Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Рассмотрим зарядное устройство с плавной регулировкой тока  собранное по схеме промышленного образца «Свитязь». Устройство отлично подходит для зарядки аккумуляторов разного типа, предназначенных для питания электрических сетей автомобилей, мотоциклов, фонарей и т.д с номинальным напряжением до 12В. Также прибор может работать в режиме источника питания с плавной регулировкой напряжения от 0 до 12В и мощностью не более 75 Вт.
В схеме предусмотрена защита от токов короткого замыкания со стороны аккумулятора и неправильного его подключения.

Технические характеристики промышленного образца типа «Свитязь» (аналог: УЗИ-П-12/6-6,3):
1. Питание устройства осуществляться от сети переменного напряжения 220 В с отклонениями, не превышающими +/-10% и частотой 50Гц.
2. Номинальное напряжение заряжаемых аккумуляторов 12 В
3. Максимальное значение силы тока зарядки:
-12-вольтового аккумулятора, не более, 6,3 А;
-6-вольтового аккумулятора, не более, 1,6 А.
При изменении напряжения питания на 10% устройство производит зарядку аккумуляторной батареи при незначительном изменении зарядного тока.
4. Время зарядки разряженного до максимального допустимого уровня двенадцати вольтового аккумулятора емкостью 55 А/ч не более 20 час.; шести вольтового аккумулятора емкостью 14 А/ч – 10 час.
5. Габаритные размеры устройства, не более , мм — 170x115x210.


Схема:

Я собрал это устройство по схеме которая полагалась к промышленному образцу. Схема не подвергалась переработке. Некоторые радиоэлементы были заменены на соответствующие аналоги.

1Рис.1. Принципиальная схема

Понижающий трансформатор служит для уменьшения напряжения питающей сети до величины, необходимой для зарядки аккумуляторных батарей. Я  применил трансформатор ТС-180-2 от старого телевизора. Вторичную обмотку трансформатора необходимо было перемотать проводом достаточной толщины для силы тока до 6А. Для этого намотал вторичную обмотку на напряжение 24В. Для этого использовал медный провод диаметром 2,5 мм. На 24 В в трансформаторе ТС-180-2 необходимо намотать 76 витков. То есть на один вольт необходимо 3,1 витка вторички.

Выпрямленное напряжение, а следовательно и величина зарядного тока регулируется посредством тиристора изменением момента времени (фазы) отпирания. Момент времени (фазы) отпирания тиристора задается переменным резистором, который выведен на переднюю панель устройства.


Устройство может работать в режиме источника питания. Последовательность включения устройства такая же, как в режиме зарядки аккумулятора, только тумблер необходимо поставить в другое положение

Примечание: В режиме работы устройства как источника питания, электронная защита от короткого замыкания отсутствует. Защита от короткого замыкания осуществляется предохранителем вторичной цепи трансформатора. Потребляемая мощность на нагрузке не более 75 Вт.

Детали:

Здесь представлен список деталей, которые использовал я.



Обозначение Наименование Кол-во

R1

 1,5 кОм 1

R2

 3,9 кОм 1

R3

 1 кОм 1

R4

 1 кОм 1

R6

 3,3 кОм 1

R7

470 Ом 1

R9, R10

6,8 кОм 2

R11

2,2 кОм І

R8

10 кОм І

С1

МБМ–160-0,5 мкФ 1

С2

МБМ – 750 — 0.25мкФ 1

VI , Vб

 Д242А 2

V3

КС156А 1

V7, V9,V4,V2,V8

1N4007 5

VT1

 КТ315Г 1

VT2, VТ3

 КТ361Б 2

VT4,  VT5

 КУ202Г 2

V5

 АЛ307Б 1

S1

 ТПІ-2 1

F

10 А 1

Тр.1

 ТС-180-2 1

РА

 Амперметр китайский, с переделанной шкалой и добавленным шунтом            0…6А 1

Печатная плата:

Печатная плата

Рис.2. Печатная плата

Фото устройства:

IMG_4577_1Рис.3. Внешний вид управляющей платы IMG_4580_1Рис.4. Диодный мост


IMG_4701Рис.5. Внешний вид зарядного устройства

Порядок работы:

1. Установите устройство в рабочее положение.

2. Поставьте тумблер в положение зарядки аккумулятора.

3. Подсоедините аккумулятор к устройству соединительными выходными проводами, соблюдая полярность («+» аккумулятора к «+» устройства и «-»  к «-«, соответственно).

Выверните из аккумулятора пробки, проверьте уровень электролита и в случае необходимости, доведите до нормы.

4. Убедитесь, что тумблер в положении зарядки аккумуляторной батареи и ручка потенциометра в крайнем левом положении. Вставьте вилку сетевого шнура в розетку электросети. При этом должен заго-реться светодиод на лицевой панели.

5. Доведите ток зарядки до требуемой величины вращением ручки потенциометра.

6. В процессе зарядки происходит уменьшение зарядного тока в результате выравнивания выходного напряжения устройства и аккумуляторной батарея, поэтому каждые 1-2 часа заряда поворотом ручки необходимо восстанавливать нужную величину зарядного тока.

7. Во время заряда необходимо следить за температурой электролита, не допуская повышения ее более плюс 45 °С.


Окончание заряда аккумуляторной батареи определяется по плотности электролита, постоянству напряжения в течение не менее 3-х часов и обильному газовыделению.

В полностью заряженной батарее плотность электролита, замеренная при + 15°С должна быть 1,27 г/см3 для средней климатической зоны и 1,25 г/см3 — для южной. Поскольку с повышением температуры плотность его уменьшается, а при понижении увеличивается, на каждые 10 °С следует вносить соответственно поправку, разную 0,01 г/см3.

8. Отключите устройство от сети, батарею от устройства. Оставьте аккумулятор открытым на 3-4 ч. Заверните пробки аккумулятора. Аккумулятор готов к работе.

Файлы к проекту:
[hidepost]Печатная плата[/hidepost]

meandr.org

Устройство самоделки

Нормальное напряжение на аккумуляторе, отключенном от автомобиля, находится в пределах между 12,5 в и 15 в. Поэтому зарядное устройство должно выдавать такое же напряжение. Ток заряда должен быть равен примерно 0,1 от емкости, он может быть и меньше, но это увеличит время зарядки. Для стандартной батареи емкостью 70-80 а/ч ток должен быть равен 5-10 амперам в зависимости от конкретного аккумулятора. Наше самодельное зарядное устройство для АКБ должно соответствовать этим параметрам. Для сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора нам потребуются следующие элементы:


Трансформатор. Нам подойдет любой из старого электроприбора или купленный на рынке с габаритной мощностью порядка 150 Ватт, можно больше, но не меньше, иначе он будет сильно нагреваться и может выйти из строя. Отлично, если напряжение его выходных обмоток составляет 12,5-15 В, а ток порядка 5-10 ампер. Посмотреть эти параметры можно в документации к вашей детали. Если же нужной вторичной обмотки нет, то необходимо будет перемотать трансформатор под другое выходное напряжение. Для этого:

  1. Удалите все ненужные вторичные обмотки, оставив только первичную.Обмотки трансформатора
  2. Выполните расчёт необходимого числа витков и сечения проволоки для подходящего напряжения и тока. Для этого есть специальные калькуляторы и формулы из курса физики. Необходимый диаметр проволоки рассчитывается по таблице ниже. Проволока обязательно должна быть в лаковой изоляции. А число витков определяется соотношением: U1/U2=N1/N2. Отсюда следует, что если у вас первичная обмотка состоит из 480 витков, то для получения 13 Вольт на выходе необходимо намотать всего 26 витков, так как напряжение сети – 220 Вольт.Таблица диаметров проволоки
  3. После этого уложите проволоку на основу виток к витку, делая изоляцию между слоями бумагой или изолентой в несколько слоев. Конец и начало обмоток выведите и надежно закрепите на корпусе. Чтобы припаять к ним провода, зачистите изоляцию ножом.
  4. Для уменьшения шума и вибраций, а также улучшения изоляции, можно пропитать устройство парафином.

Таким образом мы нашли или собрали идеальный трансформатор, чтобы сделать зарядное устройство для аккумулятора своими руками.

Нам также понадобятся:

  • 4 Диода. Подойдут любые диоды с током не менее 10 ампер. Одни из самых популярных: импортные – 10A10, отечественные – Д242А, 2Д203А, КД213Б. Или диодные мосты, например: КВРС1001, КВРС1002 и их аналоги.Диод
  • 4 радиатора для диодов. Можно, конечно, обойтись и без них на малых токах порядка 3-5 Ампер. Но это может привести к их быстрому выходу из строя, поэтому необходимы радиаторы площадью 32 кв. см или 128 кв. см для диодного моста. Их можно сделать из листового алюминия или использовать кулеры от компьютера и материнских плат.
  • Разборная электрическая вилка или сетевой шнур.
  • Медные провода сечением не меньше 2,5 кв. мм.
  • Предохранители на 0,5А и на 10А.

  • Термоусадочная трубка или изолента.
  • Пластина из диэлектрика, а еще лучше – корпус, например фанерный или пластиковый.
  • Кусок нихромовой проволоки от электроплитки.Нихромовая проволока
  • Мультиметр или вольтметр с амперметром.
  • Паяльник, припой и флюс (канифоль или ЛТИ-120).Паяльник
  • Еще несколько радиокомпонентов, если мы хотим сделать устройство с защитой и автоматическим отключением.

Подготовив все материалы можно переходить к самому процессу сборки автомобильного ЗУ.

Технология сборки

Чтобы сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, необходимо следовать пошаговой инструкции:

  1. Создаем схему самодельной зарядки для АКБ. В нашем случае она будет выглядеть следующим образом:Электрическая схема
  2. Используем трансформатор ТС-180-2. Он имеет несколько первичных и вторичных обмоток. Для работы с ним нужно соединить последовательно две первичные и две вторичные обмотки, чтобы получить нужное напряжения и ток на выходе.
    Трансформатор ТС-180-2

  3. С помощью медного провода соединяем между собой выводы 9 и 9’.Перемычка между выводами
  4. На стеклотекстолитовой пластине собираем диодный мост из диодов и радиаторов (как показано на фото).Диодный мост из четырех диодов Д242А
  5. Выводы 10 и 10’ подключаем к диодному мосту.
  6. Между выводами 1 и 1’ устанавливаем перемычку.Перемычка на трансформаторе
  7. К выводам 2 и 2’ с помощью паяльника крепим сетевой шнур с вилкой.
  8. В первичную цепь подключаем предохранитель на 0,5 А, 10-амперный соответственно во вторичную.
  9. В разрыв между диодным мостом и аккумулятором подключаем амперметр и отрезок нихромовой проволоки. Один конец которой закрепляем, а второй должен обеспечивать подвижный контакт, таким образом будет меняться сопротивление и ограничиваться ток, подаваемый на аккумулятор.
  10. Изолируем все соединения термоусадкой или изолентой и помещаем устройство в корпус. Это необходимо, чтобы избежать поражения электрическим током.
  11. Устанавливаем подвижный контакт на конец проволоки, чтобы ее длинна и соответственно сопротивление были максимальны. И подключаем аккумулятор. Уменьшая и увеличивая длину проволоки, необходимо выставить нужное значение тока для вашего аккумулятора (0,1 от его емкости).
  12. В процессе зарядки сила тока, подаваемая на аккумулятор, будет сама уменьшаться и когда она достигнет 1 ампера можно сказать, что аккумулятор зарядился. Желательно также контролировать непосредственно напряжение на батарее, однако для этого его необходимо отключить от з/у, так как при зарядке оно будет немного выше реальных значений.

Первый запуск собранной схемы любого источника питания или ЗУ всегда производят через лампу накаливания, если она загорелась в полный накал — или где-то ошибка, или первичная обмотка замкнута! Лампу накаливания устанавливают в разрыв фазного или нулевого провода, питающих первичную обмотку.

Данная схема самодельного зарядного устройства для АКБ имеет один большой недостаток – она не умеет самостоятельно отключать аккумулятор от зарядки после достижения нужного напряжения. Поэтому вам придется постоянно следить за показаниями вольтметра и амперметра. Есть конструкция, лишенная этого недостатка, однако для ее сборки потребуется дополнительные детали и больше усилий.

Схема зарядного для автомобильного аккумулятора

samelectrik.ru

Буквально совсем недавно я выкладывал пару обзоров зарядных устройств, но так получилось, что случайно ко мне попало еще одно. К сожалению оно также на 12.6 Вольт (3S сборка литиевых аккумуляторов), но я решил, что обзор может быть полезен из-за низкой цены. Увы, не все так, как хотелось бы, но об этом уже в обзоре.

Было заказано 10 штук зарядных устройств, на момент заказа цена была $8.13, то ли акция была, то ли продавец цену сейчас поднял, не знаю. Чтобы не было проблем с таможней, заказал двумя заказами.
Любопытно что упаковки были разные, видно коробки были те, что попались под руку, но упаковано было плотно.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

В любом случае пришло все, каждое зарядное упаковано в отдельную картонную коробку, кабели лежали отдельно.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

В комплект входит собственно зарядное устройство и кабель питания.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Из десяти кабелей один попался с вилкой у которой плоские штыри, хотя в заказе было указано — EU. Не критично, но неприятно.
А вот второй нюанс куда интереснее. В описании лота указано — Liitokala 12.6 В 3A зарядное устройство. Если насчет 12.6 и 3 все понятно, то вот насчет Литокала возникли некоторые вопросы. В принципе, насколько мне известно, Литокала не производит подобных зарядных устройств. Но на зарядных устройствах присутствует наклейка Liitokala, причем оригинально, в одной коробке были, в другой нет. Хотя если смотреть на фото, то можно понять, что разницы между ними никакой нет, вернее разница только в наклейке.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Корпус — привычный "брусок" черного цвета, на одной стороне расположен разъем подключения кабеля питания, на другой кабель для подключения к потребителю. Разъем 5.5/2.1мм.
Со стороны кабеля находится светодиод индикации режима работы.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Но меня интересовало это зарядное не только само по себе, а и в сравнении с тем, что я обозревал ранее.
Напомню, зарядное устройство с теми же заявленными характеристиками, 12.6 Вольта 3 Ампера, на вид также почти такое же, корпус чуть больше. Ссылка на обзор, чтобы понимать о чем идет речь.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Справа обозреваемое, слева то, что я разбирал ранее. Даже здесь видны некоторые отличия.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Зарядные устройства я покупал не себе, потому перед разборкой пришлось спросить товарища, не против ли он, если я его разберу для обзора, так как половинки корпуса склеены. Возражений не последовало, потому разобрал.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Внутри отличий гораздо больше. Как минимум у предыдущего трансформатор имеет магнитопровод большего размера, на фото это не так заметно, мешает скотч. Хуже изоляция радиаторов, вернее она есть в небольшом количестве только на радиаторе транзистора.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Ну а входной фильтр. Справа обозреваемый экземпляр, диодный мост попроще, дросселя нет, предохранитель обычный.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

На выходе ситуация немного лучше. Хотя нет, точнее сказать — не сильно отличается от предыдущего, также два конденсатора и также нет дросселя по выходу. И кстати, как и у предыдущего есть место под вторую диодную сборку.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Вынимаем плату из корпуса для более тщательного осмотра, так как еще при первом взгляде мне показалось, что отличий больше.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

1. Входные диоды 1N4007, фильтр отсутствует, зато конденсатор емкостью 82мкФ. Даже с учетом что реальная емкость китайских конденсаторов обычно занижена, все равно нормально для зарядного мощностью 35-40 Ватт.
2. Транзистор 8N65, вполне нормально для такой мощности.
3. Помехоподавляющий конденсатор правильный, потому безопасность в основном упирается упирается в отсутствие изоляции радиаторов и защитных прорезей в плате.
4. Выходная диодная сборка 10 Ампер 100 Вольт, нормально как по напряжению, так и по току. Конденсаторы 1000мкФ 25 Вольт, также вопросов особо нет, за исключением их "безродности".
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

На удивление плата спаяна даже аккуратно, конечно ей далеко до фирменных устройств, но в целом нормально.
Защитных прорезей нет, но расстояние между "горячей" и "холодной" сторонами довольно неплохое.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Первичная сторона блока питания. На всякий случай, если кому-то придется ремонтировать подобное зарядное.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

А вот и первый косяк. Хотя по большому счету я даже не знаю как корректно назвать то, что я увидел.
Сверху на плате виден желтый помехоподавляющий конденсатор Х класса, так вот он не участвует в процессе. Не, ну бывает что паяют перемычки вместо дросселя, я уже к этому давно привык, но впаять конденсатор и не использовать его.
На фото я обозначил как запаян термистор и предохранитель, видно что конденсатор (справа) ни с чем не соединен. Странное решение 🙂
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Как и в прошлый раз меня куда больше интересует вторичная сторона, так как первичная обычно имеет настолько маленькие отличия от других, что ее уже можно по памяти рисовать.
Как и предыдущие зарядные устройства, схема основана на операционном усилителе LM358, никаких "умных" контроллеров и в помине нет.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Вся электроника это ШИМ контроллер 6853K09, его подключение идентично контроллерам — 63D39, 63D12, и все они очень похожи на FAN6862. А также ОУ LM358, классика дешевых зарядных устройств.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Перечертил схему, хотя в данном случае по сути это компиляция из схемы блока питания, и предыдущего зарядного устройства 12.6 Вольта 1 Ампер, которые я описывал ранее, но с некоторыми отличиями.
Позиционные номера компонентов совпадают со схемой, по крайней мере в большинстве случаев 🙂

Сходство выходной части ну очень большое со схемой этого зарядного, а в какой то мере схема даже проще. Но в любом случае обе схемы гораздо проще, чем у предыдущего варианта 3 Ампера зарядного. Там было двойное питание и при желании можно было получить почти нулевое потребление когда зарядное не подключено к сети.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Схемотехника выходной части также примитивна, синий — стабилизация напряжения, красный — тока, синий — индикация, зеленый — опорное напряжение.
Это один из самых простых вариантов зарядных устройств, проще только на базе LM317 или резистора, но второй вариант не используется с литиевыми батареями (по крайней мере попадается крайне редко).
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Первые тесты по моей методике тестирования зарядных устройств.
1. Выходное напряжение на холостом ходу заметно завышено, примерно по 40мВ на элемент. Это означает, что каждый элемент будет заряжаться до 4.24, а не до 4.20 Вольта. В таком варианте больше шансов получить срабатывание платы защиты аккумуляторной сборки. У предыдущего варианта было 20мВ превышение.
2. Собственный ток потребления без сети составляет 11мА, у предыдущего 7мА, а у 1А версии 14мА. Но у предыдущей версии 3 Ампера можно этот ток заметно снизить, у обозреваемого это сделать заметно сложнее, хотя и реально.
3. Ток заряда 3.23 Ампера, что почти на 10% больше заявленного. По большому счету ничего страшного в этом нет, просто аккумуляторы зарядятся чуть быстрее, но в моем случае повышенный ток "вылез боком".
4. Переключение индикации с красного на зеленый происходит при 359мА, что немного больше чем стандартная 1/10 от исходного тока. Не критично.
5, 6. Ток заряда через 5 и через 10 минут после срабатывания индикации. Как и следовало из схемы, данное зарядное не умет отключать аккумуляторы по завершении процесса, продолжая оставлять их под током. Для типичного сценария зарядил/отключил это неважно, но на неделю я бы не стал оставлять.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Следующий тест под нагрузкой, как всегда проверяем две вещи:
1. Нагрев.
2. Уход напряжения после прогрева.

Электронная нагрузка в таком тесте подключается до шунта чтобы зарядное не переходило в режим стабилизации тока (хотя в итоге все равно светил красный индикатор), и ток нагрузки выбирается таким, какой был измерен в предыдущем тесте.

Напряжение после получасового прогрева заметно убежало от исходного. Конечно по завершении заряда падает и нагрев, но сначала зарядное доведет напряжение батареи до 12.7 Вольта, а после остывания снизит до 12.68. Хотя стоп, почему снизит, без нагрузки на выходе было 12.72, потому даже скорее повысит. Жаль нет подстроечного резистора для коррекции.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

На графике виден уход напряжения при нагреве. У предыдущего 3 Ампера зарядного уход был 0.005 Вольта! Как говорится — почувствуйте разницу.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

С нагревом также картина не очень веселая. Сначала температура корпуса и компонентов после получасового прогрева.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

А теперь через 1 час 14 минут. Самая высокая температура зарегистрирована в районе обмотки трансформатора, более 100 градусов.
Я бы не сказал что все так уж плохо, так как зарядное работает обычно час-два, максимум три, дальше обычно аккумулятор заряжается и нагрев падает. Кроме того, на начальном этапе нагрев будет немного меньше, так как выходная мощность зарядного меньше. Например на каждом аккумуляторе 3.8 Вольта, в сумме выходит 3.8х3х3.2=36,5 Ватта, а почти в самом конце заряда (в этом режиме я проводил тест) — 4,2х3х3,2=40,3, на 10 процентов больше.

Температура отдельных компонентов в конце теста —
Входной диодный мост — 74.5
Высоковольтный транзистор — 86.3
Трансформатор — 94.8
Обмотка трансформатора — 102.8
Выходная диодная сборка — 99.9
Выходные конденсаторы — 82.4

Термограмма с двух ракурсов.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

На мой взгляд проблема перегрева кроется в нескольких вещах и первая — малый запас по мощности трансформатора. Вторая — завышенный выходной ток, почти 10% это немало. Я считаю, что стоит снизить его хотя бы до заявленного значения, а в идеале опустить до 2.8 Ампера. В таком варианте работать должно нормально.
Как и в прошлый раз (в обзоре 1 А зарядного) я советую изменить номиналы делителя. В данном случае либо увеличить R20, либо уменьшить R22. Так как уменьшить проще чем увеличить, то лучше сделать именно так, например припаяв параллельно резистор номиналом 8.2-10кОм. Чем меньше сопротивление резистора, тем меньше будет выходной ток.
Зарядное устройство на 6 вольт своими руками

Выводы просты. Главное преимущество данного зарядного — цена, дешевле мне пока не попадалось. Как вы понимаете, цена определяется обычно качеством сборки и работы. А в данном случае производитель явно экономил почти на всем. Но даже в таком варианте зарядное работает, но я бы советовал его немного доработать. Сама по себе доработка проста, самая большая сложность это аккуратное вскрытие.
Но в любом случае к Литокале данные изделия имеют примерно такое же отношение как я к балету 🙂

Вот и все. Надеюсь что обзор был полезен, как всегда жду комментариев и вопросов.

www.kirich.blog

Состав и термины

Автозарядка состоит из первичного источника электропитания для собственно зарядного устройства, которое обеспечивает заданный режим заряда аккумуляторной батареи, и схем защиты ее от разного рода нештатных ситуаций. Схемотехнически эти узлы могут быть в той или иной степени объединены. Далее для краткости употребляются след. сокращения:

  • АКБ – аккумуляторная батарея.
  • ПИ – первичный источник питания.
  • ИП – любой другой источник питания.
  • УЗ – устройство защиты.
  • ТЗ – защита по току.
  • ЗН – защита от перенапряжения.

Зачем нужна зарядка

Свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются «дубовостью», эксплуатационной выносливостью, отчего и держатся нерушимо в автотранспорте. Причина – простота электрохимических процессов в свинцово-кислотной АКБ. Для контроля за ее текущим состоянием в большинстве случаев достаточно знать величину напряжения всей батареи без разбивки по банкам. Но перезаряд свинцово-кислотной АКБ может вызвать вскипание электролита в ней. На ходу автомобиля это очень опасно, поэтому в бортсети АКБ хронически недозаряжается. Постоянный недозаряд приводит к преждевременной сульфатации пластин и снижению ресурса АКБ. Ситуация усугубляется в холодное время года, даже если гараж или место стоянки отапливается, т.к. до комнатной температуры их не греют. Если же в перерывах между поездками дозаряжать АКБ по максимуму, сколько она способна принять энергии при данной наружной температуре, то «акумыч» проживет хорошо и долго даже в суровых условиях. Дозаряд АКБ как раз и обеспечивает зарядное устройство для аккумулятора, но это еще не все. Правильно построенное зарядное устройство дает также десульфатирующий эффект. Если зимой ежесуточно на ночь снимать АКБ и ставить на дозаряд, она выдерживает количество циклов заряд-разряд в 1,5-2 раза против прописанного в ТУ в расчете на типовой режим эксплуатации. Также зарядка с десульфатацией иногда способна спасти АКБ, «убитую», напр., при попытках завести машину на холоде. И, наконец, емкость неиспользуемой АКБ за месяц падает на 15-30% вследствие саморазряда. Если же на это время поставить АКБ на содержание под током от зарядки (см. далее), то аккумулятор будет всегда свежим. И, между прочим, постановка неиспользуемой АКБ на содержание также уменьшает сульфатацию пластин.

Как работает АКБ

Свинцовые АКБ заряжают током, равным току их 10-часового разряда: 6 А для АКБ на 60 А/ч, 9 А для 90 А/ч, 12 А для 120 А/ч. Больший ток вызовет перегрев и, возможно, вскипание электролита, отчего ресурс батареи резко снижается вплоть до полной негодности. Меньший зарядный ток ресурс АКБ практически не увеличивает, но удлиняет время заряда.

Зарядный ток в АКБ течет обратно рабочему. Важнейшее условие при этом – напряжение на АКБ не должно превысить 2,7 В на банку (8,1 В для 6 В АКБ, 16,2 В для 12 В АКБ, 27 В для 24 В АКБ), иначе начнется химическое разложение электролита, пластин, и АКБ закипит даже при небольшом зарядном токе. Чтобы полностью исключить закипание, допустимое напряжение заряда ограничивают 2,6 В на банку (7,8 В, 15,6 В, 26 В соотв.); при этом недозаряд по энергии составит менее 5% и усиления сульфатации не будет.

Если отключить полностью заряженную АКБ от ЗУ, дать ей остыть и померить напряжение без нагрузки, увидим 2,4 В на банку (6,8 В, 14,4 В, 24 В). В работе при разряде напряжение АКБ плавно падает до 1,8 В на банку (5,4 В, 10,8 В, 21,6 В), после чего батарея считается полностью разряженной. На самом деле в ней остается ок. 25% «закачанной» при заряде энергии, и способы «высосать» ее в экстренной ситуации до последнего эрга есть, но АКБ после этого придется сдать на утилизацию. Выбрасывать нельзя, там свинец.

Температурная зависимость напряжения полностью заряженной АКБ существенна. Если дать заряд на АКБ, еще не остывшую от экстратока разряда (стартер в момент пуска берет до 600 А, а крутящий до 75 А), то напряжение на ней может резко прыгнуть, т.к. отклик свинцового аккумулятора током потребления на скачок приложенного напряжения сильно, по меркам электроники, затянут, до десятков мс. Получим саморазогрев и вскипание электролита на борту. Поэтому в бортсети машины напряжение на АКБ ограничивают 2,35 В на банку (7,05 В, 14,1 В, 23,5 В), что и вызывает хронический недозаряд.

При заряде от внешнего ЗУ напряжение на АКБ ограничивают величиной 2,4 В на банку (6,8 В, 14,4 В, 24 В), т.к. «наливать энергии по горлышко», до 2,6 В на банку, рискованно – АКБ при заряде греется и может уйти в саморазогрев. Полностью АКБ дозаряжают и предохраняют от саморазряда т. наз. током содержания, равным 0,5-1 тока 100-часового разряда (0,3-0,6 А, 0,45-0,9 А и 0,6-1,2 А для АКБ на 60 А/ч, 90 А/ч и 120 А/ч соотв.); напряжение на батарее при этом не должно превысить 2,6 В на банку. Практически для этого в ЗУ ставят защиту от перенапряжения на 15,6 В для 12 В АКБ, 7,8 В и 26 В для 6 В и 24 В АКБ. Если она сработала, АКБ приняла энергии, сколько может, и дальше ее заряжать нельзя.

Требования к зарядке

Исходя из условий эксплуатации индивидуального автотранспорта и указанных условий режима заряда АКБ, требования к ЗУ для автоаккумулятора вырисовываются такие:

  • Самодельное ЗУ для автоаккумулятора должно быть автономным, не требующим присмотра и контроля тока/напряжения заряда, т.к. АКБ будет ставиться на заряд преимущественно на ночь;
  • ПИ ЗУ должен обеспечивать стабильное напряжение 14,4 В, допустимо, в случае, когда на УЗ есть падение напряжения, 15,6 В;
  • УЗ должно обеспечивать необратимое отключение АКБ от ЗУ как при превышении тока заряда, так и при повышении напряжения на АКБ свыше 15,6 В. Необратимое значит, что УЗ должно быть самоблокирующимся, т.е. для сброса его в исходное состояние нужно будет выключить и снова включить ИП;
  • Также УЗ должно обеспечивать защиту от переполюсовки, т.е. неправильного, в обратной полярности, подключения АКБ. При соблюдении условий по п. 3 защита от переполюсовки обеспечивается автоматически.

О переполюсовке

В случае переполюсовки АКБ возможны 2 случая: АКБ исправна недозаряжена либо глубоко разряжена и/или «доходная», истощенная, в значительной степени выработавшая ресурс, или же на заряд неправильно подключают полностью заряженную батарею. В первом случае (исправна недозаряжена) ток заряда увеличивается сверх номинального. Во втором перед этим на короткое время «прыгнет» напряжение АКБ сверх заданного ИП, а потом сразу «шарахнет» экстраток и АКБ вскипит. В последней ситуации, чтобы спасти АКБ от непоправимой порчи, ее нужно успеть отключить по перенапряжению.

Как не нужно!

Поговорим вначале и типичных ошибках конструирования самодельных ЗУ для свинцовых АКБ. Первую иллюстрируют поз. вверху. Подключение непосредственно к бытовой электросети (слева) обсуждения не стоит. Это не ошибка, это грубейшее и опасное нарушение ПТБ. Ошибка – в ограничении тока заряда емкостным балластом. Дорогой, кстати, это способ по сегодняшним меркам: одна только батарея масляно-бумажных конденсаторов на 32 мкФ 350 В (на меньшее напряжение нельзя) стоит больше, чем хорошая фирменная зарядка.

Но главное – в сети появляется реактивная нагрузка. Если в вашем электросчетчике есть индикатор реактивности (светодиод «Возврат»), то при включении этих зарядок в сеть он вспыхнет. Управление современным электрохозяйством невозможно без компьютеров, а «обратка» сбивает электронику с толку даже до отключений по ложной аварии. Поэтому теперешние электрики к реактивке беспощадны. Ну, а вдруг обнаружится, что ее источник неграмотный или излишне хитроумный потребитель, то… не будем на ночь глядя.

Схема внизу, если на считать того же емкостного балласта, разработана квалифицированно, это ЗУ защитит АКБ, образно говоря, и от Тунгусского метеорита; (с подробным ее описанием можно познакомиться здесь: //ydoma.info/avtomobil-zaryadnoe-ustrojstvo-dlya-avtomobilnogo-akkumulyatora.html). Но, при всем уважении к безусловно знающему свое дело автору, строить так сложно (и дорого) ЗУ для свинцовых АКБ все равно что назначать командовать взводом опытных закаленных солдат нянечку из детсадика. Свинцовому аккумулятору для хорошей жизни нужно немногое. Чем мы далее и займемся.

Защита

УЗ для АКБ что броня для танка, так что с него и начнем. УЗ для самодельного ЗУ АКБ желательно делать, разумеется, попроще. Далее, УЗ также желательно строить автономным, чтобы через него можно было подключать АКБ к любому ЗУ, схема которого вам приглянется, или которое у вас уже есть. И последнее, УЗ должно срабатывать как можно четче и быстрее, для возможности использования его в схемах заряда современных аккумуляторов с герметичными банками.

Простейшая защита от переполюсовки диодами Шоттки (слева на рис.) не спасет от экстратока перезаряда или при неправильном подключении исправной недозаряженной АКБ. Разве что путем сгорания недешевой диодной сборки. Если аккумулятор «новый, хороший», то, пока руки не дойдут до «нового, хорошего» ЗУ, может выручить интегрированная защита по схеме справа; ее можно встроить в уже имеющийся самодельный лабораторный ИП.

В данной схеме используются медленный отклик АКБ на скачок напряжения и гистерезис реле: их ток (и напряжение) отпускания в 2,5-4 раза меньше тока/напряжения срабатывания. Любое ЗУ АКБ включают только с подключенной АКБ. Реле – переменного тока на напряжение срабатывания 24 В и ток через контакты от 6 (9, 12) А. При включении ЗУ реле срабатывает, контакты его замыкаются, пошел заряд. Напряжение на выходе трансформатора падает ниже 24 В, но на выходе ЗУ остается 14,4 В, выставленных заранее под нагрузкой R3 в схеме стабилизации напряжения. Реле пока держит, но, вдруг пошел экстраток, первичное напряжение просядет больше, реле отпустит и цепь заряда разорвется.

Недостатки у этого ЗУ серьезные. Во-первых, нет защиты от скачка напряжения по выходу от переполюсовки истощенной АКБ. Во-вторых, нет самоблокировки: от экстратока реле будет хлопать и хлопать, пока контакты не обгорят. В-третьих, нечеткое срабатывание: любое реле по недонапряжению на обмотке отпускает с дребезгом контактов. Поэтому пытаться ввести в эту схему регулировку тока срабатывания бессмысленно. И, наконец, реле и трансформатор Т1 должны быть подобраны друг к другу, т.е. повторяемость данного устройства близка к нулевой.

Схема УЗ, полностью соответствующая указанным выше требованиям, дана на рис.:

Ток заряда течет через нормально замкнутые контакты реле K1, что намного уменьшает вероятность их обгорания. Обмотка K1 подключена по логической схеме диодного «или» к модулю защиты от экстратока (R1, VT1, VD1), модулю защиты от перенапряжения (R2, R3, R4, VT2, VD2) и цепи самоблокировки K1.2, VD3; порог срабатывания K1 по перенапряжению устанавливается R3. Недостаток у этого УЗ всего один, его нужно налаживать с использованием балластной нагрузки и мультиметра:

  • Выпаивают (или пока не запаивают) K1, VD2 и VD3.
  • Вместо обмотки K1 включают мультиметр, установленный на измерение напряжения 20 В.
  • Вместо АКБ подключают резистор не менее чем на 25 Вт сопротивлением 2,4 Ом для тока заряда 6 А, 1,6 Ом на ток заряда 9 А и 1,2 Ом на ток 12 А; его можно накрутить из той же проволоки, что и R1.
  • Подают на вход напряжение 15,6 В от ЗУ. Мультиметр покажет напряжение (токовая защита сработала), т.к. сопротивление R1 выбрано с небольшим избытком.
  • Уменьшают немного напряжение ЗУ, пока мультиметр не покажет 0. Записывают полученное значение выходного напряжения ЗУ. Альтернатива – неизменное напряжение ЗУ и трудоемкая подгонка R1.
  • VT1 выпаивают, K1 и VD2 запаивают на место, движок R3 ставят в крайнее нижнее по схеме положение.
  • Напряжение ЗУ увеличивают, пока на нагрузке не окажется 15,6 В.
  • Плавно вращают движок R3 до срабатывания K1.
  • Уменьшают напряжение ЗУ до записанного ранее значения.
  • Впаивают на место VT1 и VD3 – схема готова к финальным испытаниям.
  • Через амперметр подключают исправную недозаряженную АКБ; к ней – мультиметр, установленный на напряжение.
  • Пробный заряд проводят с непрерывным контролем. Когда мультиметр покажет 14,4 В на АКБ, засекают ток содержания. Скорее всего он будет в норме для данной АКБ (см. выше); желательно, чтобы ближе к нижнему пределу.
  • Если ток содержания великоват, еще немного уменьшают напряжение ЗУ.

Примечание: чтобы не резать много раз нихром для R1 – его удельное сопротивление 1 Ом*м/кв. мм. Т.е., 1 м нихромовой проволоки сечением 1 кв. мм имеет сопротивление 1 Ом.

ПИ или ИБП?

В наши дни компьютерный импульсный блок питания (ИБП) может оказаться доступнее трансформатора на железе; вдруг он просто в хламе валяется. ИБП часто переделывают в лабораторные БП, но, вообще говоря, это плохой вариант. Выходное напряжение по каналу +12 В удается задрать максимум до 16-17 В, чего для конструкторско-исследовательских целей маловато. А уровень импульсных помех на выходе тогда, мягко говоря, великоват. Как налаживать УМЗЧ с собственными шумами в –66 дБ (что еще очень скромненько), если по питанию «шерсти прет» на –44 дБ или хуже того? Но вот зарядка для аккумулятора автомобиля на 60 А/ч из ИБП получается отличная, и отдельную защиту городить не надо, все уже есть. Переделывают ИБП в авто ЗУ в целом след. образом:

  1. Удаляют выходные провода кроме желтых (+12 В), черных (общий, масса, GND) и зеленого провода логического включения PC ON;
  2. Провод PC ON закорачивают на массу (соединяют с любым из черных);
  3. Ставят механический выключатель сети, если нет штатного сзади;
  4. По схеме или руководствуясь собственным опытом, ищут в обвязке стабилизатора +12 В резистор в цепи обратной связи Rcs;
  5. Заменяют его потенциометром на 10 кОм Rн;
  6. Вращая движок Rн, устанавливают в канале +12 В напряжение +14,4 В;
  7. Замеряют полученное значение Rн и вместо Rcs впаивают постоянный резистор ближайшего номинала из стандартного ряда, допуск на разброс до 2%;
  8. По возможности встраивают в ИБП универсальный указатель напряжения и тока (см. далее) для контроля заряда, питание его – от цепи заряда или +5 В (красный провод);
  9. Сводят желтые и черные провода в отдельные жгуты, надежно присоединяют к ним токовые шланги с зажимами для подключения к АКБ – зарядка готова!

Примечание: подробно два варианта переделки ИБП в ЗУ АКБ можете посмотреть на видео ниже.

Видео: примеры переделки компьютерных БП в ЗУ для АКБ


ИП

Если лишнего ИБП под рукой нет, то для ИП ЗУ нужно искать трансформатор на железе, его собственная постоянная времени (электрическая инерция) больше таковой АКБ, что очень хорошо по безопасности пользования. «Лепить» самодельный ИБП ни в коем случае не надо, его постоянная времени по выходу на 2 порядка меньше, чем у АКБ. Самодельный ИБП для ЗУ без сложных встроенных схем защиты способен стать причиной разного рода нештатных ситуаций. Помните – кипение электролита это туман и брызги крепкой ядовитой кислоты! А если АКБ с герметичными банками, то возможен и ее взрыв!

ИП ЗУ состоит из понижающего трансформатора и выпрямителя. Сглаживающий фильтр для зарядки АКБ не нужен. Трансформатор ИП ЗУ рекомендуют искать силовой с накальными обмотками от старых ламповых телевизоров – ТС-130, ТС-180, ТС-220, ТС-270. По мощности они годятся с избытком, но, во-первых, от влаги никак не защищены, в гараже могут и не перезимовать. Во-вторых, специалисты по вторичным металлам прекрасно знают, сколько выручки дает ТС, и найти их становится все труднее.

Если нет желания и/или возможности рассчитать и намотать трансформатор самому, для ИП ЗУ лучше будет купить трансформатор ТП или ТПП, они дешевле, чем ИБП б/у. Мощность – от 50 Вт, ее указывают последние 2 цифры в обозначении типономинала, напр. ТПП 36-220-80. 3 цифры в середине – рабочее напряжение первичной обмотки, а первые 2 или 3 кодируют количество и напряжение вторичных обмоток, оно 6,3 или 12,6 В на обмотку. Предпочтение следует отдавать трансформаторам в паровлагозащищенном исполнении («зеленым», слева на рис.), они способны неограниченно долгое время работать в атмосфере с влажностью 100% и примесями химически агрессивных паров. Трансформатор с обмотками на каркасе из плавкого пластика (справа) – вариант на самый крайний случай. Такие не рассчитаны на эксплуатацию в условиях ЗУ: работу свыше 50% времени использования на полной мощности с систематическими перегрузками по току. Вдруг берете такой, его мощность нужна от 120 Вт.

Примечание: ТП и ТПП лучше брать на одно первичное напряжение 220 В, такие при прочих равных условиях на 10-15% дешевле.

Типовые схемы соединения обмоток ТП и ТПП на 12,6 В под выпрямление мостом или двухполупериодное со средней точкой даны на рис. слева и справа:

У конкретного экземпляра они могут отличаться, т.к. производители вправе произвольно менять разводку выводов по ТУ заказчика. Остатки идут в продажу, а выпуск особо популярного типономинала может быть продолжен для рынка. Поэтому, приобретая ТП или ТПП, сверяйтесь со спецификацией к нему; если ее нет, придется вызванивать обмотки. Общие правила разводки выводов и соединения обмоток ТП/ТПП такие:

  1. Сетевые (первичные) обмотки выводятся на первые номера.
  2. Межобмоточные экраны выводятся на последние номера.
  3. Для соединения обмоток в параллель нечетные выводы соединяются с нечетными; четные – с четными.
  4. Для последовательного соединения обмоток нечетные выводы соединяются с четными.

Примечание: выводы экранов (15 и 16) можно комбинировать как угодно, т.к. межобмоточные экраны не являются короткозамкнутыми витками.

Вариант подешевле – присмотреть на железном базаре старый накальный трансформатор ТН; система обозначений аналогична ТП/ТПП. «Кладоискатели» до ТНов не охочи: возни с разборкой много, медяшки мало. Типовая схема включения ТН для ЗУ дана на врезке в центре рис. Переключать, для повышения выходного напряжения, нижний по схеме диод с вывода 15 на 16 нельзя, нарушится симметрия обмоток!

Выпрямитель Шоттки

Выходные напряжения на схемах выше даны для входного (сетевого) 220 В. Если оно упадет, пойдет недозаряд. Вместе с тем, поскольку АКБ на заряд от внешнего ЗУ ставят холодной, остается некоторый запас на увеличение напряжения заряда; его возможно использовать полностью, если ЗУ с защитой. В таком случае выпрямитель нужно делать со средней точкой на сборке диодов Шоттки – выходное напряжение увеличится прим. на 0,6 В.

Современные диоды Шоттки с платиновым барьером для использования в ЗУ АКБ вполне пригодны, см. спецификацию на рис.:

Кроме того, на сборку из пары диодов Шоттки нужен радиатор от 50 кв. см, а каждому обычному, с p-n переходом, на ток до 10 А – от 100 кв. см. Брать сборки Шоттки нужно с максимальным обратным напряжением от 35 В и пиковым прямым током от 30 А, т.к. в схеме выпрямителя со средней точкой соотв. величины достигают 1,7 амплитудного значения напряжения вторичной обмотки и 2,4 выпрямленного тока (31 В и 24 А при 12,6 В и 10 А; начальный пиковый ток заряда полностью разряженной АКБ на 60 А/ч – 10 А).

О тиристорном выпрямлении

Область применения управляемых тиристорных выпрямителей ограничена из-за создаваемых ими больших коммутационных помех на выпрямленном напряжении. Но в ЗУ эти помехи не помеха, АКБ погасит. Зато по прочим свойствам тиристорные выпрямители для заряда АКБ не просто подходят, но подходят идеально.

Дело в том, что после тиристорного выпрямления без сглаживания зарядный ток на АКБ подается короткими импульсами с обрезанным фронтом увеличенной (но не чрезмерно) амплитуды. Как следствие, зарядка для авто аккумулятора с тиристорным выпрямителем дает десульфатирующий эффект без каких-либо дополнительных премудростей. И, что тоже важно, вероятность ухода АКБ в саморазогрев при заряде от тиристорного ЗУ на порядок меньше: ненужная электрохимия успевает рассосаться в промежутках между импульсами. Еще плюс такой же, как у диодов Шоттки: радиатор для пары тиристоров нужен той же площади, что для сборки Шоттки.

Простоты ради тиристорные ЗУ часто строят по схеме однополупериодного выпрямления, см. рис.:

Нижняя схема самая дешевая, т.к. для управления силовым тиристором вместо маломощного тиристора используется его аналог на транзисторах, он вдвое-втрое дешевле. Схема справа вверху самая дорогая из-за совсем недешевого промышленного тиристора Т122-25, к которому нужен еще и антишумовой фильтр C1T1C2. В остальном эти ЗУ равноценны.

Недостаток у однополупериодных тиристорных ЗУ один, но фатальный – то самое однополупериодное выпрямление. Половина первичных полуволн тока пропадает. Чтобы не затягивать заряд вдвое, приходится соотв. увеличивать амплитуду зарядного импульса. Она выходит за допустимые пределы, и преимущества тиристорного выпрямления сводятся на нет. Наоборот, однополупериодное тиристорное ЗУ опаснее для АКБ, чем диодное.

Схемы ЗУ для автоаккумуляторов с двухполупериодным тиристорным выпрямлением сохраняют все его достоинства и лишены указанного выше недостатка. Но подход к построению тиристорного выпрямителя нужен соответственный. Напр., схема слева на рис. – типично любительская. Выпрямитель сделан аналогично диодному мосту, что вдвое увеличивает падение напряжения на нем и требует пары совсем ненужных довольно дорогих компонент. Коммутационные помехи от такого ЗУ сильные, и нужно мотать нетиповой трансформатор.

Близка к оптимальной для тиристорных схема известной автозарядки Amperus, справа на рис. Ее авторы позаботились и о хорошей антишумовой развязке цепей управления, что позволяет использовать Amperus в квартире. Единственный небольшой недостаток – ток и напряжение заряда взаимозависимы, т.к. выставляются совместно резистором на 1 кОм. Поэтому использовать Amperus желательно с УЗ (см. выше).

На современной базе

Очень хорошее простое и недорогое зарядное устройство для аккумулятора автомобиля может быть построено на основе универсального преобразователя DC/DC TC43200; он представляет собой импульсный тиристорный преобразователь напряжения с раздельными независимыми регулировками ограничения по току и величине стабилизированного выходного напряжения, слева на рис. TC43200 можно купить на том же Али Экспресс, а по расходам сравнительно со схемами на россыпи – отдельных дискретных компонентах, и радиаторами к ним, для ЗУ на TC43200 там же можно приобрести универсальный указатель тока/напряжения (в центре) и не требующий радиатора диодный мост на 10 А, напр. KBPC5010. Все вместе выйдет дешевле.

Схема ЗУ АКБ на TC43200 дана справа. Входное напряжение – от 18 В; емкость C1 достаточна 220 мкФ. Налаживание предельно простое:

  • Включаем ЗУ без нагрузки;
  • Регулятором напряжения выставляем 5 В на выходе;
  • Замыкаем выход накоротко;
  • Регулятором тока выставляем нужный ток заряда, до 10 А;
  • Раскорачиваем выход (нагрузка не нужна);
  • Регулятором напряжения устанавливаем на нем 14,4 В или 15,6 В для использования со схемой защиты.

Недостатки TC43200 невелики и легко устранимы – радиаторы маловаты, а встроенной аварийной защиты нет. Длительной работы в режиме КЗ TC43200 не выдержит и АКБ от вскипания не спасет. Поэтому ЗУ на TC43200 требуется отдельное защитное устройство наподобие описанного выше.

vopros-remont.ru


Leave a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.