Зарядное устройство на электронном трансформаторе схема

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят током, значение которого можно определить по формуле

I=0,1Q

где I — средний зарядный ток, А., а Q — паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч.

Зарядный ток, рекомендуемый в инструкции по эксплуатации аккумуляторной батареи, обеспечивает оптимальное протекание электрохимических процессов в ней и нормальную работу в течение длительного времени.

Классическая схема зарядного устройства для автомобильного аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют проволочные реостаты (см. Рис. 1) и транзисторные стабилизаторы тока.

В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная схема такого устройства приведена на рис. 2.

В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен.

Недостатком схемы на Рис. 2 является необходимость обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки (

Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А, приведена на Рис. 3.

Предусмотрена возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.

Выключателями Q1 — Q4 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки.

Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания реле К2, которое должно срабатывать при напряжении на зажимах аккумулятора, равном напряжению полностью заряженной батареи.

На Рис. 4 представлена схема еще одного зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального значения.

Изменение тока в нагрузке достигается регулированием угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на однопереходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда аккумулятора 10А , устанавливается амперметром. Защита устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями F1 и F2.

Вариант печатной платы зарядного устройства (см. рис. 4), размером 60х75 мм приведен на следующем рисунке:

В схеме на рис. 4 вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое больше мощности, потребляемой аккумулятором.

Названное обстоятельство является существенным недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором (тиристором).

Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и тиристор VS1 необходимо установить на радиаторы.

Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, если регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. Схема такого устройства показана на рис. 5.

В схеме на Рис. 5 регулирующий узел аналогичен примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1 включен в диагональ выпрямительного моста VD1 — VD4. Поскольку ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого зарядного устройства следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения (например, использовать переменный резистор с пластмассовой осью).

Вариант печатной платы зарядного устройства на рисенке 5, размером 60х75 мм приведен на рисунке ниже:

Диоды выпрямительного мостика VD5-VD8 необходимо установить на радиаторы.

В зарядном устройстве на рисунке 5 диодный мостик VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3 типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта (КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 однопереходной, типа КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с рабочим током не менее 10 ампер (Д242÷Д247 и др.). Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а если радиаторы будут сильно нагреваться, в корпус зарядного устройства можно установить вентилятор для обдува.

На днях мне поступила просьба сделать для автомобильного аккумулятора компактное зарядное устройство. Заказчик отметил, что особенно важна для него именно компактность, так как намеревался эти зарядные устройства продавать. В случае если ему понравится ЗУ, он бы хотел сотрудничать и заказывать подобные не по одному, а партиями. Так как зарядки планировалось продавать, было принято решение изготавливать импульсные ЗУ с использованием компактных, а также электронных мощных трансформаторов, и оснастить их защитой.

Электронные трансформаторы дорабатывались следующим образом:

• Электронный трансформатор давал напряжение на выходе 10–12 Вольт, затем после выпрямителя шло снижение. В связи с этим необходимо произвести домотку выходной обмотки трансформатора, дабы зарядное напряжение приблизилось к 14 Вольтам;
• Затем идёт добавление сетевого фильтра (по усмотрению);
• Добавить систему включения ЭТ без нагрузки на выходе (если устройство будет применяться исключительно как зарядка для аккумулятора автомобиля, то пункт можно пропустить);
• Присоединить диодный выпрямитель:
• Продумать систему по защите от перегрузов, замыканий (в том числе коротких) и переплюсовки питания;
• Добавление индикаторов заряда аккумулятора.

Описанные выше шесть пунктов могут показаться поначалу трудными операциями, но по сути никакой сложности в них нет. За основу взят электронный китайский трансформатор мощностью 80 ватт.

Полумостовой стандартный инвертор (частота примерно 30 кГц) создаётся динистором серии DB3. В наличии пара трансформаторов, понижающий как основной и трансформатор ОС.

Трансформатор ОС состоит из трёх обмоток — обмотки ОС и базовых обмоткок ключей, ключи серии MJE 13005. С целью подзарядки аккумуляторов мощностью 12 Вольт с небольшой ёмкостью, а также для использования в виде блока питания, необходимо включить их без выходной нагрузки. Работа по переделке заключается в процессе, подробно описанном ниже.
Сначала выпаивается обмотка ОС и заменяется перемычкой.

Затем на основной трансформатор обматываются двумя витками провода толщиной 0,4–0,6 мм, и подключается обмотка.

В случае, когда устройство необходимо лишь с целью зарядки аккумулятора, описанные действия можно не выполнять. Понадобится резистор с мощностью 3–10 ватт. Работая, он всегда тёплый.

После проделанных действий данный блок питания получит защитную функцию от КЗ и систему включения, работающую без нагрузки. Чтобы КЗ ключи не запирались и не перегревались, не вышли из строя, поскольку схема не будет отключаться, требуется дополнительная защита. Иначе возможен выход их при КЗ на 5–10 секунд, что вовсе ни к чему.

Защита от коротких замыканий, а также переплюсовки полярности и перегруза выполняется на другой плате. Используется силовой транзистор серии IRFZ44, в случае необходимости его можно поменять на наиболее мощный IRF3205. Это может быть и другой силовой ключ, имеющий похожие характеристики. Здесь подойдут ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и остальные с напряжением не менее 20 Ампер. Так как полевой транзистор совсем не нагревается, то теплоотвод не нужен.

Ещё один транзистор также не особо нужен. В данном случае был взят биполярный транзистор высокой мощности серии MJE13003, но можно взять и другой, выбор велик.

Ток защиты берётся с учётом сопротивления шунта. В этой ситуации защита подействует при 6 резисторов по 0,1Ом параллельно с уровнем нагрузки 6–7 Ампер. Чтобы ток начинал срабатывать примерно около 5 Ампер, необходимо вращать переменный резистор для настройки.

Так как блок питания выдаёт в принципе немаленькую мощность, величина выходного тока достигает до 6–7 Ампер, этого хватает для того, чтобы зарядить аккумулятор автомобиля. Резисторы шунта берутся мощностью 2-3 ватта, в моём случае — 5 ватт.

Далее увеличиваем напряжение блока питания на выходе с 10–12 до 14 Вольт. С этой целью необходимо продолжить вторичную обмотку дополнительными тремя витками, что увеличит напряжение на 3 Вольта. Так как витков немного, необязательно разбирать сердечник. Обмотка наматывается миллиметровым проводом по направлению заводской обмотки.
Затем необходимо последовательное подключение новой и промышленной обмотки.

Как только завершим намотку, переходим к выпрямителю. Чтобы не тратить время на поиски диодов, берём сборки ШОТТКИ из блоков питания компьютера. Для выпрямителя понадобятся 3 схожие сборки, или же параметры диодов должны быть аналогичны. Здесь необходимо непременно брать импульсные диоды (при наличии — ультрафасты) с током хотя бы 10 Ампер. Сгодятся в принципе и российские КД213.

За сборкой моста следует сборка всех блоков воедино. После этого схема подключается к сети 220 Вольт посредством последовательно соединённой лампы накаливания на 60–100 ватт, дабы избежать замыкания схемы. В случае если вы всё сделали правильно, блок тут же начнёт функционировать. Замыкаем выход, следом загорится светодиодный индикатор защиты, который должен гореть на протяжении времени, когда выходные провода находятся в режиме КЗ. Если все заработало как надо, мы действуем далее, собирая схему индикатора.

Схема скопирована с зарядника отвёртки аккумулятора. Красный индикатор есть прямой сигнал выходного напряжения на выходе БП. Зелёный индикатор указывает на процесс заряда. При таком раскладе компонентов будут происходить постепенное угасание зелёного индикатора. Напряжение аккумулятора составит 12,2–12,4 Вольт. При отключенном аккумуляторе индикатор загораться не должен.

Работа практически завершена, остаётся лишь сетевой фильтр. Фильтр содержит дроссель и два пленочных конденсатора. Один из них подключается перед дросселем, второй — после него. Сам дроссель взят готовый, от какого-то ИБП, но принципе можете намотать его сами. Мотать советую вам на кольце. Все будет две отдельных обмотки по 20 витков при толщине провода 0,5 мм. Плёночные конденсаторы 0,47 мкФ при работе с напряжением не менее 250 Вольт, советую брать на 400.

В принципе всё наше устройство сделано. Необходимо расположить детали в корпусе. В итоге имеем полноценное импульсное зарядное устройство, в случае необходимости можем даже регулятор мощности приспособить.

Практика использования показывает, что в принципе даже, если не выполнять задачу 1, то напряжение заряда составит где-то 14 Вольт. Но это в зависимости от определённого вида ЭТ. У отдельных производителей уровень выходного напряжения составляет 13 Вольт. После выпрямителя этот показатель падает на 1 Вольт. Но в паре с конденсатором напряжение составит примерно 14–15 Вольт.

Устройство пока находится в стадии разработки, но функционирует весьма неплохо. Может наблюдаться перегрев силовых транзисторов инвертора и диодного выпрямителя. Советую их укрепить на теплоотводы. В принципе могут применяться электронные трансформаторы и большей мощности, в которых будут дополняться те же системы.

А.Е. Шуфотинский г. Кривой Рог РА 1’2010
Как известно, «электронный трансформатор» оправдывает свое название. Величина эффективного напряжения на выходе почти линейно зависит от входного напряжения, и этот факт не позволяет использовать возможности низковольтных нагрузок в полной мере, в том числе и галогеновых ламп, но это поправимо.

В схему самого «электронного трансформатора» на выходе сетевого моста нужно добавить оксидный конденсатор С доп (рис.1) емкостью (в микрофарадах) примерно соответствующей мощности будущего устройства (в ваттах). Если мощность будущего устройства больше мощности исходного, то желательно заменить транзисторы более мощными и снабдить их радиаторами. Индуктивность L1 представляет собой катушку из нескольких витков обмоточного провода на ферритовом стержневом магнитопроводе диаметром 4. 10 мм. Если вторичную обмотку трансформатора перемотать (или добавить такую же), можно использовать диодную спарку, например, СТВ-34.
Напряжение устройства без обратной связи должно быть примерно вдвое больше необходимого стабилизированного, а величина последнего ограничена только способностями быстродействующих диодов.
В роли «электронного трансформатора» может выступать преобразователь отработанной энергосберегающей лампы или электронный балласт (известно, что колбы у них выходят со строя значительно чаще), причем мощность последней может быть много меньше мощности будущего блока питания, надо только заменить резонансный дроссель трансформатором и установить (если нужно) транзисторы на радиаторы, а конденсатор С доп там уже есть.
Первый способ — внешняя стабилизация (рис.1). Компенсация изменения напряжения на выходе от входного напряжения и величины нагрузки производится с помощью симисторного регулятора. При мощности устройства не более 100 Вт, можно обойтись без симистора VS1, подключив фазовый регулятор DA1 непосредственно в разрыв сетевого провода, а при использовании «начинки» от лампы, нет необходимости в термисторе TR1. Магнитопроводом трансформатора может служить ферритовое кольцо, ферритовый горшок или магнитопровод ТВС (без зазора).

Негативом устройства является его недостаточное быстродействие, которое зависит, в первую очередь, от емкости СЗ, но если использовать стабилизатор в качестве зарядного устройства (и как стабилизатор тока, и как стабилизатор напряжения — для ускоренной зарядки аккумуляторов) или как источник высокого напряжения (для люстры Чижевского), то этот недостаток не мешает. Надо заметить, что конденсатор СЗ довольно критичная деталь — при недостаточной емкости устройство ведет себя непредсказуемо и даже возбуждается, а при большой — заметно «тормозит», при наладке, возможно, понадобится зашунтировать его резистором величиной несколько килоом.
Несмотря на относительную сложность устройства, у него есть неоспоримое преимущество: можно обойтись без вмешательства в схему самого электронного трансформатора, да и в роли модернизируемого последнего можно использовать обычный трансформатор и даже «черный ящик», питаемый от сети и выдающий какое-то напряжение любой формы.
Второй способ — внутренняя стабилизация (рис.2). Обратная связь вводится непосредственно в «электронный трансформатор»: на магнитопровод управляющего трансформатора Т1 наматывают дополнительную обмотку из , 4-6 витков (как правило, место для этого есть), которую подключают к основным электродам оптронного симистора, а сигнал обратной связи (аналогично вышеописанной схеме) подают на фотодиод симистора. Можно для этой цели применить и обычный симистор, но у него заметная асимметричность входной характеристики, поэтому требуется тщательный подбор прибора.
Третий способ (рис.3). Вместо симистора лучше использовать пару встречно-последовательно-включенных полевых транзисторов со встроенными диодами.
Описанные схемы обладают весьма высокой стабильностью, как по питающему напряжению, так и по току нагрузки. Для построения многоканальных блоков питания эти схемы тоже подходят: один канал (питающий самые ответственные каскады) контролируем обратной связью, а остальные (даже очень мощные) «пляшут» вокруг него.
Если мощность будущего блока питания невелика, вместо термистора ТR1 можно использовать ставшие ненужными резонансные дроссели из схем энергосберегающих ламп, которые, кроме ограничения зарядного тока, вместе с конденсаторами С1 и С2 (рис.2) послужат фильтрами радиопомех.
Все схемы электронных трансформаторов и электронных балластов строятся по схемам с обратной связью по току, поэтому их нельзя использовать с минимальной нагрузкой, так как они не запускаются. Чтобы использовать модернизированные схемы с малой нагрузкой, нужно организовать обратную связь по напряжению (рис.4), используя ту же обмотку управляющего трансформатора и намотав дополнительную обмотку (3-6 витков) на силовой трансформатор. В этом случае, кроме расширения возможностей блока питания, появляется очень ценное качество устройства — защита от перегрузок и коротких замыканий на выходе — при резком уменьшении напряжения на вторичных обмотках трансформатора срываются колебания автогенератора. После устранения нарушения, устройство, как правило, возобновляет свою работу автоматически.
Первое включение устройства необходимо производить при выведенном потенциометре обратной связи — движок внизу (по схеме), через лампу накаливания 220 В/25 Вт. Если лампа не
загорится в полный накал, то все в порядке — можно включать без нее (если источник маломощный, то лампа светиться не должна вообще).

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи