Foxiss Зарядное устройство в три этапа окончание, начало статья 1 и статья 2, схема трёхступенчатого зарядного устройства разделена на две части, а именно питание и управление. Это линейная схема, а не импульсная. Такой подход выбран возможностью использования более доступных компонентов и упрощения конструкции, без необходимости использования специализированных высокочастотных трансформаторных узлов, катушек и высокочастотных конденсаторов.
Линейная схема не так эффективна, как импульсная, но её проще собрать, и она более надёжна. Кроме того, большая часть тепла, выделяемого зарядным устройством, обусловлена потерями в главном выпрямителе, и это практически не зависит от того, используем ли мы импульсный или линейный режим.
В силовой части схемы используется трансформатор тороидального типа мощностью 300 ВА, подающий напряжение 18 В переменного тока на мостовой выпрямитель, который затем питает мощный стабилизатор, выполненный на транзисторах Q1…Q5, включенных по схеме составного эмиттерного повторителя. Q1 — это составной транзистор Дарлингтона, управляющий общими базами четырех силовых NPN-транзисторов TIP3055 (Q2…Q5). Каждый из этих транзисторов имеет эмиттерные резисторы сопротивлением 0,1 Ом для выравнивания тока нагрузки.
В процессе работы эмиттеры транзисторов Q2…Q5 «отслеживают» напряжение, приложенное к базе Q1 (отсюда и термин «составной эмиттерный повторитель»). Регулировка базового напряжения на Q1 управляет зарядкой таким образом, что чем выше напряжение на базе Q1, тем больше проводимость силовых транзисторов и ток в аккумулятор. Конденсатор ёмкостью 220 нФ между базой и коллектором Q1 предотвращает всплески колебаний, которые в противном случае возникали бы при переходе транзисторов в режим проводимости на каждом цикле импульсного постоянного напряжения от мостового выпрямителя.
Операционный усилитель IC1b управляет базовым током Q1 через ограничительный резистор сопротивлением 3,3 кОм. Этот усилитель имеет коэффициент усиления 6,6, что позволяет расширить диапазон управляющего напряжения на выводе 5 с 0–5 В до 0–33 В. Напряжение питания IC1b 30 В и его ограниченный размах выходного напряжения ограничивает диапазон примерно до 0–28 В, но этого более чем достаточно для полного управления выходными транзисторами. Конденсатор 1мкФ, подключенный к резистору обратной связи сопротивлением 5,6 кОм, обеспечивает спад на частотах выше 28 Гц, предотвращая возникновение генерации на операционном усилителе IC1b.
Термостатический выключатель TH2 с температурой срабатывания 70 °C обеспечивает защиту от перегрева. Он установлен на основном радиаторе и при замыкании (при превышении 70 °C) отключает драйвер от IC1b и заземляет его, тем самым предотвращая подачу напряжения зарядным устройством на аккумулятор. Обращаем внимание, что выход IC1b защищен от прямого замыкания токоограничивающим резистором 3,3 кОм.
Ток заряда измеряется путем усиления напряжения, создаваемого на резисторе 0,005 Ом (R1), с помощью IC1a с коэффициентом усиления 44. Фильтрация включена на входе и в цепи обратной связи IC1a для преобразования пульсирующего тока заряда в среднее значение. Таким образом, конденсатор ёмкостью 10 мкФ на выводе 3 фильтрует ток, сглаживая сигнал выше 16 Гц, а конденсатор ёмкостью 10 пФ, подключенный к резистору обратной связи 43 кОм, сглаживает частоты выше 0,37 Гц.
С выхода операционного усилителя IC1a сигнал подан на вывод 2 компаратора перегрузки по току IC2a через делитель напряжения, состоящий из двух резисторов 22 кОм и фильтрующего конденсатора 100 мкФ. Неинвертирующий вход, вывод 3, подключен к подстроечному резистору VR2. VR2 настроен таким образом, чтобы выход IC2a переходил в состояние низкого уровня при зарядном токе свыше 18 А.
Когда выход IC2a переходит в состояние низкого логического уровня, он понижает уровень на выводе 5 микросхемы IC1b. Это приводит к понижению уровня на выводе 7 микросхемы IC1b, отключая подачу напряжения на транзистор Q1 и аккумулятор.
Напряжение аккумулятора контролируется в точке A схемы, то есть на соединении четырёх резисторов сопротивлением 0,1 Ом, и подается через делитель напряжения на вывод 6 компаратора IC2b. Оно сравнивается с опорным напряжением на выводе 5, поступающим с движка подстроечного резистора VR1. Этот уровень настроен таким образом, чтобы выход IC2b переходил в состояние низкого уровня при напряжении аккумулятора свыше 17 В. Низкий уровень на выходе IC2b отключает подачу напряжения на вывод базы транзистораQ1.
Обратите внимание, что IC2a и IC2b — это компараторы с выходами с открытым коллектором. Когда их выходы выключены, они не влияют на управление выводом 5 микросхемы IC1b. Также следует отметить, что, когда выход операционного усилителя IC2a или IC2b переходит в состояние низкого уровня, останавливая управление транзистора Q1 (через IC1b), состояние перегрузки по току или напряжению исчезает. В результате соответствующий выход компаратора снова размыкается, восстанавливая управление базой Q1. Если неисправность сохраняется, управление снова отключается, и этот цикл продолжается, то есть зарядное устройство будет включаться и выключаться.
Стабилитрон ZD3 обеспечивает опорное напряжение 5,1 В для подстроечных потенциометров VR1 и VR2, которое дополнительно понижается резистором 3,3 кОм, так что каждый подстроечный потенциометр имеет номинальный диапазон регулировки 0–3 В.
Питание 25 В для операционного усилителя IC2 и вентилятора поступает с плюсового вывода BR1 через диод D1. Эта шина фильтруется конденсатором ёмкостью 2200 мкФ на 50 В. Диоды D2 и D3 образуют удвоитель напряжения, который питается от входа переменного напряжения мостового выпрямителя через конденсатор ёмкостью 22 мкФ. Напряжение на следующем конденсаторе ёмкостью 220 мкФ ограничивается до 30 В последовательно соединёнными стабилитронами ZD1 и ZD2 и резистором 10 Ом.
Обратите внимание, что два стабилитрона рассчитаны на мощность 5 Вт, поскольку пиковый ток через них слишком велик для устройств мощностью 1 Вт. Резистор 10 Ом, включенный последовательно со стабилитронами, уменьшает пиковый ток.
Почему для получения напряжения 30 В используется шунт на стабилитроне, а не регулируемый трёхвыводной стабилизатор (например, LM317)? Поскольку широкий диапазон нагрузки трансформатора означает, что LM317 не справится с этой задачей.
Кстати, нам нужно питание 30 В для IC1, чтобы IC1b мог питать базу Q1 выше пикового напряжения 25 В, питающего силовые транзисторы. Вентилятор охлаждения радиатора питается от шины питания 25 В через резистор 56 Ом мощностью 5 Вт при замыкании переключателя термостата 50°C. Резистор 56 Ом снижает напряжение питания вентилятора примерно до 12 В при его работе. Схема управления представлена на рисунке ниже.
Управление, включающая в себя микросхемы IC3, IC4, микроконтроллер PIC IC5, модуль ЖК-дисплея и сопутствующие компоненты. IC3 — это аналоговый коммутатор типа 4051 с переключением «один из восьми». В схеме используются только три из восьми входов. Один выбирает напряжение батареи на выводе 2, второй выбирает сигнал тока на выводе 1, а третий принимает сигнал температуры на выводе 13.
Входное напряжение поступает с положительного вывода батареи через делитель выполненный на резисторах 22 кОм и 10 кОм, которые делят напряжение с коэффициентом 0,31. Напряжение выше 5 В на выводе 2 ограничивается диодом D4, а напряжение ниже 0 В — диодом D5. Последний необходим для защиты микросхемы IC3 от неправильного подключения батареи. Как вариант можно выбрать такую печатную плату системы управления.
Сигнал тока поступает непосредственно с выхода IC1a (см. схему) через последовательный резистор 10 кОм. Температура батареи измеряется с помощью LM335 (датчик 1). Это обеспечивает номинальный выходной сигнал 10 мВ/°C. Напряжение смещения при 0 °C обычно составляет 2,73 В. Подстроечный резистор VR3 делит выходное напряжение датчика 1, позволяя изменять напряжение с шагом 9,8 мВ/°C. Эта настройка необходима для учета индивидуальных колебаний выходного сигнала этих устройств.
Сигналы температуры, напряжения и тока, подаваемые на микросхему IC3, выбираются с помощью входов В и C на выводах 10 и 9 соответственно. Когда на входах В и C установлено значение 0 В, выбирается сигнал температуры (вывод 13). Когда на В низкий уровень, а на C высокий уровень, выбирается сигнал тока (вывод 1), а когда на В и C оба высокие уровни, выбирается сигнал напряжения (вывод 2).
Выбранный сигнал подается на микросхему IC4, 8-разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). IC4 формирует последовательные данные на выходе 6, которые подаются на вход RA4 (вывод 3) микроконтроллера PIC IC5. Линии RA2 и RA3 микросхемы IC5 управляют входами тактовой частоты и выбора микросхемы IC4. Внутренний генератор IC5 работает на частоте 4 МГц. Это обеспечивает точность временной развертки около 2%, что более чем достаточно для данного применения.
ЖК-модуль управляется выходами RB4–RB7 микросхемы IC5, а управление дисплеем осуществляется входами выбора регистра (RS) и разрешения (E) на выводах 4 и 6 соответственно. Линии данных RB4–RB7 также подключены к кнопкам S1–S4. Когда кнопка замкнута, и линия данных находится под высоким уровнем, он может подтянуть вход RA6 (вывод 15) к высокому уровню. Диоды D7–D9 включены для предотвращения короткого замыкания линий данных при одновременном нажатии нескольких кнопок. Вариант платы жк дисплея.
Входы RBO и RB2 имеют перемычки (JP1 и JP2). Обычно эти входы подтягиваются к высокому уровню с помощью внутренних подтягивающих резисторов и к низкому, если установлена соответствующая перемычка. Перемычка JP1 снимается для автоматического запуска, а перемычка JP2 – для изменения параметров. В соответствии с заложенным в него программным обеспечением, микросхема IC5 формирует выходной сигнал широтно-импульсной модуляции (ШИМ) на выводе 9. Напряжение меняется от 0 до 5 В с частотой около 4 кГц, а коэффициент заполнения варьируется 100% (полностью высокий уровень при 5 В) до нуля (полностью низкий уровень при 0 В).
Фильтрация этого сигнала позволяет получить постоянное напряжение, которое можно изменять с шагом около 5 мВ (т.е. с разрешением 10 бит). Фильтрация осуществляется резистором 10 кОм и конденсатором 1 нФ, что становится управляющим напряжением, подаваемым на вывод IC1b в схеме питания, показанной на рисунке выше.
Схема управления работает от источника питания 5 В, получаемого от регулируемого стабилизатора LM317 (REG1). Питание по шине +25 В осуществляется через резистор 330 Ом, что уменьшает рассеиваемую мощность стабилизатора. Подстроечный резистор VR4 установлен таким образом, чтобы выходное напряжение было максимально близко к 5 В. Это калибрует показания напряжения и тока, измеряемые микросхемой IC3.
Шасси и заземление схемы соединены между собой через конденсатор ёмкостью 470 нФ (см. рис. 4), который используется для шунтирования любых помех, присутствующих в источнике питания. Ну вот на этом со схемами и принципе работы все.
