относительная простота и отсутствие трудоёмких регулировок, что особенно актуально для начинающих радиолюбителей.
]1. Режим зарядки - меню «Заряд». Для аккумуляторов емкостью от 7Ач до 12Ач по умолчанию задан алгоритм IUoU. Это значит:
- первый этап- зарядка стабильным током 0.1С до достижения напряжения14.6В
- второй этап-зарядка стабильным напряжением 14.6В, пока ток не упадет до 0,02С
- третий этап-поддержание стабильного напряжения 13.8В, пока ток не упадет до 0.01С. Здесь С - ёмкость батареи в Ач.
- четвёртый этап - «добивка». На этом этапе отслеживается напряжение на АКБ. Если оно падает ниже 12.7В, включается заряд с самого начала.
Для стартерных АКБ (от 45 Ач и выше) применяем алгоритм IUIoU. Вместо третьего этапа включается стабилизация тока на уровне 0.02C до достижения напряжения на АКБ 16В или по прошествии времени около 2-х часов. По окончанию этого этапа зарядка прекращается и начинается «добивка». Это- четвёртый этап. Процесс заряда проиллюстрирован графиками рис.1 и рис.2.
2. Режим тренировки (десульфатации) - меню «Тренировка». Здесь осуществляется тренировочный цикл:
10 секунд - разряд током 0,01С, 5 секунд - заряд током 0.1С. Зарядно-разрядный цикл продолжается, пока напряжение на АКБ не поднимется до 14.6В. Далее - обычный заряд.
3. Режим теста батареи. Позволяет приблизительно оценить степень разряда АКБ. Батарея нагружается током 0,01С на 15 секунд, затем включается режим измерения напряжения на АКБ.
4. Контрольно-тренировочный цикл (КТЦ). Если предварительно подключить дополнительную нагрузку и включить режим «Заряд» или «Тренировка», то в этом случае, сначала будет выполнена разрядка АКБ до напряжения 10.8В, а затем включится соответствующий выбранный режим. При этом измеряются ток и время разряда, таким образом, подсчитывается примерная емкость АКБ. Эти параметры отображаются на дисплее после окончания зарядки (когда появится надпись «Батарея заряжена») при нажатии на кнопку «выбор». В качестве дополнительной нагрузки можно применить автомобильную лампу накаливания. Ее мощность выбирается, исходя из требуемого тока разряда. Обычно его задают равным 0.1С - 0.05С (ток 10-ти или 20-ти часового разряда).
Перемещение по меню осуществляется кнопками «влево», «вправо», «выбор». Кнопкой «ресет» осуществляется выход из любого режима работы ЗУ в главное меню.
Основные параметры зарядных алгоритмов можно настроить под конкретный аккумулятор, для этого в меню есть два настраиваемых профиля - П1 и П2. Настроенные параметры сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM-е).
Чтобы попасть в меню настроек нужно выбрать любой из профилей, нажать кнопку «выбор», выбрать «установки», «параметры профиля», профиль П1 или П2. Выбрав нужный параметр, нажимаем «выбор». Стрелки «влево» или «вправо» сменятся на стрелки «вверх» или «вниз», что означает готовность параметра к изменению. Выбираем нужное значение кнопками «влево» или «вправо», подтверждаем кнопкой «выбор». На дисплее появится надпись «Сохранено», что обозначает запись значения в EEPROM.
Значения настроек:
1. «Алгоритм заряда». Выбирается IUoU или IUIoU. См. графики на рис.1 и рис.2.
2. «Емкость АКБ». Задавая значение этого параметра, мы задаем ток зарядки на первом этапе I=0.1C, где С- емкость АКБ В Ач. (Таким образом, если нужно задать ток заряда, например 4.5А, следует выбрать емкость АКБ 45Ач).
3. «Напряжение U1». Это напряжение, при котором заканчивается первый этап зарядки и начинается второй. По умолчанию задано значение 14.6В.
4. «Напряжение U2». Используется только, если задан алгоритм IUIoU. Это напряжение, при котором заканчивается третий этап зарядки. По умолчанию - 16В.
5. «Ток 2-го этапа I2». Это значение тока, при котором заканчивается второй этап зарядки. Ток стабилизации на третьем этапе для алгоритма IUIoU. По умолчанию задано значение 0.2С.
6. «Окончание заряда I3». Это значение тока, по достижению которого зарядка считается оконченной. По умолчанию задано значение 0.01С.
7. «Ток разряда». Это значение тока, которым осуществляется разряд АКБ при тренировке зарядно-разрядными циклами.
Выбор и переделка блока питания.
В нашей конструкции мы используем блок питания от компьютера. Почему? Причин несколько. Во–первых, это - практически готовая силовая часть. Во-вторых, это же и корпус нашего будущего устройства. В-третьих, он имеет малые габариты и вес. И, в-четвёртых, его можно приобрести практически на любом радиорынке, барахолке и в компьютерных сервисных центрах. Как говорится, дёшево и сердито.
Из всего многообразия моделей блоков питания нам лучше всего подходит блок формата АТX, мощностью не менее 250 Вт. Нужно только учесть следующее. Подходят лишь те блоки питания, в которых применён ШИМ-контроллер TL494 или его аналоги (MB3759, КА7500, КР1114ЕУ4). Можно также применить и БП формата AT, только придется изготовить еще маломощный блок дежурного питания (дежурку) на напряжение 12В и ток 150-200мА. Разница между AT и ATX – в схеме начального запуска. АТ запускается самостоятельно, питание микросхемы ШИМ–контроллера берётся с 12-вольтовой обмотки трансформатора. В ATX для начального питания микросхемы служит отдельный источник 5В, называемый «источник дежурного питания» или «дежурка». Более подробно о блоках питания можно прочитать, например, здесь, а переделка БП в зарядное устройство неплохо описана вот здесь.
Итак, блок питания имеется. Сначала необходимо его проверить на исправность. Для этого его разбираем, вынимаем предохранитель и вместо него подпаиваем лампу накаливания 220 вольт мощностью 100-200Вт. Если на задней панели БП имеется переключатель сетевого напряжения, то он должен быть установлен на 220В. Включаем БП в сеть. Блок питания АТ запускается сразу, для ATX нужно замкнуть зелёный и чёрный провода на большом разъёме. Если лампочка не светится, кулер вращается, а все выходные напряжения в норме - значит, нам повезло и наш блок питания рабочий. В противном случае, придётся заняться его ремонтом. Оставляем лампочку пока на месте.
Для переделки БП в наше будущее зарядное устройство, нам потребуется немного изменить «обвязку» ШИМ-контроллера. Несмотря на огромное разнообразие схем блоков питания, схема включения TL494 стандартная и может иметь пару вариаций, в зависимости от того, как реализованы защиты по току и ограничения по напряжению. Схема переделки показана на рис.3.
На ней показан только один канал выходного напряжения: +12В. Остальные каналы: +5В,-5В, +3,3В не используются. Их обязательно нужно отключить, перерезав соответствующие дорожки или выпаяв из их цепей элементы. Которые, кстати, нам могут и пригодиться для блока управления. Об этом - чуть позже. Красным цветом обозначены элементы, которые устанавливаются дополнительно. Конденсатор С2 должен иметь рабочее напряжение не ниже 35В и устанавливается взамен существующего в БП. После того, как «обвязка» TL494 приведена к схеме на рис.3, включаем БП в сеть. Напряжение на выходе БП определяется по формуле: Uвых=2,5*(1+R3/R4) и при указанных на схеме номиналах должно составлять около 10В. Если это не так, придется проверить правильность монтажа. На этом переделка закончена, можно убирать лампочку и ставить на место предохранитель.
Схема и принцип работы.
Схема блока управления показана на рис.4.
Она довольно проста, так как все основные процессы выполняет микроконтроллер. В его память записывается управляющая программа, в которой и заложены все алгоритмы. Управление блоком питания осуществляется с помощью ШИМ с вывода PD7 МК и простейшего ЦАП на элементах R4,C9,R7,C11. Измерение напряжения АКБ и зарядного тока осуществляется средствами самого микроконтроллера - встроенным АЦП и управляемым дифференциальным усилителем. Напряжение АКБ на вход АЦП подается с делителя R10R11, Зарядный и разрядный ток измеряются следующим образом. Падение напряжения с измерительного резистора R8 через делители R5R6R10R11 подается на усилительный каскад, который находится внутри МК и подключен к выводам PA2, PA3. Коэффициент его усиления устанавливается программно, в зависимости от измеряемого тока. Для токов меньше 1А коэффициент усиления (КУ) задается равным 200, для токов выше 1А КУ=10. Вся информация выводится на ЖКИ, подключенный к портам РВ1-РВ7 по четырёхпроводной шине. Защита от переполюсовки выполнена на транзисторе Т1, сигнализация неправильного подключения - на элементах VD1,EP1 ,R13. При включении зарядного устройства в сеть транзистор Т1 закрыт низким уровнем с порта РС5, и АКБ отключена от зарядного устройства. Подключается она только при выборе в меню типа АКБ и режима работы ЗУ. Этим обеспечивается также отсутствие искрения при подключении батареи. При попытке подключить аккумулятор в неправильной полярности сработает зуммер ЕР1 и красный светодиод VD1, сигнализируя о возможной аварии. В процессе заряда постоянно контролируется зарядный ток. Если он станет равным нулю (сняли клеммы с АКБ), устройство автоматически переходит в главное меню, останавливая заряд и отключая батарею. Транзистор Т2 и резистор R12 образуют разрядную цепь, которая участвует в зарядно-разрядном цикле десульфатирующего заряда (режим тренировки) и в режиме теста АКБ. Ток разряда 0.01С задается с помощью ШИМ с порта PD5. Кулер автоматически выключается, когда ток заряда падает ниже 1,8А. Управляет кулером порт PD4 и транзистор VT1.
Детали и конструкция.
Микроконтроллер. В продаже обычно встречаются в корпусе DIP-40 или TQFP-44 и маркируются так: ATMega16А-PU или ATMega16A-AU. Буква после дефиса обозначает тип корпуса: «P»- корпус DIP, «A»- корпус TQFP. Встречаются также и снятые с производства микроконтроллеры ATMega16-16PU, ATMega16-16AU или ATMega16L-8AU. В них цифра после дефиса обозначает максимальную тактовую частоту контроллера. Фирма- производитель ATMEL рекомендует использовать контроллеры ATMega16A (именно с буквой «А») и в корпусе TQFP, то есть, вот такие: ATMega16A-AU, хотя в нашем устройстве будут работать все вышеперечисленные экземпляры, что и подтвердила практика. Типы корпусов отличаются также и количеством выводов (40 или 44) и их назначением. На рис.4 изображена принципиальная схема блока управления для МК в корпусе DIP.
Резистор R8 –керамический или проволочный, мощностью не менее 10 Вт, R12- 7-10Вт. Все остальные- 0.125Вт. Резисторы R5,R6,R10 и R11 нужно применять с допустимым отклонением 0.1-0.5%. Это очень важно! От этого будет зависеть точность измерений и, следовательно, правильная работа всего устройства.
Транзисторы T1 и Т1 желательно применять такие, как указаны на схеме. Но если придется подбирать замену, то необходимо учитывать, что они должны открываться напряжением на затворе 5В и, конечно же, должны выдерживать ток не ниже 10А. Подойдут, например, транзисторы с маркировкой 40N03GР, которые иногда используются в тех же БП формата АТХ, в цепи стабилизации 3.3В.
Диод Шоттки D2 можно взять из того же БП, из цепи +5В, которая у нас не используется. Элементы D2, Т1 иТ2 через изолирующие прокладки размещаются на одном радиаторе площадью 40 квадратных сантиметров. Буззер EP1- со встроенным генератором, на напряжение 8-12 В, громкость звучания можно подрегулировать резистором R13.
Жидкокристаллический индикатор – WH1602 или аналогичный, на контроллере HD44780, KS0066 или совместимых с ними. К сожалению, эти индикаторы могут иметь разное расположение выводов, так что, возможно, придется разрабатывать печатную плату под свой экземпляр
Программа
Управляющая программа содержится в папке «Программа» Конфигурационные биты (фузы) устанавливаются следующие:
Запрограммированы (установлены в 0):
CKSEL0
CKSEL1
CKSEL3
SPIEN
SUT0
BODEN
BODLEVEL
BOOTSZ0
BOOTSZ1
все остальные - незапрограммированы (установлены в 1).
Наладка
Итак, блок питания переделан и выдает напряжение около 10В. При подключении к нему исправного блока управления с прошитым МК, напряжение должно упасть до 0.8..15В. Резистором R1 устанавливается контрастность индикатора. Наладка устройства заключается в проверке и калибровке измерительной части. Подключаем к клеммам аккумулятор, либо блок питания напряжением 12-15В и вольтметр. Заходим в меню «Калибровка». Сверяем показания напряжения на индикаторе с показаниями вольтметра, при необходимости, корректируем кнопками «<» и «>». Нажимаем «Выбор». Далее идет калибровка по току при КУ=10. Теми же кнопками «<» и «>» нужно выставить нулевые показания тока. Нагрузка (аккумулятор) при этом автоматически отключается, так что ток заряда отсутствует. В идеальном случае там должны быть нули или очень близкие к нулю значения. Если это так, это говорит о точности резисторов R5,R6,R10,R11,R8 и хорошем качестве дифференциального усилителя. Нажимаем «Выбор». Аналогично - калибровка для КУ=200. «Выбор». На дисплее отобразится «Готово» и через 3 сек. устройство перейдет в главное меню.
Калибровка окончена. Поправочные коэффициенты хранятся в энергонезависимой памяти. Здесь стоит отметить, что если при самой первой калибровке значение напряжения на ЖКИ сильно отличается от показаний вольтметра, а токи при каком - либо КУ сильно отличаются от нуля, нужно применить (подобрать) другие резисторы делителя R5,R6,R10,R11,R8, иначе в работе устройства возможны сбои. При точных резисторах (с допуском 0,1-0,5%) поправочные коэффициенты равны нулю или минимальны. На этом наладка заканчивается. Если же напряжение или ток зарядного устройства на каком-то этапе не возрастает до положенного уровня или устройство «выскакивает» в меню, нужно ещё раз внимательно проверить правильность доработки блока питания. Возможно, срабатывает защита.
И в заключение, несколько фото.
Расположение элементов в корпусе блока питания:
Готовая же конструкция может выглядеть так:
так:
или даже так:
АРХИВ:Скачать
В радиолюбительской практике зачастую сталкиваешься с проблемой питания переносных устройств. Благо всё давно за нас уже придумано и создано, остается лишь воспользоваться подходящим аккумулятором, к примеру герметичными свинцово-кислотными АКБ которые получили оргомную популярность и при этом вполне доступны по деньгам.
Но тут появляется еще одна проблема, как их заряжать? С этой проблемой столкнулся и я, но поскольку и этот вопрос уже давно решен, хочу поделится своей конструкцией зарядного устройства.
В поисках подходящей схемы наткнулся на статью С.Малахова с двумя вариантами универсальных зарядных устройств, одна на паре КР142ЕН22, а вторая на одной микросхеме L200C, её и решил повторить. Почему именно на L200C ? Да плюсов полно: в целях экономии места, печатной платы, проще разводить плату, нужен только один радиатор, есть защита от перегрева, от переполюсовки, от короткого замыкания, да и по стоимости выходит дешевле двух КР142ЕН22.
В схему изменений практически не вносил, тут всё просто и вполне работоспособно, спасибо автору.
Состоит из регулируемого контроллера напряжения и тока выполненного в корпусе TO-220-5 (Pentawatt), выпрямителя и набора резисторов в токозадающей цепи.
В качестве трансформатора сначала применил накальный ТН36-127/220-50, но учитывая его недостаточный выходной ток в 1,2А позже заменил на ТН46-127/220-50 с выходным током 2,3А.
Эти трансформаторы удобны набором обмоток в 6,3В, комбинируя которые можно получить необходимое напряжение. Причем у третьей и четвертой вторичной обмотки есть отвод 5В (12 и 15 выводы). Автор рекомендует для режима заряда 6 вольтовых АКБ подключать обмотку на 12 В, а для режима заряда 12 вольтовых аккумуляторов еще одну дополнительно на 8 В. В таком режиме падение напряжения будет примерно равно 5 - 6 Вольтам. Я решил это падение немного уменьшить и подключил для шестивольтового режима обмотки на 10в, а для двенадцатвольтового дополнительную на 6,3в тем самым уменьшив падение напряжения до 2-3 Вольт. Меньшее падение напряжения облегчает тепловой режим, но при этом нельзя это падение делать слишком маленьким, надо учитывать падение напряжения на микросхеме. Если вдруг зарядное устройство будет работать нестабильно, можно переключить обмотки и подать большее напряжение.
Зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов в авторском варианте оснащается амперметром и вольтметром, но, раз мы живем в эпоху современных технологий я решил поставить современную панель с ампервольтметром. Такие панели можно приобрести в радиомагазинах, я заказал у наших китайских братьев всего за 5 американских рублей. Панель позволяет измерять ток от 0,01 до 9,99 Ампер и напряжение от 0,1 до 99,9 Вольт, выполнен на микроконтроллере STM8, правда требует дополнительного питания, которое я взял прямо с выхода диодного моста. Следует принять во внимание, что замер тока производится по минусовой шине.
Переключение зарядного тока в авторском варианте выполняется галетным переключателем, но подобные переключатели достаточно дороги и труднодоступны, поэтому я решил применить дешевые кнопочные переключатели PS22F11, что удешевило конструкцию и дало одно преимущество, кнопками можно комбиниривать токоограничительные резисторы подбирая оптимальный ток заряда. При всех отключенных переключателях ток заряда составляет 0,15А.
Печатную плату сделал малогабаритную, под ЛУТ, все элементы зарядного устройства расположены плотно, но в принципе, можете переделать под свой вкус.
Радиатор охлаждения автор рекомендует ставить с размерами 90х60мм, мне же под руку попался радиатор от компьютерного кулера, с размерами 60х80мм и очень развитыми ребрами. Микросхему к радатору закрепил с помощью пластикового изолятора через теплопроводную диэлектрическую подложку.
В принципе, все нюансы и отличия моего и авторского варианта я описал, переходим к корпусу.
Поискав по полочкам и запасам подходящего корпуса для Зарядного устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов я не нашел, а в этом случае радиолюбители поступают просто, берут корпус от АТХ блока питания компьютера. Достать их легко, в неработающем виде можно найти за копейки, корпус удобный, крепкий, есть разъем питания.
Подобрал блок питания с сплошной боковой стенкой, выпотрошил все содержимое оставив только разъем и выключатель питания. Разложил внутри все элементы конструкцию, разметил и просверлил отверстия и выпилил окошко для индикаторной панели.
Затем остается все собрать и подключить. Для соединения использовал провода от того же компьютерного блока питания.
Из явных минусов использования такого корпуса.
Трансформатор оказался великоват и верхняя крышка не закрылась плотно, хотя её все таки можно притянуть шурупом, хоть и с деформацией.
- поскольку корпус железный, на него передается вибрация от трансформатора, что вызывает лишний гул.
- дырка на корпусе откуда выходила коса проводов.
Для придания привлекательного внешнего вида решено распечатать на плотной бумаге фальшпанель с надписями для кнопок и т.п.
Настройка сводится к регулировке выходного напряжения для обоих режимов подстроечными резисторами, собственно всё как в авторском варианте, я выставил для 6в АКБ напряжение заряда в 7,2 Вольт, а для 12в АКБ в 14,5 Вольт.
Подключив вместо аккумулятора резистор 4,7 Ом и мощностью 5-10 Вт контролируем зарядный ток, в случае необходимости подбираем резисторы. При сборке платы рекомендую напаять на все дорожки припоя, для увеличения их площади сечения и уменьшения сопротивления, если Вы будете разводить свою плату, делайте эти дорожке как можно толще, чтобы свести к минимуму их сопротивление. Нет ничего страшного если у Вас ток заряда получился больше расчетного, аккумуляторы можно заряжать током большим чем 0,1 от номинальной емкости (0,1С), смело до 0,2 от номинала (0,2С).
После сборки и настройки Зарядное устройство для свинцово-кислотных аккумуляторов готово к работе и способно заряжать практически все типы свинцово кислотных АКБ напряжением 6 или 12 Вольт и с рабочим током от 1,2 до 15 Ампер.
По окончании заряда ток подаваемый на АКБ равен току саморазряда, аккумулятор в таком режиме может находиться очень долго и при этом сохранять и поддерживать свой заряд.
