Информационно-познавательный сайт     Радиоэлектроника 

Зарядные устройства

Автоматическое зарядное устройство


 

Меню разделов:
Аквариумистика
Биология
Вирусология
Материаловедение
Менеджмент
Радиоэлектроника
Фармация
Физика

 

 

 

Описываемое ниже зарядное устройство определяет момент окончания зарядки по достижению на батарее напряжения, максимального для установленного зарядного тока, и постоянства его в течение 2 часов.

До напряжения 14,4 В батарея заряжается током 5,5 А, а затем - до выключения устройства 2,75 А, что полностью соответствует рекомендуемому режиму зарядки наиболее распространенной автомобильной аккумуляторной батареи 6СТ-55. Этим достигается практически полная заряженность батареи независимо от её первоначального состояния.

Устройство не боится кратковременного замыкания цепи нагрузки и обрыва в ней. Приняты меры и для защиты устройства при случайном подключении батареи в обратной полярности.

Допускается и работа в режиме ручного управления, при котором автолюбитель сам устанавливает зарядный ток и выключает устройство.

Принцип действия основан на периодическом сравнении текущего напряжения на заряжаемой батарее с напряжением на ней часовой давности. В качестве узла хранения напряжения использован оксидный конденсатор с малым током утечки.

Принципиальная схема зарядного устройства показана на рис. 2.129.

Она состоит из блока питания, выполненного по схеме с ёмкостными ограничителями тока. На элементе DD1.2 и транзисторе VT1 собрано реле времени, определяющее периодичность контроля напряжения на батарее. Другое реле времени - на транзисторе VT2 ограничивает продолжительность подключения конденсатора С8, выполняющего функцию узла хранения уровня напряжения, к входу компаратора напряжения DA2, а также продолжительность дозарядки этого конденсатора до текущего напряжения на аккумуляторной батарее.

Компаратор напряжения DA1 включает реле КЗ, как только напряжение на батарее достигнет порога 14,4 В, после чего зарядный ток уменьшается в два раза. На элементах DD 1.1, DD 1.3, DD1.4, DD2.1 ÷ DD2.4 и транзисторах VT3, VT4 собран узел отключения зарядного устройства от сети при неизменности напряжения на батарее в течение 2 часов.

Неоновая лампа HL1 "СЕТЬ" индицирует включение устройства в сеть.

На заключительной стадии процесса зарядки, когда при токе 2,75 А напряжение на батарее достигает примерно 14,4 В, включается светодиод HL2 "II СТУПЕНЬ".

Перед включением устройства в сеть присоединяют к его выходным зажимам заряжаемую батарею и нажимают на кнопку SB1 "вкл". Через контакты кнопки и конденсаторы С1, С2 на первичную обмотку трансформатора Т1 поступает напряжение сети. С выпрямительного моста на диодах VD1 ÷ VD4 снимается пульсирующее напряжение, определяющее ток зарядки батареи. Два из диодов этого моста совместно с диодами VD5, VD6 образуют второй выпрямительный мост, напряжение с которого, сглаженное конденсатором С4, питает электронный узел устройства.

С момента нажатия на кнопку SB1 начинается зарядка батареи током 5,5 А. Через диод VD10 быстро заряжается конденсатор СЮ, который шунтирован резистивным делителем напряжения R20    R22.    Часть напряжения с этого делителя поступает на

инвертирующий вход компаратора DA2, второй вход которого "заземлен" через резисторы R7, R8.

Поэтому на выходе с открытым коллектором компаратора DA2 (вывод 9) и верхнем по схеме входе элемента DD2.1 присутствует напряжение низкого уровня. Тот же уровень будет и на выходе инвертора DD2.4. Транзистор VT3 закроется, а VT4 откроется. Сработает реле К4 и контактами К4.1 блокирует контакты кнопки SB1. Устройство останется включенным и после отпускания кнопки SB 1.

RS-триггер, собранный на элементах DD1.3, DD1.4, в это время зафиксирован низким уровнем на входе R (поскольку контакты К3.4 замкнуты) в положении, когда на выходе элемента DD1.3 низкий уровень.

С движка резистора R21 напряжение, пропорциональное напряжению на батарее, поступает на инвертирующий вход компаратора DA1, другой вход которого соединен с источником образцового напряжения - параметрическим стабилизатором VD11, R23, питающимся от другого параметрического стабилизатора VD7, R9 Вместе с использованием прецизионного стабилитрона Д818Е (VD11) это обеспечивает высокую стабильность образцового напряжения.

Пока напряжение на батарее не достигло 14,4 В, на выходе с открытым коллектором компаратора DA1 присутствует напряжение высокого уровня. Как только напряжение на батарее достигнет порогового значения, компаратор переключится, включит светодиод HL2 и оптрон U1 - сработает реле КЗ. Контакты К3.1 отключат конденсатор С2, в результате чего зарядный ток уменьшится в два раза. Напряжение на инвертирующем входе компаратора DA1 также уменьшится, и он переключится в исходное состояние, светодиод HL2 погаснет. Однако фотодинистор оптрона останется открытым, поддерживая себя в этом состоянии протекающим по нему током. Светодиод HL2 через некоторое время включится снова.

 

Примечание.

Если светодиод HL2 подключить параллельно обмотке реле КЗ, он не будет гаснуть после перехода на вторую ступень зарядки. При этом в цепь светодиода необходимо ввести токоограничивающий резистор сопротивлением 1 кОм, а вывод 2 оптрона U1 соединить с верхним по схеме выводом обмотки реле К3.

После размыкания контактов К3.3 конденсатор С3, который подзаряжался от резистивного делителя R4, R4, зафиксирует напряжение этого момента. Делитель R4, R4 учитывает снижение напряжения на конденсаторе С7 после переключения на вторую ступень зарядки.

Разомкнувшиеся контакты К3.4 установят на входе R RS-триггера DD1.3, DD1.4 напряжение высокого уровня, с триггера будет снята фиксация и на его выходе останется напряжение низкого уровня.

До срабатывания реле К3 на входах элемента DD1.2 был высокий уровень, поэтому транзистор VT1 закрыт. После переключения группа контактов К3.2 замкнет цепь зарядки конденсатора С5 через резистор R13. На входах элемента DD1.2 остается высокий уровень.

Примерно через 60 минут напряжение на входах элемента DD1.2 уменьшится до порога его переключения, откроется транзистор VT1 и сработает реле К1. Через замкнувшиеся контакты К 1.1 и резистор R11 начнет заряжаться конденсатор С6, а контакты К1.2 подключат конденсатор С3 через делитель напряжения R6 R8 к неинвертирующему входу компаратора DA2. Поскольку напряжение на конденсаторе СЮ в результате продолжающейся зарядки аккумуляторной батареи будет больше напряжения на конденсаторе С3, то компаратор DA2 останется в прежнем состоянии.

Через 0,3 0,5 секунд после замыкания контактов К1.1 конденсатор С6 зарядится до напряжения открывания транзистора VT2. Сработает реле К2, и через переключившиеся контакты К2.2 конденсатор С3 быстро зарядится до текущего напряжения на конденсаторе С10.

Конденсатор С5 быстро разрядится через замкнутые контакты К2.1 и резистор R12. Транзистор VT1 закроется, реле К1 отпустит якорь. Конденсатор С6 разрядится через резисторы R16, R17 и эмиттерный переход транзистора VT2, и реле К2 также отпустит якорь.

 

Принципиальная схема автоматического зарядного устройства

Рис. 2.129. Принципиальная схема автоматического зарядного устройства.

 

Снова начнет заряжаться конденсатор С5, и описанный выше процесс повторится с той разницей, что при следующем срабатывании реле К1 на плюсовой обкладке конденсатора С3 относительно общего провода будет присутствовать напряжение, которое час назад было на конденсаторе С10, следящем за изменением напряжения на батарее.

Строго говоря, напряжение на конденсаторе С3 за прошедший час несколько уменьшится из-за наличия тока утечки. Подключением минусового вывода конденсатора к плюсу источника образцового напряжения VD11, R23 удалось уменьшить это изменение примерно в 2,5 раза. Остаточную погрешность компенсируют соответствующей регулировкой резистора R7.

Описанные часовые циклы будут продолжаться до тех пор, пока при очередном срабатывании реле К1 напряжение на неинвертирующем входе компаратора DA2 не станет больше, чем на инвертирующем, что будет свидетельствовать о прекращении увеличения напряжения на заряжаемой батарее. Компаратор DA2 переключится на короткое время, определяемое скоростью разрядки конденсатора С3 через резисторы R6 ÷ R8. Импульс высокого уровня с его выхода с открытым коллектором поступит на верхний по схеме вход элемента DD2.1, а через инвертор DD1.1 - на вход S RS-триггера DD1.3, DD1.4 и переключит его. На выходе триггера появится напряжение высокого уровня, которое через резистор R18 начнет заряжать конденсатор С8. Поскольку в течение действия импульса конденсатор не успевает зарядиться до напряжения переключения элемента DD2.1, транзисторы VT3, VT4 останутся в прежнем состоянии и зарядка батареи продолжится.

При следующем переключении компаратора DA2 (т. е. еще через час) конденсатор С8 будет полностью заряжен. Элемент DD2.1 переключится на время действия входного импульса и сформирует на выходе короткий импульс низкого уровня. Для надежного отключения зарядного устройства на элементах DD2.2, DD2.4 собран одновибратор, увеличивающий продолжительность этого импульса до 0,5 секунд.

На выходе элемента DD2.3 появится импульс высокого уровня, который откроет транзистор VT3. Транзистор VT4 закроется, реле К4 отпустит якорь, и разомкнувшиеся контакты К4.1 отключат зарядное устройство от сети.

В положении "РУЧН" переключателя SA1 устройство включают той же кнопкой SB 1. Переключателем SА2 устанавливают требуемый ток зарядки.

При случайном отключении батареи от зажимов зарядного устройства напряжение на вторичной обмотке трансформатора Т1 и, следовательно, на конденсаторе С7 резко увеличится. Откроется стабилитрон VD13, что приведет к открыванию транзистора VT3 и отключению устройства от сети.

С целью защиты диодов VD1 ÷ VD4 при случайном подключении батареи в обратной полярности введен предохранитель F2. Практика показала, что предохранитель на 10 А обеспечивает надежную защиту диодов.

Неправильное подключение к аккумуляторной батарее индицирует светодиод HL3 "АВАРИЯ".

 

Наладка автоматического зарядного устройства

Для налаживания устройства контакты кнопки SB1 и конденсатор С1 временно замыкают перемычками, вынимают предохранитель F2, к выходным зажимам устройства подключают полностью заряженную аккумуляторную батарею. Вход зарядного устройства подключают к сети через лабораторный автотрансформатор. При отсутствии ЛАТРа выпрямитель VD1 ÷ VD4 следует подключить к половине вторичной обмотки трансформатора Т1.

Сначала определяют, насколько уменьшается напряжение на конденсаторе С8 за 60 минут. Для этого плюсовой вывод конденсатора отпаивают, переключатель SA1 переводят в положение "РУЧН", соединяют вольтметр с конденсатором С4, включают устройство в сеть и ЛАТРом устанавливают напряжение на этом конденсаторе 15 ÷ 18 В. Проверяют наличие напряжения 9 В на стабилитроне VD11 и затем, соединив плюсовые выводы конденсаторов С3 и СЮ измеряют цифровым вольтметром напряжение в точке соединения относительно общего провода.

Далее отключают конденсатор С3 от С10 и через 60 минут измеряют напряжение на плюсовом выводе конденсатора С3. Вольтметр надо выбрать с входным сопротивлением не менее 5 ÷ 10 МОм, чтобы конденсатор при подключении вольтметра разряжался не слишком быстро. Для увеличения входного сопротивления можно его подключить через высокоомный резистор, образующий вместе с входным сопротивлением прибора делитель напряжения с коэффициентом 1:10.

Движок резистора R7 устанавливают в нижнее по схеме положение, а последовательно с резистором R6 включают переменный резистор сопротивлением 3,3 ÷ 6,8 кОм, вывод движка которого соединяют с плюсовым выводом конденсатора СЮ. Подключают к этому резистору вольтметр и, изменяя сопротивление резистора, устанавливают падение напряжения на нем в 1,2 ÷ 1,5 раза больше значения, на которое уменьшается напряжение на конденсаторе С3 за 60 минут.

Затем подключают вольтметр к выходу с общим коллектором компаратора напряжения DA2 и перемещают движок резистора R7 до тех пор, пока компаратор не переключится. Фиксируют это положение движка резистора, отключают устройство от сети, отпаивают дополнительный резистор и восстанавливают цепь конденсатора С3.

Снимают перемычку с контактов кнопки SB1, подключают вольтметр к выходу элемента DD1.3, переводят переключатель SA1 в положение "АВТ" и снова включают устройство нажатием на кнопку SB1, должно сработать реле К4. На короткое время соединяют инвертирующий вход (вывод 4) компаратора DA1 с плюсовым выводом конденсатора C10. При этом должно сработать реле КЗ. Время срабатывания реле фиксируют.

Соединяют на несколько секунд плюсовые выводы конденсаторов С3 и С10. Через некоторое время сработает реле К1. В момент срабатывания реле на выходе элемента DD1.3 должно появиться напряжение высокого уровня. Если этого не происходит, немного передвигают движок резистора R7 вверх по схеме и ожидают следующего срабатывания реле К1.

После появления на выходе элемента DD1.3 напряжения высокого уровня при очередном срабатывании реле К1 реле К4 должно отпустить якорь и отключить устройство от сети. В результате регулировки следует добиться уверенного переключения компаратора DA2 при каждом срабатывании реле К1. Чтобы не выключать устройство во время налаживания, можно устанавливать низкий уровень напряжения на выходе элемента DD1.3 кратковременным замыканием выводов контактов КЗ .4. После окончания этого этапа регулировки фиксируют движок резистора R7 зажимной гайкой.

Если предполагается использовать зарядное устройство в широких пределах температуры окружающей среды, можно специально загрубить порог переключения компаратора на 10 ÷ 15 мВ. Это мало скажется на степени заряженности батареи, но исключит вероятность несрабатывания узла отключения устройства из-за возможного изменения параметров отдельных элементов, в частности, конденсаторов С3 и С5, при изменении температуры.

В случае, если промежуток времени между очередными срабатываниями реле К1 будет отличаться от 60 минут более чем на 3 ÷ 5 минут, корректируют время срабатывания подборкой резистора R13.

Далее устанавливают порог срабатывания компаратора DA1. Возвращают на место предохранитель F2, снимают перемычку с конденсатора С1, перемещают движок резистора R21 в нижнее по схеме положение, подключают к выходу устройства вольтметр, подают с ЛАТРа напряжение 190 ÷ 200 В и включают устройство нажатием на кнопку SB1. Плавно увеличивают входное напряжение до достижения на батарее напряжения 14,4 В, после чего вращают движок резистора R21 до срабатывания реле КЗ и фиксируют движок в этом положении.

В заключение корректируют, если необходимо, зарядный ток подборкой конденсаторов С1 и С2 или пропаиванием к их выводам конденсаторов емкостью 0,5÷1 мкФ. Сначала корректируют ток второй ступени (С1), а затем ~ первой. Желательно эту работу проводить в начальной стадии каждой ступени зарядки батареи.

Если в процессе эксплуатации устройства будут замечены сбои в его работе из-за действия помех, следует шунтировать керамическими конденсаторами емкостью 0,047 ÷ 0,1 мкФ цепи питания микросхем и оксидные конденсаторы С3, С4, С10.

От помех из сети поможет избавится последовательная RC-цепь из конденсатора ёмкостью 0,1 мкФ на напряжение 630 В и резистора сопротивлением 100 Ом мощностью 0,5 Вт, подключенная к выводам первичной обмотки сетевого трансформатора.

 

Детали

В устройстве использованы постоянные резисторы МЛТ, переменные - СП4-1.

Конденсаторы С1 и С2 - МБГЧ с номинальным напряжением 250 В. При использовании металлобумажных конденсаторов других типов (МБГО, МБГП и др.) их номинальное напряжение должно быть не менее 500 В. Конденсаторы С4 ÷ С7 - К50-35, С8-К50-16А.

Особенно внимательно следует отнестись к выбору конденсатора С3. Как уже отмечалось, он должен обладать минимальным током утечки. Проведенные сравнительные испытания конденсаторов разных типов показали, что лучшие результаты обеспечивает К52-2 емкостью 300 мкФ на номинальное напряжение 25 В, который после зарядки до 12 В терял за час всего 18 мВ (0,15 %).

В устройстве применен унифицированный накальный трансформатор ТН60-127/220-50, первичная обмотка которого рассчитана на напряжение 220 В. Вторичные обмотки соединены последовательно. Такое включение при напряжении на первичной обмотке 155 В обеспечивает на вторичной обмотке напряжение 16,9 В при максимальной нагрузке.

Подойдут также трансформатор ТН58-127/220-50, или более мощный ТН61-127/220-50, или ТПП284-127/220-50, ТПП291 -127/220-50, вторичные обмотки которых соединены последовательно.

Компараторы К554САЗА могут быть заменены на К521САЗ.

Оптрон - любой из серии АОУ103 или АОУ115.

Диоды Д231 заменимы на КД213А, Д242А и другие на прямой ток не менее 5 А, КДЮ6А - на КДЮ5 с любыми буквенными индексами, а КД521А - на КД522А, КД509А, КД510А, КД102А, КД102Б, КД103А, КД103Б.

Вместо КС512А можно установить два последовательно включенных стабилитрона КС 156А, а вместо КС522А - два Д814Г.

Стабилитрон VD11 желательно применить с возможно меньшим ТК напряжения стабилизации; подойдут, кроме указанного, стабилитроны серий КС190 и КС191 с любым буквенным индексом.

Для диодов VD1 ÷ VD4 можно использовать общий теплоотвод с эффективной площадью 400 см2. Диоды устанавливаются через изолирующие шайбы и слюдяные прокладки.

Транзисторы КТ3102Б заменимы любыми маломощными или средней мощности n-p-n транзисторами с допустимым постоянным током коллектора не менее удвоенного тока срабатывания реле К1 и К2 (для VT1 и VT2), постоянным напряжением коллектор-эмиттер не менее 30 В и коэффициентом передачи тока базы более 100. Годятся транзисторы КТ3117с любым буквенным индексом или КТ315Г.

Вместо КТ608Б подойдут транзисторы из серий КТ807, КТ815.

В устройстве использованы реле РЭС47 (К1 и К2) паспорт РФ4.500.407-02, РЭС22 (КЗ) паспорт РФ4.523.023-00, РМУ (К4) паспорт PC4.523.303.

Реле РЭС22 можно заменить на РЭС32 паспорт РФ4.500.335-02, РЭС47 - на РЭС48 паспорт РС4.590.203, а РМУ - на РЭНЗЗ паспорт РФ4.510.022.

Кнопка SB1 -КМ1. КМ2-1.

Переключатель SA1 - П2Т-1-1 или МТ-3; SA2 - П1Т-1-1 или МТ1.

В качестве предохранителей F1, F2 желательно использовать быстродействующие плавкие вставки ВПЗТ-2 или ВП1.

Большая часть деталей устройства размещена на печатной плате, выполненной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Чертеж монтажной платы можно посмотреть в журнале Радио, 2000, № 12, С 36.

 

Рис. 2.130-а. Схема включения трансформаторов типа:

ТН 49, 52, 53, 56, 57    ТПП 281-127/220-50.

 

Рис. 2.130-б. Схема включения трансформаторов типа;

ТПП 280-127/220-50    ТПП 282-127/220-50.

 

 

Предыдущая страница Следующая страница

 

 


© Сайт защищён авторскими правами.

E-mail: portal.inform@gmail.com

 

Рейтинг@Mail.ru