Несмотря на широкий ассортимент зарядных устройств для автомобильного аккумулятора, предлагаемый нам производителями всего мира, многие предпочитают собрать этот прибор своими руками. Все же купить – это одно, создать что-то самостоятельно и под свои запросы – другое. В этой статье мы рассмотрим несколько схем зарядных устройств на тиристоре, а одну, не особо сложную, даже попробуем собрать.
- Самая простая схема без защит
- Принцип действия
- Что нам понадобится для сборки зарядного устройства
- Инструкция по сборке, проверке и использованию
- Наладка и проверка
- Как пользоваться
- Зарядное устройство с защитой
- От короткого замыкания
- От переполюсовки
- Простая от переполюсовки и КЗ
- Схема с регулировкой тока и напряжения
Самая простая схема без защит
Начнем с самой простой схемы тиристорного зарядного устройства (ЗУ). В ней нет защит и автоматики. Зато она проста в сборке, не содержит дефицитных элементов и практически не нуждается в налаживании. Для новичка в радиотехнике – идеальный вариант. Вот схема конструкции:
Принцип действия
В этой конструкции используется принцип фазоимпульсной модуляции. То есть тиристор, являющийся силовым ключом, открывается с регулируемой задержкой относительно начала фазного полупериода. Рассмотрим работу устройства более подробно.
Сетевое напряжение понижается до 18-22 В трансформатором Tr1 и выпрямляется диодным мостом VD1-VD4. В результате мы получаем напряжение такой формы:
Это напряжение подается на силовой ключ, выполненный на тиристоре T3. За управление ключом отвечает аналог однопереходного транзистора, собранный на T1 и T2. При появлении полуволны начинает заряжаться конденсатор С1. Скорость его зарядки зависит от номиналов R1, R2 и R3. Как только конденсатор зарядится, откроется однопереходной транзистор и подаст открывающий импульс на управляющий электрод тиристора.
Последний откроется и будет находиться в таком состоянии до окончания полупериода. В это время напряжение станет поступать в нагрузку. В нашем случае – на аккумуляторную батарею. Чем позже откроется тиристор, тем меньшая часть полуволны поступит в АКБ. В процессе уменьшения величины полуволны конденсатор С1 будет разряжаться через R14 и к началу следующей разрядится полностью. Схема готова к работе с новой полуволной.
Скорость зарядки конденсатора, а значит, и время задержки открывания тиристора относительно начала полуволны можно плавно регулировать переменным резистором R1. Вот так это выглядит на выходе тиристора при разных положениях движка R1:
Таким образом, регулируя время задержки открытия силового ключа, теоретически мы можем изменять средний ток через нагрузку от 0 до 100%. На самом деле диапазон изменения среднего выходного тока по такой схеме уже – примерно от 5-10 до 90-95%. Но этого достаточно для регулировки тока зарядки свинцово-кислотной (да и любой другой) АКБ.
Зарядное устройство, представленное выше, часто называют импульсным. Да, ток в нагрузку поступает импульсами, но понятие «импульсное устройство» относится к другому классу – импульсным преобразователям. Они работают на иных принципах.
Что нам понадобится для сборки зарядного устройства
Начнем с деталей. Из электронных компонентов нам нужны:
Резисторы:
- R1- 15 кОм (СП-1, СПЗ-30а или СПО-1);
- R2 – 300 Ом;
- R3 – 6,8 кОм;
- R4 – 3 кОм;
- R5 – 150 Ом;
- R6 – 110 Ом;
- R7 – 51 Ом.
Диоды:
- VD1-VD4 – Д245 или любые на прямой ток 10 А и обратное напряжение не менее 50 В (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213);
- VD5 – КД105Б, КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Транзисторы:
- T1 – КТ361А, КТ361Б – КТ361Е, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж – KT501K;
- T2 – КТ315А, КТ315Б, КТ315Д, КТ312Б, КТ3102Л.
Конденсаторы:
- C1 – 0.25 мкФ х 400 В;
- C2 – К73-11 или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП емкостью от 0,47 до 1 мкФ х 160 В.
Другие элементы:
- РА1 – амперметр постоянного тока с пределом измерения до 10-15 А;
- РА2 – вольтметр постоянного тока с пределом измерения до 15 В;
- Т3 – КУ202В, КУ202Г — КУ202Е;
- Tr1 – любой сетевой трансформатор с выходным напряжением 18-22 В, способный отдать в нагрузку ток не менее 15 А.
Как показала практика, зарядное устройство устойчиво работает и с более мощными тиристорами – Т-160 и Т-250. В этом случае и при соответствующей мощности трансформатора + выпрямительного моста выходной ток, а значит, и мощность ЗУ существенно увеличивается.
Еще нам понадобятся радиаторы для диодов моста и тиристора – каждый с рассеиваемой площадью не менее 100 см2. И стандартный набор – паяльник, кусачки, нож, провода и пр.
Инструкция по сборке, проверке и использованию
Зарядное устройство можно собрать на макетной плате либо изготовить из фольгированного стеклотекстолита вот такую:
Особенностей в сборке прибор не имеет, и если он собран верно и из исправных деталей, то в налаживании не нуждается. Вот один из вариантов этого ЗУ, выполненного в корпусе отслужившего свое бесперебойника. Но, конечно, конструкция может быть произвольной.
Единственное замечание – все силовые провода должны иметь сечение не менее 2.5 мм2 и минимальную длину. Радиаторы не запечатывают в корпусе наглухо – для них нужны вентиляционные отверстия.
Наладка и проверка
Как указывалось выше, корректно собранное устройство в наладке не нуждается. А вот проверить его перед использованием не помешает. Для этого нам понадобится контрольный амперметр, вольтметр и автомобильная лампа головного света мощностью 50-55 Вт (светодиодная не годится).
Если вы уверены в правильности показаний амперметра и вольтметра, то контрольные измерительные приборы не нужны. Достаточно одной лампы.
Алгоритм проверки такой:
1. Выводим движок переменного резистора R1 влево (максимальное сопротивление).
2. Подключаем к выходным клеммам нагрузку – лампу головного света.
3. Подключаем ЗУ к сети, включаем S1.
4. Медленно вращаем движок R1 и убеждаемся, что показания измерительных приборов изменяются. Одновременно с этим будет меняться и яркость свечения контрольной лампы. Прибор работает нормально.
Как пользоваться
Для зарядки автомобильной аккумуляторной батареи делаем следующее:
- Выводим движок переменного резистора R1 влево (максимальное сопротивление).
- Подключаем АКБ, строго соблюдая полярность.
- Подключаем ЗУ к сети, включаем S1.
- Медленно вращаем движок R1 и выставляем зарядный ток 10% от емкости заряжаемого аккумулятора.
- Ждем, контролируя ток и напряжение на клеммах АКБ по приборам. Ток со временем будет падать, если АКБ исправна – корректируем положением движка R1.
- Как только вольтметр покажет 14.1 В (для стартерной батареи) или 13.8 (для батареи бесперебойного питания), выводим движок R1 в крайнее левое положение. Отключаем прибор сначала от сети, а потом от АКБ. Зарядка окончена.
Важно! В процессе зарядки обслуживаемого аккумулятора периодически контролируем плотность электролита в ячейках, пробки которых нужно отвернуть. При необходимости выравниваем плотность. Если наблюдаем интенсивное кипение – снижаем ток зарядки. Если АКБ не перестает кипеть и греется – списываем ее на невозвратные потери и покупаем новую.
Зарядное устройство с защитой
Вышеприведенное устройство не имеет защит от неправильных действий пользователя или попыток зарядить неисправную батарею. Конструкции, представленные ниже, в той или иной степени умеют защищаться и защищать как АКБ, так и самого пользователя.
От короткого замыкания
Эта несложная приставка, если ей оснастить ей зарядное устройство (к примеру, описанное выше), защитит от короткого замыкания выходных клемм или внутреннего замыкания АКБ.
Тиристор Т2 отпирается коллекторным током транзистора T1, когда мгновенное значение каждой полуволны выпрямленного напряжения превышает напряжение на аккумуляторе. Если напряжение на выходных клеммах зарядного устройства близко к нулю, что может быть вызвано коротким замыканием, то транзистор T1 и тиристор закрыты.
При использовании этой приставки учитывайте, что на тиристоре Т2 падает порядка 1 В. Поэтому показания вольтметра будут отличаться от величины напряжения на клеммах заряжаемого аккумулятора. Чтобы избежать ошибки, включайте вольтметр после этого узла защиты.
От переполюсовки
Наиболее распространенная ошибка, которая без соответствующих защит выводит из строя ЗУ, АКБ и может даже травмировать пользователя или вызвать пожар. Эта приставка, применяемая совместно с любым зарядным устройством для 12-вольтовых батарей, исключает такую ошибку.
При правильном подключении АКБ открывается диод D2 и срабатывает реле P1, подключая зарядное устройство. Одновременно загорается светодиод LED2 «Норма». Если полярность подключения нарушена, то реле не сработает и загорится светодиод LED1 «Переполюсовка».
На месте D1 – D4 могут работать любые маломощные кремниевые диоды, в том числе импортные. К примеру, 1N4148. Реле – любое, способное выдержать своими контактами зарядный ток и срабатывающее при напряжении 10-11 В.
Если батарея сильно разряжена, то реле даже при правильном ее подключении может не сработать. Для таких случаев включайте параллельно контактам реле кнопку принудительного подключения ЗУ.
Простая от переполюсовки и КЗ
Эта схема настолько проста, что ее и схемой назвать нельзя. Тем не менее она отлично работает и широко используется, к примеру, в магнитолах.
При правильном подключении АКБ диод D1 заперт, и схема не оказывает влияния на работу зарядного устройства. Если перепутать полярность, диод откроется, и протекающий через него ток сожжет предохранитель.
Диод должен выдерживать ток, способный сжечь предохранитель. Последний же, являющийся защитой от КЗ, должен хотя бы кратковременно выдерживать максимальный ток зарядки +30-40% от него. Для нашего 10-амперного ЗУ подойдет, к примеру, КД213А. Устанавливать его на радиатор не нужно. Номинал предохранителя – максимальный выходной ток ЗУ +20-30%.
Схема с регулировкой тока и напряжения
Предыдущая схема зарядного устройства позволяла регулировать только ток зарядки, ограничения по выходному напряжению не было. То есть окончание зарядки необходимо контролировать и вовремя отключать ЗУ. В противном случае батарея перезарядится и выйдет из строя.
Приведенная ниже схема кроме регулировки тока позволяет регулировать и конечное напряжение заряда. Как только на клеммах АКБ напряжение достигнет установленного пользователем уровня, процесс будет остановлен.
Прибор состоит из двух блоков. Первый, отвечающий за регулировку зарядного тока, нам уже знаком. Это все тот же тиристорный регулятор, работающий по принципу фазовой модуляции. Он собран на транзисторах VT1, VT2 (аналог однопереходного транзистора), силовом ключе VS1 и узле регулировки – R1, R2, R14.
Второй узел, отвечающий за регулировку напряжения, собран на VT3, VT4, VT5 и стабилитроне ZD1. Как только напряжение на делителе, состоящем из R11 и R12, достигнет порога пробивания стабилитрона, последний откроется и пошлет на узел сигнал «напряжение достигло заданного уровня». Последний запретит работу схемы регулировки тока, тиристор закроется. При этом загорится светодиод LED1 «Зарядка окончена».
Как видно из схемы, регулировка тока производится переменным резистором R1, а конечного напряжения заряда – R12. Налаживание устройства сводится к градуировке шкалы, нанесенной вокруг движка R12. Это можно сделать при помощи той же лампы головного света, играющей роль нагрузки, и ориентируясь по показаниям вольтметра (см. настройку первой схемы).
На этом все о тиристорных зарядных устройствах для автомобильных аккумуляторов. Надеюсь, статья и приведенные в ней схемы будут полезны для любителей собирать электронные устройства своими руками.
Сейчас читают:
