Зарядное устройство автомобильной аккумуляторной батареи

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Зарядные устройства

Опубликовано: 24.03.2017 10:15

Просмотров: 5263

Д. ЧЕРНЯНСКИЙ, г. Брянск
Автор предлагает свою новую разработку зарядного устройства для автомобильной аккумуляторной батареи. От предыдущего варианта его отличает больший зарядный ток, автоматическое ограничение напряжения зарядки, предотвращающее перезарядку аккумуляторов и позволяющее освободить оператора от постоянного контроля за этим процессом, а также возможность заряжать две батареи напряжением 12 В, включённые последовательно, или одну — 24 В.

Работа зарядного устройства (ЗУ) основана на известном принципе фазового регулирования напряжения. За основу взято ЗУ, разработанное мною ранее и опубликованное в "Радио", 2013, № 12, с. 38, 39. Максимальный ток зарядки увеличен до 15 А, введены два режима зарядки: для батарей напряжением 12 и 24 В и ограничение максимального напряжения зарядки. Ниже основное внимание будет уделено отличиям ЗУ от опубликованного ранее. Оставлены без внимания как принцип работы, так и описание наладки устройства, рассмотренные подробно в предыдущей статье.
Схема ЗУ приведена на рис. 1.
 
 Силовой управляющий элемент — тринистор, заменён мощным полевым транзистором VT2 SPW47N60. Состоянием транзистора (открыт/закрыт) также управляет компаратор, собранный на ОУ DA2.2, но управление происходит через оптрон U1 и инвертирующий драйвер на специализированной микросхеме DA3 IR4426. Изменившаяся силовая часть в работе имеет особенность: каждая часть полупериода сетевого напряжения прикладывается к первичной обмотке силового трансформатора VT2 не с определённого значения и до нуля (как ранее), а имеет некоторый предел по длительности, обусловленный циклами перезарядки конденсатора С6 в устройстве управления от сигналов с выхода компаратора на ОУ DA2.1. Однако эта особенность не вносит заметных потерь при работе ЗУ.
В устройстве применён ограничитель степени зарядки батареи, выполненный на ОУ DA4. Благодаря этому узлу наличие вольтметра перестало быть необходимостью. Кроме того, в процессе зарядки не требуется постоянный визуальный контроль значений зарядного тока и напряжения на зажимах батареи. При зарядке по достижении некоторого значения напряжения на зажимах ток зарядки начинает падать, не давая тем самым батарее перезарядиться. Уровень максимального напряжения определяется резистивными делителями R4R5 и R6R7. Делитель R6R7 введён для зарядки одной батареи на 12 В, a R4R5 — двух, включённых последовательно, или одной на 24 В (такие батареи установлены, например, в автомобилях "КамАЗ"). Напряжение задают положениями переключателя SA2 "12 В" или "24В" до начала зарядки.
Увеличение напряжения более установленного приводит к увеличению напряжения на неинвертирующем входе ОУ DA4, а значит, и на его выходе, к которому подключён переменный резистор R2. Часть этого напряжения с движка переменного резистора поступает на инвертирующий вход ОУ DA2.2 узла сравнения, а на неинвертирующий вход ОУ поступает пилообразное напряжение. Поскольку ОУ узла сравнения работает как компаратор, увеличение напряжения на инвертирующем входе приведёт к тому, что на его выходе прямоугольные импульсы, управляющие временем открытого состояния полевого транзистора VT2, станут короче. В результате ток зарядки уменьшится, а напряжение вернётся к установленному значению.
При указанных на схеме значениях сопротивлений резистивных делителей напряжение начала ограничения тока составляет примерно 14,4 или 28,8 В соответственно. Дальнейший рост напряжения при зарядке ограничен уровнем 14,5 или 29 В, поскольку ток зарядки при этом уменьшится до нуля за счёт действия ООС через узел на ОУ DA4.
На практике ток уменьшается до некоторого минимального значения, по которому судят о прекращении зарядки. Так, при падении зарядного тока до 0,2...0,5 А во время зарядки батареи ёмкостью 50...60А-Ч её можно считать полностью заряженной. Конечно, точно установить степень заряженности батареи можно, лишь измерив ареометром плотность электролита в её "банках".
В ЗУ применён сетевой трансформатор Т1 ТПП271-220-50. В качестве вторичных обмоток использованы две имеющиеся обмотки с выходными напряжениями 10 В (на рис. 1 — обмотки II и IV) и одна с напряжением 5 В (на рис. 1 — обмотка III). Силовой трансформатор Т2 — ОСМ1-0.63. Сетевой выключатель SA1 — рокерного типа с подсветкой, например, серии ISR. Переключатель SA2 — любой. Разъём Х1 — MF-2x8 (MF16). Вилку разъёма можно выпаять из неисправной материнской платы ПК, а розетку с проводами нужной длины — от блока питания ПК. Лишние контакты разъёма следует удалить с обоих краёв поровну, а лишние фрагменты пластмассового корпуса срезать острым ножом. При этом защёлка-фиксатор останется в центре корпуса. Разъём Х2 — WF6 или подобный с расстояниями между контактами 2,56 мм.
Блок управления собран на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита размерами 112x76 мм. Чертёж печатной платы и расположение элементов на ней показаны на рис. 2.
 
Конструктивно ЗУ размещено в корпусе подходящих размеров. На шасси закрепляют оба трансформатора, теплоотвод с мощными диода-ми VD5—VD8 и тепло-отвод под полевой транзистор VT2 и диодный мост VD12. Контактные поверхности изолированы теплопроводящими прокладками. Плату с блоком управления устанавливают вертикально на двух стойках так, чтобы обеспечить тепловой контакт транзистора и диодного моста с их теплоотводом (рис. 3).
 
 На теплоотвод со стороны, противоположной закреплённым на нём элементам, для лучшего охлаждения в режиме максимальной мощности установлен небольшой вентилятор (на схеме не показан), например, используемый в ПК. Напротив вентилятора по площади, определяемой его диаметром, в кожухе корпуса следует насверлить отверстия.
Необходимо отметить некоторые особенности в работе ЗУ. Во-первых, попытка оператором ручкой переменного резистора R2 регулятора тока увеличить ток в зонах работы ограничения напряжения зарядки (14,4...14,5 В и 28,8...29 В) не приведёт к его увеличению, так как будет тут же скомпенсирована действием ООС. Если оператор оставит ручку в таком положении, то при подключении разряженной батареи начальный зарядный ток может оказаться более требуемого. Во-вторых, при подключении батареи следует убедиться, что переключатель SA2 находится в требуемом положении: "12 В" или "24 В". В противном случае это приведёт либо к перезарядке, либо к отсутствию реакции на вращение ручки переменного резистора R2 регулятора и недозарядке батареи на 24 В. Фотоснимок ЗУ со снятым кожухом приведён на рис. 4.
 
Радио №1/2015