Схема зарядного устройства импульсным током

Многие радиолюбители пытаются переделывать старые компьютерные блоки питания собранные на микросхемах TL494 и KA7500 в зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов. К сожалению старые запасы блоков питания подходят к концу. С каждым днем все труднее, а порой совсем невозможно найти подходящий для переделки компьютерный блок питания. Зато универсальных импульсных блоков питания предназначенных для питания светодиодных лент, видеокамер и прочих низковольтных девайсов, огромное количество находится на полках растущих, как грибы магазинов «Электротовары».

И вот мне в голову пришла хорошая идея, переделать импульсный блок питания в зарядное устройство. В качестве подопытного я выбрал китайский, с выходным напряжением 12В 10А мощностью 120 ватт блок питания с маркировкой «S-120-12», приобретенный мною за 13$ в известном интернет магазине китайских товаров, не буду его рекламировать, о нем и так, уже все знают.

Все импульсные блоки такого формата рассчитаны на питание от сети 110/220В, с завода оснащены защитой от короткого замыкания и перегрузки по току, во всех блоках питания на передней панели имеется маленький подстроечный резистор, позволяющий регулировать напряжение в диапазоне 12±1В.

Конечно для полноценной зарядки аккумулятора такого напряжения не достаточно. Поэтому надо расширить диапазон регулировки напряжения в более широких пределах, ну например, от 9 до 20В. Как, это сделать сейчас я вам расскажу…
И, так для переделки в зарядное устройство подойдет любой 12В 10А импульсный блок питания с установленным с завода подстроечным резистором на плате.

Переделка заключается в замене двух резисторов обозначенных на картинке Р1 и R1. Подстроечный резистор Р1 с сопротивлением 1K надо заменить на переменный резистор 5K. Далее надо найти и заменить постоянный резистор R1 сопротивлением 5K на резистор с сопротивлением 2.7K или поставить подстроечный резистор на 5К. Тем самым изменится диапазон регулировки напряжения от 9 до 20В. Если при выкручивании ручки переменного резистора Р1 в крайнее положение напряжение будет более или менее 20В, тогда надо подобрать сопротивление постоянного резистора R1. Минимально допустимое напряжение 7В, максимальное напряжение которое можно выжать из блока питания 23В, далее блок уходит в защиту.

После переделки должно получиться примерно так.

Не спешите выжимать из БП максималку… Поскольку напряжение на выходе из блока питания можно регулировать от 9 до 20В, во избежание большого взрыва надо заменить выходные конденсаторы 1000 мкф 16В на более мощные 1000 мкф 25В. В моем блоке их оказалось пять штук. Новые конденсаторы оказались такого же размера и поэтому идеально стали на свои места. Чтобы контролировать процесс зарядки аккумулятора я установил китайский универсальный вольтметр амперметр, приобретенный за 3$ во всем известном китайском интернет магазине, не буду его рекламировать. Провода я решил проложить аккуратно припаяв к плате снизу и вывел на верх через имеющиеся под импульсным трансформатором технологические отверстия. Получилось довольно компактно и ничего не торчит.

На этой картинке изображена схема подключения китайского вольтметра амперметра к выходу блока питания. Возможно кому то она пригодиться.

Собранное устройство будет выглядеть примерно так. На верхней крышке блока питания, чуть выше импульсного трансформатора приклеил термопистолетом китайский вольтметр амперметр. На передней стенке я установил два разъема «Banana», к ним легко подключать провода. На правой стенке установлен выключатель питания и переменный резистор Р1.

Как заряжать аккумулятор?
Включаем зарядное устройство в сеть и нажимаем выключатель расположенный на боковой стенке устройства. Как только китайский вольтметр амперметр заработает, поворачиваем пластиковую ручку переменного резистора влево до упора на приборе будет 9В. Далее подключаем аккумулятор к выходу зарядного устройства и плавно поднимаем напряжение для полностью разряженного аккумулятора не более 13.5В, а для наполовину разряженного не более 14.5В. Внимательно смотрите за показаниями амперметра, начальный ток заряда должен быть не более 10% от емкости аккумулятора. То есть, для АКБ емкостью 60А/ч начальный ток заряда будет составлять не более 6А. Далее по мере заряда сопротивление аккумулятора понемногу снизится и сила тока упадет, как только это произойдет доведите напряжение до 14.5В. Постепенно по окончанию процесса зарядки аккумулятора сила тока снизится до 0.1А, а плотность электролита в каждой банке поднимется до 1.27 г/см³. Запрещается заряжать аккумулятор напряжением более 14.5В потому, что напряжение в бортовой сети автомобиля находится в пределах 13.5 — 14.5 вольт.

Как работает защита от короткого замыкания?
Если случайно или специально закоротить выход блока питания, ничего страшного не произойдет, мгновенно сработает защита от короткого замыкания, блок питания выключится и будет находиться в таком состоянии до устранения причины короткого замыкания. После устранения КЗ блок снова перейдет в рабочее состояние. Также имеется защита от перегрузки по току, порог срабатывания не более 10А. Спалить сей девайс практически не возможно, при подключении нагрузки более 10А блок снова уйдет в защиту. Чтобы наглядно показать вам мощь устройства я подключил к блоку питания галогеновую лампу на 55 Ватт и выставил напряжение 14.5В. Амперметр показал 6А и это еще не предел…

Стоимость всех компонентов для изготовления зарядного устройства.

• Блок питания 13$ или 800 руб.
• Китайский вольметр амперметр 3$ или 180 руб.
• Конденсаторы 1000 мкф 25В по 15 руб. в количестве 5шт. 75 руб.
• Крокодилы 2 шт. 60 руб.
• Переменный резистор 50 руб.
• Разъемы «Banana» 2 шт. 30 руб. можно было не ставить
• Провода соединительные выдрал из компьютерного БП бесплатно
• Комплект прямых рук для сборки (использовал свои) тоже бесплатно

Итого: 1195 рублей.

И, так всего за 1195 деревянных рублей возможно собрать компактное и довольно мощное бюджетное зарядное устройство. Напряжение питания 110/220В, выходное напряжение от 9 до 20 вольт, сила тока 10А и мощность 120 ватт. Да, еще большой плюс, встроенная защита от короткого замыкания и защита по току до 10А.

Какое зарядное устройство можно купить в магазине за 1195 рублей?
Если честно я сомневаюсь, что за эти деньги можно купить, что то адекватно работающее, хоть как то заряжающее аккумуляторную батарею. Был у меня случай, лет 10 назад купил я в автомагазине зарядное устройство «Striver PW 265» за 1500 рублей с защитой по току, от перегрева, от КЗ, 200 ватт 6А. Ну, купил да и ладно. Решил зарядить аккумулятор, накинул клеймы, включил в розетку, вроде бы все по инструкции. День заряжаю, два заряжаю… На третий день не выдержал, измерил выходное напряжение ровно 12В. Господа производители, почему оно не заряжает? Отнес в магазин, поменяли. Прямо в магазине на новом заряднике измерил напряжение снова 12В. Короче было у продавца семь зарядных устройств и все одинаковые, больше 12В не выдают. Вернули деньги. И это не первый случай. На днях друг принес новенькое зарядное устройство, которое не заряжает.

Друзья, выбор за вами, покупать готовый зарядник в магазине или делать своими руками из импульсного блока питания. Я всего лишь написал о простом способе переделки импульсного блока питания в достойное вашего внимания, бюджетное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора. В ходе многочисленных тестов и испытаний проводившихся лично мною в течении трех месяцев, зарядное устройство ни разу меня не подвело. Если у вас есть вопросы, смело задавайте их в комментариях.

Друзья, желаю вам удачи и хорошего настроения! До встречи в новых статьях!

Рекомендую посмотреть видеоролик о том, как сделать зарядное устройство из импульсного блока питания.

У каждого автолюбителя есть зарядное устройство для АКБ 12 В. Все эти старые зарядки с различным успехом работают и выполняют свои функции, но есть у них общий недостаток — слишком большие габариты и вес. Это не удивительно, ведь один только силовой трансформатор на 200 ватт может весить до 5 кг. Поэтому и задумал собрать импульсное зарядное для автоаккумулятора. На просторах инета, точнее на форуме Kazus нашел схему этого ЗУ.

Схема принципиальная ЗУ — клик для увеличения размера

Собрал, работает прекрасно! Заряжал автомобильный аккумулятор, настроил зарядник на 14.8 в и на ток около 6 А, перезаряда или недозаряда нет, при достижении и напряжения на клемах аккумулятора 14.8 в, ток зарядки падает автоматически. Также заряжал гелиевый свинцовый аккумулятор от бесперебойника ПК — нормально. Замыканий на выходе данный зарядник не боится. А вот от переполюсации надо защиту делать, сам сделал на реле.

Печатная плата, даташиты на некоторые радиоэлементы и другие файлы смотрите на форуме.

В общем всем советую его сделать, так как у этого ЗУ много преимуществ: малые размеры, база радиоэлементов не дефицит, многое можно купить и в том числе готовый импульсный трансформатор. Сам его приобрёл в интернет магазине — прислали быстро и дёшево. Оговорюсь сразу, вместо диода Шоттки VD6 (термостабилизация), поставил просто сопротивление на 100 Ом, зарядное и с ним работает прекрасно! Схему собрал и испытал: Demo .

Аккумуляторами в электротехнике приято называть химические источники тока, которые могут пополнять, восстанавливать израсходованную энергию за счет приложения внешнего электрического поля.

Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ, необходимо представлять принципы их работы и зарядного устройства.

Как работает аккумулятор

Химический рециркулируемый источник тока при эксплуатации может:

1. питать подключенную нагрузку, например, лампочку, двигатель, мобильный телефон и другие приборы, расходуя свой запас электрической энергии;

2. потреблять подключенную к нему внешнюю электроэнергию, расходуя ее на восстановление резерва своей емкости.

В первом случае аккумулятор разряжается, а во втором — получает заряд. Существует много конструкций аккумуляторов, но, принципы работы у них общие. Разберем этот вопрос на примере никель-кадмиевых пластин, помещенных в раствор электролита.

Разряд аккумулятора

Одновременно работают две электрические цепочки:

1. внешняя, приложенная на выходные клеммы;

При разряде на лампочку во внешней приложенной схеме из проводов и нити накала протекает ток, образованный движением электронов в металлах, а во внутренней части — перемещаются анионы и катионы через электролит.

Окислы никеля с добавлением графита составляют основу положительно заряженной пластины, а губчатый кадмий используется на отрицательном электроде.

При разряде аккумулятора часть активного кислорода окислов никеля перемещается в электролит и движется на пластину с кадмием, где окисляет его, снижая общую емкость.

Заряд аккумулятора

Нагрузку с выходных клемм для зарядки чаще всего снимают, хотя на практике используется метод при подключенной нагрузке, как на аккумуляторе движущегося автомобиля или поставленного на зарядку мобильного телефона, по которому ведется разговор.

На клеммы аккумулятора подводится напряжение от постороннего источника более высокой мощности. Оно имеет вид постоянной или сглаженной, пульсирующей формы, превышает разность потенциалов между электродами, однополярно с ними направлено.

Эта энергия заставляет течь ток во внутренней цепочке аккумулятора в направлении, противоположном разряду, когда частицы активного кислорода «выдавливаются» из губчатого кадмия и через электролит поступают на свое прежнее место. За счет этого происходит восстановление израсходованной емкости.

Во время заряда и разряда изменяется химический состав пластин, а электролит служит передаточной средой для прохождения анионов и катионов. Интенсивность проходящего во внутренней цепи электрического тока влияет на скорость восстановления свойств пластин при заряде и быстроту разряда.

Ускоренное протекание процессов ведет к бурному выделению газов, излишнему нагреву, способному деформировать конструкцию пластин, нарушить их механическое состояние.

Слишком маленькие токи при зарядке значительно удлиняют время восстановления израсходованной емкости. При частом применении замедленного заряда повышается сульфатация пластин, снижается емкость. Поэтому приложенную к аккумулятору нагрузку и мощность зарядного устройства всегда учитывают для создания оптимального режима.

Принципы работы литий ионных аккумумляторов расмотрены здесь: Химические источники тока

Как работает зарядное устройство

Современный ассортимент аккумуляторов доволен обширен. Для каждой модели подбираются оптимальные технологии, которые могут не подойти, быть вредными для других. Производители электронного и электротехнического оборудования опытным путем исследуют условия работы химических источников тока и создают под них собственные изделия, отличающиеся внешним видом, конструкцией, выходными электрическими характеристиками.

Зарядные конструкции для мобильных электронных приборов

Габариты зарядных устройств для мобильных изделий разной мощности значительно отличаются друг от друга. Они создают специальные условия работы каждой модели.

Даже для однотипных аккумуляторов типоразмеров АА или ААА разной емкости рекомендуется использовать свое время зарядки, зависящее от емкости и характеристик источника тока. Его величины указываются в сопроводительной технической документации.

Определенная часть зарядных устройств и аккумуляторов для мобильников снабжаются автоматической защитой, отключающей питание по завершении процесса. Но, контроль за их работой все же следует осуществлять визуально.

Зарядные конструкции для автомобильных АКБ

Особенно точно соблюдать технологию зарядки следует при эксплуатации автомобильных аккумуляторов, призванных работать в сложных условиях. Например, зимой в мороз с их помощью необходимо раскрутить через промежуточный электродвигатель — стартер холодный ротор двигателя внутреннего сгорания с загустевшей смазкой.

Разряженные либо неправильно подготовленные аккумуляторы с этой задачей обычно не справляются.

Эмпирическими методами выявлена взаимосвязь тока зарядки для свинцовых кислотных и щелочных аккумуляторов. Принято считать оптимальным значением заряда (амперы) в 0,1 величину емкости (амперчасы) для первого вида и 0,25 — для второго.

Например, АКБ имеет емкость 25 ампер часов. Если он кислотный, то его необходимо заряжать током 0,1∙25=2,5 А, а для щелочного — 0,25∙25=6,25 А. Чтобы создавать такие условия потребуется использовать разные приборы или применить один универсальный с большим количеством функций.

Современное зарядное устройство для кислотных свинцовых батарей должно поддерживать ряд задач:

контролировать и стабилизировать ток заряда;

учитывать температуру электролита и не допускать его нагрева более 45 градусов прекращением питания.

Возможность проведения контрольно-тренировочного цикла для кислотной батареи автомобиля с помощью зарядного устройства является необходимой функцией, включающей три этапа:

1. полный заряд аккумулятора до набора максимальной емкости;

2. десятичасовой разряд током 9÷10% от номинальной емкости (эмпирическая зависимость);

3. повторный заряд разряженного аккумулятора.

При проведении КТЦ контролируют изменение плотности электролита и время завершения второго этапа. По его величине судят о степени износа пластин, длительности оставшегося ресурса.

Зарядные устройства для щелочных батарей можно применять менее сложных конструкций, ибо такие источники тока не так чувствительны к режимам недостаточной зарядки и перезаряда.

График оптимального заряда кислотно-щелочных аккумуляторов для автомобилей показывает зависимость набора емкости от формы изменения тока во внутренней цепи.

В начале технологического процесса зарядки рекомендуется поддерживать ток на максимально допустимом значении, а затем снижать его величину до минимальной для окончательного завершения физико-химических реакций, осуществляющих восстановление емкости.

Даже в этом случае требуется контролировать температуру электролита, вводить поправки на окружающую среду.

Полное завершение цикла зарядки свинцовых кислотных аккумуляторов контролируют по:

восстановлению напряжения на каждой банке 2,5÷2,6 вольта;

достижению максимальной плотности электролита, которая перестает изменяться;

образованию бурного газовыделения, когда электролит начинает «закипать»;

достижению емкости батареи, превышающей на 15÷20% величины, отданной при разряде.

Формы токов зарядных устройств для аккумуляторов

Условие зарядки аккумулятора состоит в том, что на его пластины должно подводиться напряжение, создающее ток во внутренней цепи определенного направления. Он может:

1. иметь постоянную величину;

2. или изменяться во времени по определенному закону.

В первом случае физико-химические процессы внутренней цепи идут неизменно, а во втором — по предлагаемым алгоритмам с цикличным нарастанием и затуханием, создающим колебательные воздействия на анионы и катионы. Последний вариант технологии применяется для борьбы с сульфатацией пластин.

Часть временны́х зависимостей тока заряда иллюстрируется графиками.

На нижней правой картинке видно явное отличие формы выходного тока зарядного устройства, использующего тиристорное управление для ограничения момента открытия полупериода синусоиды. За счет этого регулируется нагрузка на электрическую схему.

Естественно, что многочисленные современные зарядные устройства могут создавать и другие формы токов, не показанные на этой диаграмме.

Принципы создания схем для зарядных устройств

Для питания оборудования зарядных устройств обычно используется однофазная сеть 220 вольт. Это напряжение преобразуется в безопасное пониженное, которое прикладывается на входные клеммы аккумулятора через различные электронные и полупроводниковые детали.

Существует три схемы преобразования промышленного синусоидального напряжения в зарядных устройствах за счет:

1. использования электромеханических трансформаторов напряжения, работающих по принципу электромагнитной индукции;

2. применения электронных трансформаторов;

3. без использования трансформаторных устройств, основанных на делителях напряжения.

Технически возможно инверторное преобразование напряжения, которое стало широко применяться для инверторных сварочных аппаратов, частотных преобразователей, осуществляющих управление электродвигателями. Но, для зарядки аккумуляторов это довольно дорогое оборудование.

Схемы зарядных устройств с трансформаторным разделением

Электромагнитный принцип передачи электрической энергии из первичной обмотки 220 вольт во вторичную полностью обеспечивает отделение потенциалов питающей цепи от потребляемой, исключает попадание ее на аккумулятор и повреждение при возникновении неисправностей изоляции. Этот метод наиболее безопасен.

Схемы силовых частей устройств с трансформатором имеют много разных разработок. На картинке ниже показаны три принципа создания разных токов силовой части от зарядных устройств за счет использования:

1. диодного моста со сглаживающим пульсации конденсатором;

2. диодного моста без сглаживания пульсаций;

3. одиночного диода, срезающего отрицательную полуволну.

Каждая из этих схем может применяться самостоятельно, но, обычно одна из них является основой, базой для создания другой, более удобной для эксплуатации и управления по величине выходного тока.

Применение комплектов силовых транзисторов с цепочками управления в верхней части картинки на схеме позволяет уменьшать выходное напряжение на контактах вывода цепи зарядного устройства, что обеспечивает регулировку величин постоянных токов, пропускаемых через подключенные аккумуляторы.

Один из вариантов подобной конструкции зарядного устройства с регулированием тока показан на рисунке ниже.

Такие же подключения во второй схеме позволяют регулировать амплитуду пульсаций, ограничивать ее на разных этапах зарядки.

Эффективно работает эта же средняя схема при замене в диодном мосту двух противоположных диодов тиристорами, одинаково регулирующими силу тока в каждом чередующемся полупериоде. А устранение отрицательных полугармоник возложено на оставшиеся силовые диоды.

Замена единичного диода на нижней картинке полупроводниковым тиристором с отдельной электронной схемой для управляющего электрода, позволяет уменьшать импульсы тока за счет более позднего их открытия, что тоже используется для различных способов зарядки аккумуляторов.

Один из вариантов подобной реализации схемы показан на рисунке ниже.

Сборка ее своими руками не составляет особого труда. Она может быть выполнена самостоятельно из доступных деталей, позволяет заряжать аккумуляторы токами до 10 ампер.

Промышленный вариант схемы трансформаторного зарядного устройства «Электрон-6» выполнен на базе двух тиристоров КУ-202Н. Для регулирования циклами открытия полугармоник для каждого управляющего электрода создана своя схема из нескольких транзисторов.

Среди автолюбителей пользуются популярностью устройства, позволяющие не только заряжать аккумуляторы, но еще и использовать энергию питающей сети 220 вольт для параллельного подключения ее к запуску двигателя автомобиля. Их называют пусковыми или пускозарядными. Они обладают еще более сложной электронной и силовой схемой.

Схемы с электронным трансформатором

Такие устройства выпускаются производителями для питания галогенных ламп напряжением 24 или 12 вольт. Они стоят относительно дёшево. Отдельные энтузиасты пытаются подключить их для зарядки маломощных аккумуляторов. Однако, эта технология широко не отработана, имеет существенные недостатки.

Схемы зарядных устройств без трансформаторного разделения

При последовательном подключении нескольких нагрузок к источнику тока общее напряжение входа делится по составным участкам. За счет этого способа работают делители, создающие понижение напряжения до определённой величины на рабочем элементе.

На этом принципе создаются многочисленные зарядные устройства с резистивно-емкостными сопротивлениями для маломощных аккумуляторов. Благодаря маленьким габаритам составных деталей их встраивают непосредственно внутрь фонарика.

Внутренняя электрическая схема полностью помещена в заводской изолированный корпус, исключающий контакт человека с потенциалом сети при зарядке.

Этот же принцип пытаются реализовать многочисленные экспериментаторы для зарядки автомобильных аккумуляторов, предлагая схему подключения от бытовой сети через конденсаторную сборку или лампочку накаливания мощностью в 150 ватт и силовой диод, пропускающий импульсы тока одной полярности.

Подобные конструкции можно встретить на сайтах мастеров «сделай сам», расхваливающих простоту схемы, дешевизну деталей, возможность восстановления емкости разряженного аккумулятора.

Но, они молчат о том, что:

открытая проводка 220 представляет опасность для жизни человека;

нить накала лампы под напряжением нагревается, меняет свое сопротивление по закону, неблагоприятному для прохождения оптимальных токов через аккумулятор.

При включении под нагрузку через холодную нить и всю последовательно подключенную цепочку проходят очень большие токи. Кроме того, завершать зарядку следует маленькими токами, что тоже не выполняется. Поэтому аккумулятор, подвергшийся нескольким сериям подобных циклов, быстро теряет свою емкость и работоспособность.

Наш совет: не пользуйтесь этим методом!

Зарядные устройства создаются для работы с определёнными типами аккумуляторов, учитывают их характеристики и условия восстановления емкости. При использовании универсальных, многофункциональных приборов следует выбирать тот режим заряда, который оптимально подходит конкретному аккумулятору.

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях: