Foxiss Автоматическая зарядка на транзисторах, версия этого устройства представляется в статье для испытания и возможного использования.
Можно подтвердить, что это проверенное годами и очень надёжное устройство для аккумуляторов в широком диапазоне ёмкости, которое своими свойствами до сих пор «не подводит».
Принцип автоматическая зарядка на транзисторах
Принцип автоматическая зарядка на транзисторах, основан на управлении скважностью зарядных импульсов в зависимости от величины регулирующего отклонения — разницы между заданным и фактическим средним значением зарядного тока.
Скважность определяет соотношение интервалов, в течение которых ток проходит и не проходит через подключённый аккумулятор. В идеальном случае на осциллографе наблюдается прямоугольная форма зарядного тока.
Зарядный ток поступает от вторичной обмотки трансформатора (16–17 В, ток 6 А — для большинства аккумуляторов достаточно) через клемму S1 на выпрямительный мост, выполненный на силовых диодах D1A–D1D. Постоянный ток частотой 100 Гц далее фильтруется электролитическими конденсаторами C2–C2C.
Вспомогательное вторичное напряжение 12 В / 0,4 А питает цепи управляющей электроники и обдува и подключается к клемме S2. Заряжаемый аккумулятор подключается к выходной клемме S3, на которую также через предохранитель POJ1 (6,3 А) подаётся силовое положительное напряжение с конденсаторного блока C2–C2C.
Конструкция и силовая часть
На первичной стороне трансформатора (потребляемая мощность 100–125 ВА) включены помехоподавляющий конденсатор, плавкий предохранитель и клавишный выключатель.
В выпрямителе вместо первоначального моста или диодов серии KY710 (720) использованы силовые диоды в пластиковом корпусе серии P1000 (или P600 на более низкое напряжение).
Они не требуют дополнительного охлаждения — достаточно естественной циркуляции воздуха в корпусе, на плате расположены вертикально. На схеме они обозначены как P1000.
Для уменьшения токовой нагрузки на электролитический конденсатор C2 (на схеме 4 шт. по 2200 мкФ) можно использовать 3 шт. по 3300 мкФ или 2 шт. по 4700 мкФ / 35 В — на плате достаточно места для всех вариантов.
Питание электроники обеспечивает стабилизатор IO1 (78L09), можно применить и 78L10. Для стабильного опорного напряжения используется стабилизатор IO2 (78L06), который в первоначальном варианте был заменен на 78L05.
Частоту скважности задаёт конденсатор C6, проверялись в диапазоне 47…220 нФ. Это должен быть плёночный конденсатор с качественным диэлектриком, а не керамический. Меньшая ёмкость означает более высокую частоту, большая — более низкую.
Большая ёмкость лучше подходит для трансформатора на листовом железе (когда нет большой нагрузки постоянной составляющей тока), для тороидального сердечника можно использовать меньшую. Лучше всего подходит ёмкость C6 в диапазоне 100–220 нФ.
Резистором R1* устанавливается верхний предел постоянного напряжения, которое с движка потенциометра P1 (2k5) подаётся на вывод 3 операционного усилителя IO3 (LM324).
В цепи силового транзистора T1 с успехом испытаны BUZ71, BUZ11 и IRF540, наименьшее сопротивление во включённом состоянии показал IRF540N, который в итоге и использован (одновременно уменьшилась силовая нагрузка на цепь).
Для надёжного включения и закрывания T1 (управляемого напряжением, а не током) добавлен резистор R34 (22k). Силовой резистор R35 (на схеме 0,06 Ом, что соответствует двум параллельным проволочным резисторам 0,12–0,15 Ом / 5 Вт) припаян над платой на расстоянии около 5 мм для лучшего охлаждения.
Можно использовать два резистора по 0,1 Ом / 5 Вт, но тогда в качестве IO2 лучше применить 78L05. Величину зарядного тока удобно настраивать изменением сопротивления R6, большее сопротивление увеличивает ток, и наоборот. Значения на схеме обеспечивают средний зарядный ток до 8 А, общий ток дополнительно ограничен расчётом вторичной обмотки TR1.
Индикация и ступени заряда
Сопротивления R27 и R32 27 кОм (или 24 кОм), параллельно им припаяны подстроечные резисторы R26* и R31*. С их помощью удобно настраивать опорные уровни напряжения.
Индикацию начала и окончания зарядки обеспечивает двухцветный светодиод D5 (красный/жёлтый). Красный сигнализирует об окончании зарядки, жёлтый — о полной зарядке в соответствии с уровнем, установленным P1.
Уменьшение сопротивлений R19 и R30 до 150–220 кОм задаёт больший гистерезис (разницу между включением и выключением при падении напряжения аккумулятора).
Вторая ступень зарядки. Большая доработка — индикация II ступени (зарядки половинным током при достижении напряжения на аккумуляторе 13,9–14,4 В). Половину тока настраивают подстроечником R24*, включённым последовательно с R15. Их комбинация через транзистор T3 подключается параллельно R12. Индикацию обеспечивает зелёный светодиод D6, включённый последовательно выводу 2 оптрона U2.
Как это работает, при достижении 13,9–14,4 В делитель R31, R32, R28 — это опорное плечо (настройка порога) появляется положительное напряжение за диодом D12, компаратор на IO7 (LM1458) переключается из отрицательного состояние в положительное.
Через защитный резистор R37 открывается транзистор T5. Он соединяет катоды D6 и светодиода внутри оптрона U2 с землёй. Засветившийся оптрон U2 открывает свой фототранзистор, который открывает T3, а тот подключает параллельно R12 резистор R15 и подстроечник R24. Зарядный ток уменьшается вдвое, одновременно загорается сигнальный светодиод D6.
Окончание зарядки. Когда зарядка завершается (превышена опорная величина 14,8–15,0 В на делителе из R26, R27/R25), компаратор IO7 переключается, и на его выводе 1 появляется положительное напряжение около 10 В. Жёлтый светодиод D5 гаснет (он светится только при отрицательном напряжении на выводе 1), а красный загорается, сигнализируя об окончании зарядки.
Настройка и калибровка автоматическая зарядка на транзисторах
Мультиметром измеряем падение напряжения на резисторе R35. По закону Ома вычисляем ток: I(А) = U/R, после чего калибруем шкалу на панели или на «амперметре».
Затем ставим потенциометр P1 в правое крайнее положение. Максимальный зарядный ток при необходимости подстраиваем сопротивлением R6 или изменением R1. Для малого тока R1 нужно уменьшить (мин. 10 Ом), для большого — увеличить.
У резистора R6 зависимость обратная: большее сопротивление — больший ток (выбирать ближайший номинал из ряда E12). Настройку при необходимости повторяем несколько раз. Более продвинутые радиолюбители калибруют устройство с помощью осциллографа, наблюдая форму тока в зависимости от скважности.
Регулировка воздушного охлаждения стандартная. В процессе эксплуатации подтвердилось, если использовать транзистор IRF540N и достаточно массивный радиатор (длиной 60 мм), зарядное устройство вообще не нуждается в вентиляторе — эту часть можно не устанавливать. Разумеется, в корпусе должны быть вентиляционные отверстия.
На задней стороне устройства закреплён держатель с трубчатым предохранителем 0,5 А/F, защищающим первичную сторону TR1. Предохранитель POJ1 (5×20 мм, 6,3 А, характеристика F) также можно разместить вне платы на задней стороне.
Представленная конструкция не имеет сложностей. При соблюдении основных правил монтажа печатных плат, измерении пассивных компонентов, аккуратности пайки зарядное устройство работает сразу.
Особенность подключения полностью разряженного аккумулятора
Функция зарядки обеспечивается, если аккумулятор подключён к выходным клеммам и имеет хотя бы минимальное начальное напряжение (около 6 В). При подключении глубоко разряженного аккумулятора без этого напряжения защита немедленно среагирует и не запустит зарядку.
Чтобы обойти защиту, её нужно на некоторое время (около 1 часа) отключить выключателем, который отсоединяет вывод вспомогательной вторичной обмотки от клеммы S2 (соединение D3 и D4) — тем самым снимается питание защитных цепей.
После часа зарядки аккумулятор наберёт достаточное напряжение. Затем отключаем устройство от аккумулятора, включаем защиту и снова подключаем аккумулятор — дальше всё работает как и задумано.
