Схемы самодельных ЗУ для автомобильных АКБ на TL494
Ранее мы опубликовали схемы зарядных устройств для автомобильного аккумулятора.
Сегодня рассмотрим несколько схем с использованием широко распространённой специализированной мс TL494.
Зарядное устройство, рассматриваемое ниже собрано по схеме ключевого стабилизатора тока с узлом контроля достигнутого напряжения на аккумуляторе для обеспечения его отключения по окончании зарядки.
Для управления ключевым транзистором используется микросхема TL494 (KIA494, KA7500B, К1114УЕ4). Её можно часто встретить в компьютерных БП. Устройство обеспечивает регулировку тока заряда в пределах 1 … 6 А (10А max) и выходного напряжения 2 … 20 В.
Ключевой транзистор VT1, диод VD5 и силовые диоды VD1 — VD4 через слюдяные прокладки необходимо установить на общий радиатор площадью 200 … 400 см2. Наиболее важным элементом в схеме является дроссель L1. От качества его изготовления зависит КПД схемы.
Так как в процессе работы происходит намагничивание магнитопровода постоянным током — из-за насыщения индуктивность его сильно зависит от протекающего тока. С целью уменьшения влияния подмагничивания на индуктивность, предпочтительней использовать альсиферовые магнитопроводы с малой магнитной проницаемостью, насыщение которых происходит при значительно больших магнитных полях, чем у ферритов.
В качестве сердечника можно использовать импульсный трансформатор от блока питания телевизоров 3УСЦТ или аналогичный. Очень важно, чтобы магнитопровод имел щелевой зазор примерно 0,2 … 1,0 мм для предотвращения насыщения при больших токах. Количество витков зависит от конкретного магнитопровода и может быть в пределах 15 … 100 витков провода ПЭВ-2 2,0 мм. Если количество витков избыточно, то при работе схемы в режиме номинальной нагрузки будет слышен негромкий свистящий звук. Как правило, свистящий звук бывает только при средних токах, а при большой нагрузке индуктивность дросселя за счёт подмагничивания сердечника падает и свист прекращается. Если свистящий звук прекращается при небольших токах и при дальнейшем увеличении тока нагрузки резко начинает греться выходной транзистор, значит площадь сердечника магнитопровода недостаточна для работы на выбранной частоте генерации — необходимо увеличить частоту работы микросхемы подбором резистора R4 или конденсатора C3 или установить дроссель большего типоразмера.
При отсутствии силового транзистора структуры p-n-p в схеме можно использовать мощные транзисторы структуры n-p-n, как показано на рисунке, ниже.
В качестве диода VD5 перед дросселем L1 можно использовать любые доступные диоды с барьером Шоттки, рассчитанными на ток не менее 10А и напряжение 50В. Для выпрямителя можно использовать любые мощные диоды на ток 10А или диодный мост, например KBPC3506, MP3508 или подобные. Сопротивление шунта в схеме желательно подогнать под требуемое. Диапазон регулировки выходного тока зависит от соотношения сопротивлений резисторов в цепи вывода 15 микросхемы.
Настройка схемы зарядного устройства
В нижнем по схеме положении движка переменного резистора регулировки тока напряжение на выводе 15 микросхемы должно совпадать с напряжением на шунте при протекании через него максимального тока. Переменный резистор регулировки тока R3 можно установить с любым номинальным сопротивлением, но потребуется подобрать смежный с ним постоянный резистор R2 для получения необходимого напряжения на выводе 15 микросхемы.
Переменный резистор регулировки выходного напряжения R9 также может иметь большой разброс номинального сопротивления 2 … 100 кОм.
Подбором сопротивления резистора R10 устанавливают верхнюю границу выходного напряжения. Нижняя граница определяется соотношением сопротивлений резисторов R6 и R7, но её нежелательно устанавливать меньше 1 В.
Монтаж ЗУ
Микросхема установлена на небольшой печатной плате 45 х 40 мм, остальные элементы схемы установлены на основание устройства и радиатор. Монтажная схема подключения печатной платы приведена на рисунке справа. В схеме использовался перемотанный силовой трансформатор ТС180, но в зависимости от величины требуемых выходных напряжений и тока мощность трансформатора можно изменить. Если достаточно выходного напряжения 15 В и тока 6А, то достаточно силового трансформатора мощностью 100 Вт. Площадь радиатора также можно уменьшить до 100 .. 200 см2.
Это зарядное устройство можно использовать также и как лабораторный блок питания с регулируемым ограничением выходного тока. При исправных элементах схема начинает работать сразу.
Схема ЗУ на мс TL494 с нормализацией напряжения шунта
Ниже, представлен вариант схемы зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, который, несмотря на большую сложность, проще в настройке благодаря использованию операционного усилителя для нормализации напряжения токоизмерительного шунта.
В этой схеме в качестве шунта R13 можно использовать практически любой проволочный резистор сопротивлением 0,01 … 0,1 Ом и мощностью 1 … 5 Вт. Требуемое для нормальной регулировки тока в нагрузке напряжение 0 … 0,6 В на выводе 1 микросхемы DA1 достигается соотношением сопротивлений резисторов R9 и R11. Сопротивления резисторов R11 и R12 должны быть одинаковыми и быть в пределах 0,5 … 100 кОм. Сопротивление резистора R9 подсчитывают по формуле: R9 (Ом)= 0,1* I вых.max (A) * R11 (Ом) / I вых.max (А) * R13 (Ом). Переменный резистор R2 может быть любым подходящим, с сопротивлением 1 … 100 кОм. После выбора R2 рассчитывают требуемое значение сопротивления резистора R4, которое определяется по формуле: R4(кОм) = R2 (кОм) * (5 В- 0,1 * I вых. max (A)) / 0,1 * I вых. max (A). Переменный резистор R14 также может быть любым подходящим с сопротивлением 1 … 100 кОм. Сопротивление резистора R15 определяет верхнюю границу регулировки выходного напряжения. Номинал этого резистора должен быть таким, чтобы при максимальном выходном напряжении на движке резистора, в нижнем по схеме положении, напряжение составляло 5,00В. На рисунке показаны номиналы для максимального выходного тока 6А и максимального напряжения 15 В, но предельные значения этих параметров легко пересчитать согласно выше приведённым формулам.
Конструкция и монтаж
Конструктивно основная часть схемы выполнена на печатной плате размером 45 х 58 мм. Остальные элементы: силовой трансформатор, диодный мост VD2, транзистор VT1, диод VD5, дроссель Др1, электролитические конденсаторы С2, С7, переменные резисторы и предохранители размещены методом объёмного монтажа в корпусе зарядного устройства. Такой подход позволил использовать в схеме разные по габаритам элементы и был вызван необходимостью тиражирования конструкции.
Требования к элементной базе описаны выше. Правильно собранная схема начинает работать сразу и, практически, не требует наладки.
Эта схема также, как и предыдущая, может использоваться не только в качестве зарядного устройства , но и лабораторного блока питания с регулируемым ограничением выходного тока.
Источник:kravitnik.narod.ru
ПОДЕЛИТЕСЬ С ДРУЗЬЯМИ
П О П У Л Я Р Н О Е:
- Зарядное устройство от ветрогенератора «Турист»
- Автомобильные зарядные устройства. Схемы. Принцип работы.
- Электрохимическая защита кузова от коррозии. Андрей Космос
В длительном туристском походе (пешем или велосипедном) не обойтись без освещения. Фонариков, которые подзаряжаются от электросети, надолго не хватает, а туристические маршруты проходят в основном в местах, где отсутствуют линии электропередач. Решить эту проблему поможет зарядное устройство «Турист». Подробнее…
Обзор распространённых автомобильных зарядных устройств. Принципиальные схемы. Назначение. Устройство. Возможные неисправности.
Зима. Мороз. Двигатель запускается тяжело. Резко возрастает нагрузка на аккумулятор. А за состоянием аккумулятора нужно следить: проверять и вовремя его заряжать. Летом АКБ редко когда приходится заряжать, часто хватает зарядки от генератора автомобиля, а зима — это время частого использования автомобильных зарядных устройств.
Подробнее…
Как защитить кузов своего автомобиля от коррозии не переплачивая автомеханику.
Так как я заядлый автомобилист, меня интересует все что связанно с машинами. Перед каждым авто владельцем стоит задача защиты кузова автомобиля от коррозии. О таком оригинальном способе я читал и раньше, еще в начале прошлого века его использовали при защите корпусов кораблей. Но с коммерческим применением такой чудо технологии я столкнулся впервые. Читая рекламу в газетах я наткнулся на рекламу «Электрохимическая защита кузова автомобиля от коррозии», прочитав краткую статью я решил узнать поподробней в самом автосервисе. Подробнее…
Популярность: 9 725 просм.
Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора на TL494
Ещё одно зарядное устройство собрано по схеме ключевого стабилизатора тока с узлом контроля достигнутого напряжения на аккумуляторе для обеспечения его отключения по окончании зарядки. Для управления ключевым транзистором используется широко распространённая специализированная микросхема TL494 (KIA491, К1114УЕ4). Устройство обеспечивает регулировку тока заряда в пределах 1 … 6 А (10А max) и выходного напряжения 2 … 20 В.
Ключевой транзистор VT1, диод VD5 и силовые диоды VD1 — VD4 через слюдяные прокладки необходимо установить на общий радиатор площадью 200 … 400 см2. Наиболее важным элементом в схеме является дроссель L1. От качества его изготовления зависит КПД схемы. В качестве сердечника можно использовать импульсный трансформатор от блока питания телевизоров 3УСЦТ или аналогичный. Очень важно, чтобы магнитопровод имел щелевой зазор примерно 0,5 … 1,5 мм для предотвращения насыщения при больших токах. Количество витков зависит от конкретного магнитопровода и может быть в пределах 15 … 100 витков провода ПЭВ-2 2,0 мм. Если количество витков избыточно, то при работе схемы в режиме номинальной нагрузки будет слышен негромкий свистящий звук. Как правило, свистящий звук бывает только при средних токах, а при большой нагрузке индуктивность дросселя за счёт подмагничивания сердечника падает и свист прекращается. Если свистящий звук прекращается при небольших токах и при дальнейшем увеличении тока нагрузки резко начинает греться выходной транзистор, значит площадь сердечника магнитопровода недостаточна для работы на выбранной частоте генерации — необходимо увеличить частоту работы микросхемы подбором резистора R4 или конденсатора C3 или установить дроссель большего типоразмера. При отсутствии силового транзистора структуры p-n-p в схеме можно использовать мощные транзисторы структуры n-p-n, как показано на рисунке.
В качестве диода VD5 перед дросселем L1 желательно использовать любые доступные диоды с барьером Шоттки, рассчитанные на ток не менее 10А и напряжение 50В, в крайнем случае можно использовать среднечастотные диоды КД213 , КД2997 или подобные импортные. Для выпрямителя можно использовать любые мощные диоды на ток 10А или диодный мост, например KBPC3506, MP3508 или подобные. Сопротивление шунта в схеме желательно подогнать под требуемое. Диапазон регулировки выходного тока зависит от соотношения сопротивлений резисторов в цепи вывода 15 микросхемы. В нижнем по схеме положении движка переменного резистора регулировки тока напряжение на выводе 15 микросхемы должно совпадать с напряжением на шунте при протекании через него максимального тока. Переменный резистор регулировки тока R3 можно установить с любым номинальным сопротивлением, но потребуется подобрать смежный с ним постоянный резистор R2 для получения необходимого напряжения на выводе 15 микросхемы.
Микросхема установлена на небольшой печатной плате 45 х 40 мм, остальные элементы схемы установлены на основание устройства и радиатор.
Монтажная схема подключения печатной платы приведена на рисунке ниже.
Варианты печатных плат в lay6
За печатки говорим спасибо в комментариях Demo
В схеме использовался перемотанный силовой трансформатор ТС180, но в зависимости от величины требуемых выходных напряжений и тока мощность трансформатора можно изменить. Если достаточно выходного напряжения 15 В и тока 6А, то достаточно силового трансформатора мощностью 100 Вт. Площадь радиатора также можно уменьшить до 100 .. 200 см2. Устройство может использоваться как лабораторный блок питания с регулируемым ограничением выходного тока. При исправных элементах схема начинает работать сразу и требует только подстройки.
Источник: http://shemotehnik.ru
Автоматическое импульсное зарядное устройство на ИМС TL494
Универсальное зарядное устройство для любых типов аккумуляторных батарей
с номинальными напряжениями 1,5 — 24В и ёмкостью 0,3 — 200Ач.
Заряд аккумуляторной батареи — это химический процесс, в ходе которого аккумулятор принимает в себя часть электрической энергии, прибывающей из сетевой розетки. Обряд несложный, однако имеет нюансы и несколько отличается от церемонии зарядки воды денежными символами и звездой Эрцгаммы.
Наиболее широко распространены два способа заряда аккумуляторов: 1 — при постоянном зарядном токе и 2 — при постоянном напряжении.
Первый из них мы достаточно легко и непринуждённо реализовали в мощном бестрансформаторном ЗУ, описанным на странице
ссылка на страницу , второй — рассмотрим в рамках этой статьи.
Итак, заряд постоянным напряжением.
При данном способе напряжение на выходе ЗУ поддерживается постоянным в течении всего времени заряда.
В результате, в связи с постепенным увеличением внутреннего сопротивления батареи, зарядный ток убывает в течение процесса
от максимального до практически нулевого.
При этом, без специальных защитных схемных решений, сила тока в начальный момент заряда может достигать весьма опасных для АКБ
величин — 100-150% от номинальной ёмкости аккумулятора.
Чтобы батарея в этот момент не крякнула от неожиданности, в мощные зарядники обязательно вводят ограничитель тока
(≈ 50% ёмкости АКБ).
Стало быть, нам нужно серьёзно озадачиться устройством, выдающим в сухом остатке: регулируемое в диапазоне 1,5-24В постоянное напряжение,
выходной ток вплоть до 20А и содержащим узел защиты, ограничивающий этот ток величиной, заранее задаваемой юзером.
К тому же, при таких весомых мощностях повиснет в воздухе вопрос, касающийся параметра КПД, а также массогабаритных
характеристик зарядного устройства.
Исходя из сложившейся ситуации, делаем широкомасштабный вывод: блок питания должен быть импульсным, стабилизатор напряжения и регулятор тока — тоже.
Начнём с конца.
Схема электрическая принципиальная регулируемого стабилизатора напряжения с ограничителем тока.
Рис.1
В основе схемы стабилизатора лежит интегральная микросхема TL494, представляющая из себя ШИМ — контроллер, вполне комфортно себя чувствующий в схемах управления блоков питания.
При полном отсутствии желания выпендриться и бить себя по темечку, считая себя умнее создателей ИМС, было решено на 100% следовать схеме включения микросхемы, приведённой в качестве примера 10А блока питания в Datasheet-е производителя.
Частота колебаний внутреннего генератора, задаётся элементами R6, С2 и составляет 20кГц.
Внешний биполярный транзистор был заменён на мощный p-канальный полевик Т3, обладающий значительно более высоким параметром КПД при
работе в ключевых приложениях.
Двухтактный эмиттерный повторитель на транзисторах Т1-Т2 предназначен для прокачки значительной входной ёмкости полевого транзистора.
Делитель, образованный резисторами R9, R10, ограничивает максимальное напряжение Uзи Т3 на допустимом уровне -15В.
Как это всё работает?
Выходное напряжение (+Uвых) через делитель, образованный переменным резистором R13, поступает на неинвертирующий вход (1IN+)
встроенного в ИМС усилителя ошибки и сравнивается с опорным напряжением 1,5В, присутствующем на инвертирующем входе (1IN-).
Если это напряжение ниже опорного, контроллер даёт команду на увеличение длительности выходных импульсов, если выше — на уменьшение.
Таким образом происходит стабилизация выходного напряжения на уровне Uвых = 1,5×Kдел, где Kдел —
коэффициент деления переменника R13.
Таким образом, в верхнем (по схеме) положении ползунка R13 Kдел=1, и выходное напряжение зафиксируется на уровне 1,5В,
в нижнем — Kдел=∞, а это означает, что всё питающее напряжение через постоянно открытый ключ попадёт в нагрузку.
Теперь, что касается ограничения выходного тока.
Минусовой вывод нагрузки, как видно из схемы, подключается к земле не напрямую, а через резисторы мелкого номинала R16 (при выходных
токах до 2А), либо R15IIR16 (при токах 2-20А).
Ясен хроматограф, что напряжение, падающее на этих резисторах, будет прямо пропорционально протекающему через нагрузку току.
Далее это напряжение усиливается операционным усилителем DA2, а следом поступает на неинвертирующий вход (2IN+) второго усилителя ошибки,
где сравнивается с опорным напряжением 1В на инвертирующем входе (2IN-).
Последующий механизм реакции микросхемы на соотношение входного и опорного сигналов аналогичен предыдущему описанию,
за исключением того, что второй усилитель включён в режиме компаратора, и изменения выходного уровня происходят скачкообразно с частотой,
определяемой постоянной времени интегрирующей цепочки R25 С8.
Итак. Ограничение тока происходит в момент появления на выходе DA2 напряжения уровнем 1В. Переключаемые резисторы R17-R24, отвечающие за коэффициент усиления операционного усилителя, как раз и определяют момент появление этого выходного уровня, в зависимости от тока, протекающего через нагрузку.
Приведу пример. Допустим, нам надо ограничить ток в нагрузке значением 1А. При таком токе на резисторе R16 образуется напряжение
0,1(Ом)×1(А)=0,1(В), т.е. для получения напряжения на выходе операционника 1В, нам надо усилить это значение в 10 раз.
Выбираем переключателем R19.
DA2 у нас работает в неинвертирующем режиме, поэтому его Ku=1+91(кОм)/10(кОм)=10,1 раз.
С приемлемой точностью результат получен.
Поскольку мы с Вами задумали зарядное устройство, а не блок питания РЭА, к пульсациям на выходе устройства можно отнестись
вполне индифферентно, поверьте, точно также к ним отнесётся и подопытный АКБ. Поэтому решительно отказываемся от дросселя
номиналом 140мкГн, приведённом в Datasheet-е, в пользу моточного изделия индуктивностью 50мкГн, и так размеры кольца для 20-ти
амперных токов получатся весьма недетскими.
А именно. Без опасения загнать сердечник в насыщение следует использовать кольца
из распылённого железа типоразмера Т130 и материалов смесей 52 (салатовый/голубой), либо 40 (салатовый/жёлтый), либо
26 (жёлтый/белый), склеить их в количестве 3-ёх штук, намотать 15-18 витков вчетверо сложенных проводов диаметром 1,5мм.
Использовать низкочастотные ферриты без пропила для создания малого воздушного зазора — дело весьма распространённое среди «умельцев»,
но абсолютно бессмысленное.
Едем дальше. Переходим к схеме собственно самого источника питания, обеспечивающего нам 30-ти вольтовое напряжение при
токе нагрузки 20А.
Рис.2
Схемы, приведённые на Рис.2, обмусолены нами, истолкованы вдоль и поперёк на нескольких страницах, начиная с ссылка на страницу, поэтому ограничусь лишь описанием трансформатора Tr1.
Импульсный трансформатор намотан на низкочастотном ферритовом кольце 2000НМ размерами 40×25×22мм.
Первичная обмотка содержит 30 витков обмоточного провода диаметром 1,5мм,
Вторичная — 6 витков сложенных вдвое проводов диаметром 2мм, либо вчетверо сложенных проводов диаметром 1,5мм.
Зарядное из АТ блока питания 200 Вт на TL494
При переделке некоторых старых блоков АТ в зарядные устройства, можно столкнуться с некоторыми проблемами, в которых новичку тяжело разобраться. Мы попытаемся сегодня уделить немного времени таким моментам и расскажем, как можно сделать зарядное из АТ блока питания 200 Вт на основе ШИМ TL494. Опытом переделки поделится с вами Ильсур Валитов с Ульяновска.
Зарядное из АТ блока питания 200 Вт на TL494
Немножко теории. ШИМ TL494 был, есть и будет популярен среди радиолюбителей, на его основе очень часто встречаются как старые АТ блоки, так и современные АТХ. Вся суть переделок подобных БП заключается в корректировке режима работы TL494 для поднятия выходного напряжения блока до 14,4 В.
Если смотреть типовую схему включения TL494, то выходное напряжение блока будет зависеть от делителя, состоящего с резисторов R8 и R9. Увеличивая сопротивление R8, можно увеличивать и выходное напряжение БП. Проще говоря, ШИМ будет стараться поддерживать опорное напряжение 2,5 В на этом делителе, к которому подключена 1-я ножка TL494.
Все было бы хорошо, но существуют АТ блоки, где такой делитель подключен только к шине + 5 В.
В таком блоке питания получается, что стабилизирована только шина +5 В. Если мы, с помощью резистора R7 (см. уже схему блока) увеличивая его сопротивление, добьемся выходного напряжения 14,4 В на шине +12 В, то при подключении АКБ зарядный ток будет составлять лишь 1-1,5 А. Этого явно мало, т.к. блок способен выдать больше. Для этого нам нужно стабилизировать шину +12 В, к которой будем подключать АКБ.
Выпаиваем R7 (нумерация деталей на схеме не совпадает с нумерацией на плате, но номиналы деталей соответствуют схеме).
Вместо него устанавливаем подстроечный резистор. Ножку резистора, которая шла на шину +5 В, подключаем к шине +12 В.
Подстроечный резистор настраиваем на 24 кОм, т.к. при таком его сопротивлении TL494 необходимо будет подать 14,4 В на выход БП, чтобы на делителе получилось 2,5 В.
Теперь с помощью подстроечного резистора можно немного откорректировать выходное напряжение.
Зарядное из АТ блока питания готово. Ну и, конечно, финальное фото процесса зарядки. При подключении сильно посаженной АКБ зарядные токи могут достигать 5 -7 А и выше, по мере заряда батареи ток будет падать.
Процесс зарядки можно будет считать оконченным, когда зарядный ток снизится до 0,5 А.
Вконтакте
Одноклассники
comments powered by HyperCommentsЗарядное устройство с микросхемой TL494 и нормализатором напряжения шунта — Зарядные устройства (для авто) — Источники питания
Ниже описан вариант схемы зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, который, несмотря на бОльшую сложность, проще в настройке благодаря использованию операционного усилителя для нормализации напряжения токоизмерительного шунта. В этой схеме в качестве шунта R13 можно использовать практически любой проволочный резистор сопротивлением 0,01 … 0,1 Ом и мощностью 1 … 5 Вт. Требуемое для нормальной регулировки тока в нагрузке напряжение 0 … 0,6 В на выводе 1 микросхемы DA1 достигается соотношением сопротивлений резисторов R9 и R11. Сопротивления резисторов R11 и R12 должны быть одинаковыми и быть в пределах 0,5 … 100 кОм. Сопротивление резистора R9 подсчитывают по формуле: R9 (Ом)= 0,1* I вых.max (A) * R11 (Ом) / I вых.max (А) * R13 (Ом). Переменный резистор R2 может быть любым подходящим, с сопротивлением 1 … 100 кОм. После выбора R2 рассчитывают требуемое значение сопротивления резистора R4, которое определяется по формуле: R4(кОм) = R2 (кОм) * (5 В- 0,1 * I вых. max (A)) / 0,1 * I вых. max (A). Переменный резистор R14 также может быть любым подходящим с сопротивлением 1 … 100 кОм. Сопротивление резистора R15 определяет верхнюю границу регулировки выходного напряжения. Номинал этого резистора должен быть таким, чтобы при максимальном выходном напряжении на движке резистора, в нижнем по схеме положении, напряжение составляло 5,00В. На рисунке показаны номиналы для максимального выходного тока 6А и максимального напряжения 15 В, но предельные значения этих параметров легко пересчитать согласно выше приведённым формулам.
Конструктивно основная часть схемы выполнена на печатной плате размером 45 х 58 мм. Остальные элементы: силовой трансформатор, диодный мост VD2, транзистор VT1, диод VD5, дроссель Др1, электролитические конденсаторы С2, С7, переменные резисторы и предохранители размещены методом объёмного монтажа в корпусе зарядного устройства. Такой подход позволил использовать в схеме разные по габаритам элементы и был вызван необходимостью тиражирования конструкции.
Требования к элементной базе описаны на предыдущих страницах. Правильно собранная схема начинает работать сразу и, практически, не требует наладки. Описанная конструкция, как и предыдущая, может использоваться не только в качестве зарядного устройства , но и лабораторного блока питания с регулируемым ограничением выходного тока.
|
ЗАРЯДНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРОВ
Ещё одно зарядное устройство собрано по схеме ключевого стабилизатора тока с узлом контроля достигнутого напряжения на аккумуляторе для обеспечения его отключения по окончании зарядки. Для управления ключевым транзистором используется широко распространённая специализированная микросхема TL494 (KIA494, KA7500B, К1114УЕ4). Устройство обеспечивает регулировку тока заряда в пределах 1 … 6 А (10А max) и выходного напряжения 2 … 20 В.
Ключевой транзистор VT1, диод VD5 и силовые диоды VD1 — VD4 через слюдяные прокладки необходимо установить на общий радиатор площадью 200 … 400 см2. Наиболее важным элементом в схеме является дроссель L1. От качества его изготовления зависит КПД схемы. Требования к его изготовлению описаны в предыдущей схеме. В качестве сердечника можно использовать импульсный трансформатор от блока питания телевизоров 3УСЦТ или аналогичный. Очень важно, чтобы магнитопровод имел щелевой зазор примерно 0,2 … 1,0 мм для предотвращения насыщения при больших токах. Количество витков зависит от конкретного магнитопровода и может быть в пределах 15 … 100 витков провода ПЭВ-2 2,0 мм. Если количество витков избыточно, то при работе схемы в режиме номинальной нагрузки будет слышен негромкий свистящий звук. Как правило, свистящий звук бывает только при средних токах, а при большой нагрузке индуктивность дросселя за счёт подмагничивания сердечника падает и свист прекращается. Если свистящий звук прекращается при небольших токах и при дальнейшем увеличении тока нагрузки резко начинает греться выходной транзистор, значит площадь сердечника магнитопровода недостаточна для работы на выбранной частоте генерации — необходимо увеличить частоту работы микросхемы подбором резистора R4 или конденсатора C3 или установить дроссель большего типоразмера. При отсутствии силового транзистора структуры p-n-p в схеме можно использовать мощные транзисторы структуры n-p-n, как показано на рисунке. В качестве диода VD5 перед дросселем L1 можно использовать любые доступные диоды с барьером Шоттки, рассчитанными на ток не менее 10А и напряжение 50В. Для выпрямителя можно использовать любые мощные диоды на ток 10А или диодный мост, например KBPC3506, MP3508 или подобные. Сопротивление шунта в схеме желательно подогнать под требуемое. Диапазон регулировки выходного тока зависит от соотношения сопротивлений резисторов в цепи вывода 15 микросхемы. В нижнем по схеме положении движка переменного резистора регулировки тока напряжение на выводе 15 микросхемы должно совпадать с напряжением на шунте при протекании через него максимального тока. Переменный резистор регулировки тока R3 можно установить с любым номинальным сопротивлением, но потребуется подобрать смежный с ним постоянный резистор R2 для получения необходимого напряжения на выводе 15 микросхемы. Переменный резистор регулировки выходного напряжения R9 также может иметь большой разброс номинального сопротивления 2 … 100 кОм. Подбором сопротивления резистора R10 устанавливают верхнюю границу выходного напряжения. Нижняя граница определяется соотношением сопротивлений резисторов R6 и R7, но её нежелательно устанавливать меньше 1 В. Микросхема установлена на небольшой печатной плате 45 х 40 мм, остальные элементы схемы установлены на основание устройства и радиатор. Монтажная схема подключения печатной платы приведена на рисунке справа. В схеме использовался перемотанный силовой трансформатор ТС180, но в зависимости от величины требуемых выходных напряжений и тока мощность трансформатора можно изменить. Если достаточно выходного напряжения 15 В и тока 6А, то достаточно силового трансформатора мощностью 100 Вт. Площадь радиатора также можно уменьшить до 100 .. 200 см2. Устройство может использоваться как лабораторный блок питания с регулируемым ограничением выходного тока. При исправных элементах схема начинает работать сразу и требует только подстройки. Остальные схемы смотри далее: 1. Зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов ( главная страница раздела зарядных устройств для автомобилей) 2. Зарядное устройство с автоматическим отключением от сети 3. Зарядное устройство с ключевым стабилизатором тока 4. Зарядное устройство с микросхемой TL494 5. Зарядное устройство с микросхемой TL494 и нормализатором напряжения шунта 6. Зарядное устройство с цифровой индикацией тока и напряжения. 7. Зарядное устройство с цифровой индикацией и повышенным выходным током до 20А 8. Зарядное устройство на тиристоре с улучшенными характеристиками и с использованием микросхемы TL494 9. Зарядное устройство на двух тиристорах и с использованием микросхемы TL494 10. Зарядное устройство для кислотно-свинцовых необслуживаемых аккумуляторов ёмкостью 4 … 17А/час 11. Лабораторный блок питания 1,5 -30В, 0-5А + зарядное устройство на MOSFET транзисторе 12. Лабораторный блок питания + зарядное устройство с усилителем напряжения шунта 13. Лабораторный блок питания + зарядное устройство с узлом аварийной защиты 14. Зарядное устройство с периодическим контролем ЭДС аккумулятора ( главная страница раздела зарядных устройств) |
Уважаемые посетители! Все материалы сайта в случае их некоммерческого использования предоставляются бесплатно, хотя автор затрачивает достаточно большие средства на их обновление расширение и размещение. Если Вы хотите, чтобы автор отвечал на Ваши письма, обновлял и добавлял новые материалы — активней используйте контекстную рекламу, размещённую на страницах — для себя Вы узнаете много нового и полезного, а автору позволит частично компенсировать собственные затраты чтобы уделять Вам больше внимания ВНИМАНИЕ! Вам нужно разработать сложное электронное устройство? Тогда Вам сюда…
|
Практические схемы универсальных зарядных устройств для аккумуляторов
Кто не сталкивался в своей практике с необходимостью зарядки батареи и, разочаровавшись в отсутствии зарядного устройства с необходимыми параметрами, вынужден был приобретать новое ЗУ в магазине, либо собирать вновь нужную схему?Вот и мне неоднократно приходилось решать проблему зарядки различных аккумуляторных батарей, когда под рукой не оказывалось подходящего ЗУ. Приходилось на скорую руку собирать что-то простое, применительно к конкретному аккумулятору.
Ситуация была терпимой до того момента, пока не появилась необходимость в массовой подготовке и, соответственно, зарядке батарей. Понадобилось изготовить несколько универсальных ЗУ — недорогих, работающих в широком диапазоне входных и выходных напряжений и зарядных токов.
К этому моменту у меня уже была линейка отработанных схем, осталось лишь воплотить схему в готовое устройство, и попутно поделиться своими решениями. Вдруг камрадам пригодится!
Содержание / Contents
Предлагаемые ниже схемы ЗУ были разработаны для зарядки литий-ионных аккумуляторов, но существует возможность зарядки и других типов аккумуляторов и составных батарей (с применением однотипных элементов, далее — АБ).Все представленные схемы имеют следующие основные параметры:
• входное напряжение 15-24 В;
• ток заряда (регулируемый) до 4 А;
• выходное напряжение (регулируемое) 0,7 — 18 В (при Uвх=19В).
Все схемы были ориентированы на работу с блоками питания от ноутбуков либо на работу с другими БП с выходными напряжениями постоянного тока от 15 до 24 Вольт и построены на широко распространенных компонентах, которые присутствуют на платах старых компьютерных БП, БП прочих устройств, ноутбуков и пр.
ЗУ на схеме 1 является мощным генератором импульсов, работающим в диапазоне от десятков до пары тысяч герц (частота варьировалась при исследованиях), с регулируемой шириной импульсов.
Зарядка АБ производится импульсами тока, ограниченного обратной связью, образованной датчиком тока R10, включенным между общим проводом схемы и истоком ключа на полевом транзисторе VT2 (IRF3205), фильтром R9C2, выводом 1, являющимся «прямым» входом одного из усилителей ошибки микросхемы TL494.
На инверсный вход (вывод 2) этого же усилителя ошибки подается регулируемое посредством переменного резистора PR1, напряжение сравнения с встроенного в микросхему источника опорного напряжения (ИОН — вывод 14), меняющего разность потенциалов между входами усилителя ошибки.
Как только величина напряжения на R10 превысит значение напряжения (установленного переменным резистором PR1) на выводе 2 микросхемы TL494, зарядный импульс тока будет прерван и возобновлен вновь лишь при следующем такте импульсной последовательности, вырабатываемой генератором микросхемы.
Регулируя таким образом ширину импульсов на затворе транзистора VT2, управляем током зарядки АБ.
Транзистор VT1, включенный параллельно затвору мощного ключа, обеспечивает необходимую скорость разрядки затворной емкости последнего, предотвращая «плавное» запирание VT2. При этом амплитуда выходного напряжения при отсутствии АБ (или прочей нагрузки) практически равна входному напряжению питания.
При активной нагрузке выходное напряжение будет определяться током через нагрузку (её сопротивлением), что позволит использовать эту схему в качестве драйвера тока.
При заряде АБ напряжение на выходе ключа (а, значит, и на самой АБ) в течении времени будет стремиться в росте к величине, определяемой входным напряжением (теоретически) и этого, конечно, допустить нельзя, зная, что величина напряжения заряжаемого литиевого аккумулятора должна быть ограничена на уровне 4,1 В (4,2 В). Поэтому в ЗУ применена схема порогового устройства, представляющего из себя триггер Шмитта (здесь и далее — ТШ) на ОУ КР140УД608 (IC1) или на любом другом ОУ.
При достижении необходимого значения напряжения на АБ, при котором потенциалы на прямом и инверсном входах (выводы 3, 2 — соответственно) IC1 сравняются, на выходе ОУ появится высокий логический уровень (практически равный входному напряжению), заставив зажечься светодиод индикации окончания зарядки HL2 и светодиод оптрона Vh2 который откроет собственный транзистор, блокирующий подачу импульсов на выход U1. Ключ на VT2 закроется, заряд АБ прекратится.
По окончании заряда АБ он начнет разряжаться через встроенный в VT2 обратный диод, который окажется прямовключенным по отношению к АБ и ток разряда составит приблизительно 15-25 мА с учетом разряда кроме того через элементы схемы ТШ. Если это обстоятельство кому-то покажется критичным, в разрыв между стоком и отрицательным выводом АБ следует поставить мощный диод (лучше с малым прямым падением напряжения).
Гистерезис ТШ в этом варианте ЗУ выбран таким, что заряд вновь начнется при понижении величины напряжения на АБ до 3,9 В.
Это ЗУ можно использовать и для заряда последовательно соединенных литиевых (и не только) АБ. Достаточно откалибровать с помощью переменного резистора PR3 необходимый порог срабатывания.
Так, например, ЗУ, собранный по схеме 1, функционирует с трехсекционной последовательной АБ от ноутбука, состоящей из сдвоенных элементов, которая была смонтирована взамен никель-кадмиевой АБ шуруповерта.
БП от ноутбука (19В/4,7А) подключен к ЗУ, собранному в штатном корпусе ЗУ шуруповерта взамен оригинальной схемы. Зарядный ток «новой» АБ составляет 2 А. При этом транзистор VT2, работая без радиатора нагревается до температуры 40-42 С в максимуме.
ЗУ отключается, естественно, при достижении напряжения на АБ=12,3В.
Гистерезис ТШ при изменении порога срабатывания остается прежним в ПРОЦЕНТНОМ отношении. Т.е., если при напряжении отключения 4,1 В, повторное включение ЗУ происходило при снижении напряжения 3,9 В, то в данном случае повторное включение ЗУ происходит при снижении напряжения на АБ до 11,7 В. Но при необходимости глубину гистерезиса можно изменить.
Калибровка происходит при использовании внешнего регулятора напряжения (лабораторного БП).Выставляется верхний порог срабатывания ТШ.
1. Отсоединяем верхний вывод PR3 от схемы ЗУ.
2. Подключаем «минус» лабораторного БП (далее везде ЛБП) к минусовой клемме для АБ (самой АБ в схеме во время настройки быть не должно), «плюс» ЛБП — к плюсовой клемме для АБ.
3. Включаем ЗУ и ЛБП и выставляем необходимое напряжение (12,3 В, например).
4. Если горит индикация окончания заряда, вращаем движок PR3 вниз (по схеме) до гашения индикации (HL2).
5. Медленно вращаем движок PR3 вверх (по схеме) до зажигания индикации.
6. Медленно снижаем уровень напряжения на выходе ЛБП и отслеживаем значение, при котором индикация вновь погаснет.
7. Проверяем уровень срабатывания верхнего порога еще раз. Хорошо. Можно настроить гистерезис, если не устроил уровень напряжения, включающий ЗУ.
8. Если гистерезис слишком глубок (включение ЗУ происходит при слишком низком уровне напряжения — ниже, например, уровня разряда АБ, выкручиваем движок PR4 влево (по схеме) или наоборот, — при недостаточной глубине гистерезиса, — вправо (по схеме). При изменении глубины гистерезиса уровень порога может сместиться на пару десятых долей вольта.
9. Сделайте контрольный прогон, поднимая и опуская уровень напряжения на выходе ЛБП.
Настройка токового режима еще проще.
1. Отключаем пороговое устройство любыми доступными (но безопасными) способами: например, «посадив» движок PR3 на общий провод устройства или «закорачивая» светодиод оптрона.
2. Вместо АБ подключаем к выходу ЗУ нагрузку в виде 12-вольтовой лампочки (например, я использовал для настройки пару 12V ламп на 20 Вт).
3. Амперметр включаем в разрыв любого из проводов питания на входе ЗУ.
4. Устанавливаем на минимум движок PR1 (максимально влево по схеме).
5. Включаем ЗУ. Плавно вращаем ручку регулировки PR1 в сторону роста тока до получения необходимого значения.
Можете попробовать поменять сопротивление нагрузки в сторону меньших значений ее сопротивления, присоединив параллельно, скажем, ещё одну такую же лампу или даже «закоротить» выход ЗУ. Ток при этом не должен измениться значительно.
В процессе испытаний устройства выяснилось, что частоты в диапазоне 100-700 Гц оказались оптимальными для этой схемы при условии использования IRF3205, IRF3710 (минимальный нагрев). Так как TL494 используется неполно в этой схеме, свободный усилитель ошибки микросхемы можно использовать, например, для работы с датчиком температуры.
Следует иметь в виду и то, что при неправильной компоновке даже правильно собранное импульсное устройство будет работать некорректно. Поэтому не следует пренебрегать опытом сборки силовых импульсных устройств, описанном в литературе неоднократно, а именно: все одноименные «силовые» соединения следует располагать на кратчайшем расстоянии относительно друг друга (в идеале — в одной точке). Так, например, точки соединения такие, как коллектор VT1, выводы резисторов R6, R10 (точки соединения с общим проводом схемы), вывод 7 U1 — следует объединить практически в одной точке либо посредством прямого короткого и широкого проводника (шины). То же касается и стока VT2, вывод которого следует «повесить» непосредственно на клемму «-» АБ. Выводы IC1 также должны находиться в непосредственной «электрической» близости к клеммам АБ.
Схема 2 не сильно отличается от схемы 1, но если предыдущая версия ЗУ была придумана для работы с АБ шуруповерта, то ЗУ на схеме 2 задумывалось, как универсальное, малогабаритное (без лишних элементов настройки), рассчитанное для работы как с составными, последовательно включенными элементами числом до 3-х, так и с одиночными.
Как видно, для быстрой смены токового режима и работы с разным количеством последовательно соединенных элементов, введены фиксированные настройки с подстроечными резисторами PR1-PR3 (установка тока), PR5-PR7 (установка порога окончания зарядки для разного количества элементов) и переключателей SA1 (выбор тока зарядки) и SA2 (выбор количества заряжаемых элементов АБ).
Переключатели имеют по два направления, где вторые их секции переключают светодиоды индикации выбора режима.
Ещё одно отличие от предыдущего устройства — использование второго усилителя ошибки TL494 в качестве порогового элемента (включенного по схеме ТШ), определяющего окончание зарядки АБ.
Ну, и, конечно, в качестве ключа использован транзистор р-проводимости, что упростило полное использование TL494 без применения дополнительных компонентов.
Методика настройки порогов окончания зарядки и токовых режимов такая же, как и для настройки предыдущей версии ЗУ. Разумеется, для разного количества элементов, порог срабатывания будет меняться кратно.
При испытании этой схемы был замечен более сильный нагрев ключа на транзисторе VT2 (при макетировании использую транзисторы без радиатора). По этой причине следует использовать другой транзистор (которого у меня просто не оказалось) соответствующей проводимости, но с лучшими токовыми параметрами и меньшим сопротивлением открытого канала, либо удвоить количество указанных в схеме транзисторов, включив их параллельно с раздельными затворными резисторами.
Использование указанных транзисторов (в «одиночном» варианте) не критично в большинстве случаев, но в данном случае размещение компонентов устройства планируется в малогабаритном корпусе с использованием радиаторов малого размера или вовсе без радиаторов.
В ЗУ на схеме 3 добавлено автоматическое отключение АБ от ЗУ с переключением на нагрузку. Это удобно для проверки и исследования неизвестных АБ. Гистерезис ТШ для работы с разрядом АБ следует увеличить до нижнего порога (на включение ЗУ), равного полному разряду АБ (2,8-3,0 В).
Схема 3а — как вариант схемы 3.
ЗУ на схеме 4 не сложнее предыдущих устройств, но отличие от предыдущих схем в том, что АБ здесь заряжается постоянным током, а само ЗУ является стабилизированным регулятором тока и напряжения и может быть использовано в качестве модуля лабораторного источника питания, классически построенного по «даташитовским» канонам.
Такой модуль всегда пригодится для стендовых испытаний как АБ, так и прочих устройств. Имеет смысл использование встроенных приборов (вольтметр, амперметр). Формулы расчета накопительных и помеховых дросселей описаны в литературе. Скажу лишь, что использовал готовые различные дроссели (с диапазоном указанных индуктивностей) при испытаниях, экспериментируя с частотой ШИМ от 20 до 90 кГц. Особой разницы в работе регулятора (в диапазоне выходных напряжений 2-18 В и токов 0-4 А) не заметил: незначительные изменения в нагреве ключа (без радиатора) меня вполне устраивали. КПД, однако, выше при использовании меньших индуктивностей.
Лучше всего регулятор работал с двумя последовательно соединенными дросселями 22 мкГн в квадратных броневых сердечниках от преобразователей, интегрированных в материнские платы ноутбуков.
На схеме 5 вариант ШИ-регулятора с регулировкой тока и напряжения выполнена на микросхеме ШИМ/ЧИМ MC34063 с «довеском» на ОУ CA3130 (возможно использование прочих ОУ), с помощью которого осуществляется регулировка и стабилизация тока.
Такая модификация несколько расширила возможности MC34063 в отличии от классического включения микросхемы позволив реализовать функцию плавной регулировки тока.
На схеме 6 — вариант ШИ-регулятора выполнен на микросхеме UC3843 (U1), ОУ CA3130 (IC1), оптроне LTV817. Регулировка тока в этом варианте ЗУ осуществляется с помощью переменного резистора PR1 по входу токового усилителя микросхемы U1, выходное напряжение регулируется с помощью PR2 по инвертирующему входу IC1.
На «прямом» входе ОУ присутствует «обратное» опорное напряжение. Т.е., регулирование производится относительно «+» питания.
В схемах 5 и 6, при экспериментах использовались те же наборы компонентов (включая дроссели). По результатам испытаний все перечисленные схемы мало в чем уступают друг другу в заявленном диапазоне параметров (частота/ток/напряжение). Поэтому схема с меньшим количеством компонентов предпочтительнее для повторения.
ЗУ на схеме 7 задумывалось, как стендовое устройство с максимальной функциональностью, потому и по объему схемы и по количеству регулировок ограничений не было. Данный вариант ЗУ так же выполнен на базе ШИ-регулятора тока и напряжения, как и вариант на схеме 4.
В схему введены дополнительно режимы.
1. «Калибровка — заряд» — для предварительной установки порогов напряжения окончания и повтора зарядки от дополнительного аналогового регулятора.
2. «Сброс» — для сброса ЗУ в режим заряда.
3. «Ток — буфер» — для перевода регулятора в токовый или буферный (ограничение выходного напряжения регулятора в совместном питании устройства напряжением АБ и регулятора) режим заряда.
Применено реле для коммутации батареи из режима «заряд» в режим «нагрузка».
Работа с ЗУ аналогична работе с предыдущими устройствами. Калибровка осуществляется переводом тумблера в режим «калибровка». При этом контакт тумблера S1 подключает пороговое устройство и вольтметр к выходу интегрального регулятора IC2. Выставив необходимое напряжение для предстоящей зарядки конкретной АБ на выходе IC2, с помощью PR3 (плавно вращая) добиваются зажигания светодиода HL2 и, соответственно, срабатывания реле К1. Уменьшая напряжение на выходе IC2, добиваются гашения HL2. В обоих случаях контроль осуществляется встроенным вольтметром. После установки параметров срабатывания ПУ, тумблер переводится в режим заряда.
Применения калибровочного источника напряжения можно избежать, используя для калибровки собственно ЗУ. В этом случае следует отвязать выход ТШ от ШИ-регулятора, предотвратив его выключение при окончании заряда АБ, определяемым параметрами ТШ. АБ так или иначе будет отключена от ЗУ контактами реле К1. Изменения для этого случая показаны на схеме 8.
В режиме калибровки тумблер S1 отключает реле от плюса источника питания для предотвращения неуместных срабатываний. При этом работает индикация срабатывания ТШ.
Тумблер S2 осуществляет (при необходимости) принудительное включение реле К1 (только при отключенном режиме калибровки). Контакт К1.2 необходим для смены полярности амперметра при переключении батареи на нагрузку.
Таким образом однополярный амперметр будет контролировать и ток нагрузки. При наличии двухполярного прибора, этот контакт можно исключить. В конструкциях желательно в качестве переменных и подстроечных резисторов использование многооборотных потенциометров во избежании мучений при установке необходимых параметров.
Варианты конструктива приведены на фото. Схемы распаивались на перфорированных макетных платах экспромтом. Вся начинка смонтирована в корпусах от ноутбучных БП.
В конструкциях использовались китайские вольтметры (они же использовались и в качестве амперметров после небольшой доработки).
На корпусах смонтированы гнезда для внешнего подключения АБ, нагрузки, джек для подключения внешнего БП (от ноутбука).
В этом корпусе дополнительно смонтированы зажимы для подключения источника переменного тока (трансформатора). Соответственно, внутри дополнительно смонтирован диодный мост с конденсаторным сглаживающим фильтром.
Спасибо за внимание!
Камрад, смотри полезняхи!
Константин (riswel)
Россия, г. Калининград
C детства — музыка и электро/радио-техника. Перепаял множество схем самых различных по разным поводам и просто, — для интереса, — и своих, и чужих.За 18 лет работы в Северо-Западном Телекоме изготовил много различных стендов для проверки различного ремонтируемого оборудования.
Сконструировал несколько, различных по функционалу и элементной базе, цифровых измерителей длительности импульсов.
Более 30-ти рацпредложений по модернизации узлов различного профильного оборудования, в т.ч. — электропитающего. С давних пор все больше занимаюсь силовой автоматикой и электроникой.
Почему я здесь? Да потому, что здесь все — такие же, как я. Здесь много для меня интересного, поскольку я не силен в аудио-технике, а хотелось бы иметь больший опыт именно в этом направлении.
