Чтобы собрать даже самый простой стабилизатор напряжения к зарядному устройству необходимо обладать хоть маломальскими знаниями по физике. Иначе сложно будет понять зависимость физических величин, например, то, как по мере заряда сопротивление аккумулятора увеличивается, ток заряда падает и напряжение растет.
Простое зарядное устройство стабилизатор тока из подручных материалов
Существует огромное число готовых схем и конструкций, позволяющих заряжать автомобильный аккумулятор. Эта статья на тему переделки компьютерного блока питания под автоматическое зарядное устройство автомобильного аккумулятора. В ней рассказывается о том, как собрать автоматический стабилизатор тока с возможностью регулировки выходного тока.
Схема стабилизатора, используемая в нашем собираемом зарядном устройстве, довольно проста и основана на базе операционного усилителя (ОУ) без обратной связи с большим коэффициентом усиления.
В качестве такого операционного усилителя, или правильнее будет его назвать компаратором, используется микросхема LM358. На изображении видно, что она имеет:
- два входа (инвертирующий и неинвертирующий);
- один выход.
Задача LM358 состоит в том, чтобы сбалансировать параметры на выходе путём увеличения или уменьшения напряжения на входах.
Зарядное устройство или простой стабилизатор – это прибор, который:
- сглаживает пульсации сети;
- поддерживает прямую линию графика тока на одном уровне.
Как это осуществляется? В нашем случае на один вход подаётся опорное напряжение, задаваемое с помощью стабилитрона. Второй вход подключен после шунта, предназначенного для роли датчика тока. Когда подключается к выходу разряженный аккумулятор, в цепи возрастает ток и соответственно возникает падение напряжения на низкоомном резисторе. На микросхеме LM358 появляется разность напряжений между двумя входами. Устройство стремится сбалансировать эту разность, тем самым увеличивая параметры на выходе.
Глядя на схему мы видим, что на выход подключен полевой транзистор, который управляет нагрузкой. По мере заряда аккумулятора на клеммах устройства начинает повышаться напряжение, следовательно, начинает расти оно и на одном из входов ОУ. Возникает разность напряжений между входами, которую ОУ пытается выровнять путём уменьшения напряжения на выходе, тем самым уменьшая ток в основной цепи.
В итоге, аккумулятор заряжается до нужного напряжения, то есть выставленного значения на клеммах зарядного устройства. Падение напряжения на резисторе R3 становится минимальным, либо его не будет вообще. При выравнивании напряжения на входах транзистор закрывается, тем самым отключая нагрузку от зарядного устройства.
Особенностью данной схемы является то, что она позволяет ограничивать ток заряда. Делается это с помощью переменного резистора, который включён последовательно в делитель. И собственно поворачивая ручку этого резистора можно изменять параметры на одном из входов. Возникающую разность опять же выравнивают путём увеличения либо уменьшения параметров.
Универсальных схем не бывает. Кого-то интересует вопрос увеличения тока нагрузки. Например, что нужно поменять в схеме для 15 А? Необходимо будет поставить переменник не 5, а 10 кОм. Так же сделав предварительный расчёт и заменив соответствующие элементы, можно запросто настроить схему под свои нужды.
Сборка устройства
Конечно, интересно посмотреть на готовое самодельное изделие, тогда приступим к сборке устройства. В интернет-магазинах существует много компактных плат под эту схему. Стоимость деталей для сборки данного стабилизатора напряжения обойдётся менее двухсот рублей. Если покупать готовый стабилизатор напряжения, придется заплатить в несколько раз больше.
Все стандартные действия сборки не будем описывать, отметим лишь основные моменты. Транзистор надо размещать на теплоотвод. Почему? Потому что схема линейная и при больших токах транзистор будет сильно нагреваться. Из чего изготовить радиатор? Его можно сделать из обычного алюминиевого уголка и закрепить непосредственно на вентилятор блока питания. И, несмотря на то, что по размерам радиатор достаточно небольшой, благодаря интенсивному обдуву он прекрасно справится со своей задачей.
К радиатору прикручивается через термопасту транзистор, в этой схеме он используется полевой, N-канальный IRFZ44 с максимальным током 49 А. Так как радиатор изолирован от основной платы и корпуса, то транзистор приворачивается напрямую без изоляционных прокладок.
Плату стабилизатора через латунную стойку закрепляется на этот же алюминиевый уголок. Для регулировки выходного тока используется переменный резистор на 5 кОМ. Провода, чтобы не болтались, фиксируются пластиковыми стяжками.
В результате, должна получиться следующая схема подключения данного стабилизатора для зарядного устройства.
Блок питания может быть абсолютно любым, как компьютерным блоком питания, так и обычным трансформатором. Шнур для подключения в розетку используется обычный компьютерный.
Всё готово. Можно теперь использовать такой регулируемый стабилизатор напряжения для зарядного устройства. Надо отметить схема простая и недорогая: одновременно выполняет и зарядного устройства.
Недавно возникла у меня необходимость собрать по-быстрому зарядное устройство для автомобильного аккумулятора с зарядным током до порядка 3-4-х ампер. На всякие премудрости времени, да и желания, особо не было. Поэтому из закромов всплыла старая, но проверенная временем схема стабилизатора зарядного тока. Дискуссию о пользе — вреде заряда аккумулятора стабильным током оставим за пределами этого поста. Скажу только, что схема простая, надёжная, проверенная временем. А больше от неё ничего и не требуется.
Схема зарядного устройства следующая (для увеличения — клик на картинке):
Микросхема (К553УД2) установлена древняя, но так как она в наличии как раз имелась, а тратить время на эксперименты с другими, более современными, было лень, она и была установлена. В качестве резистора R3 был использован шунт от старого тестера.
Можно изготовить его из нихрома, но необходимо помнить, что сечение его должно быть достаточным. чтобы пропустить через себя зарядный ток и не раскалиться при этом.
Шунт, установленный параллельно амперметру, подбирается исходя из параметров имеющейся измерительной головки. Устанавливается он непосредственно на клеммах головки.
Печатная плата стабилизатора тока зарядного устройства вот такая:
В качестве трансформатора подойдёт любой от 85 вт и выше. Вторичная обмотка на напряжение 15 вольт. Сечение провода (диаметр по меди) от 1,8 мм.
В качестве выпрямительного моста был установлен 26MB120A. Он, конечно, мощноват для этой конструкции, но уж больно удобно его монтировать — прикрутил на радиатор, нацепил клеммы и всё. Его спокойно заменяем на любой диодный мост. Главное, чтобы держал необходимый ток (про радиатор тоже не забываем).
Для корпуса подвернулся ящик от старой магнитолы. В верхней плоскости его был насверлен ряд отверстий для лучшей вентиляции.
Передняя панель — из листа текстолита. На амперметре установлен шунт, который надо отрегулировать опираясь на показания тестового амперметра.
Транзистор на радиаторе крепится к задней стенке корпуса.
После сборки устройства проверяем стабилизатор тока просто закоротив между собой (+) и (-). Регулятор должен обеспечить плавную регулировку во всём диапазоне зарядного тока. При необходимости — подбираем резистор R1.
Не забываем, что при этом ВСЁ падение напряжения приходится на регулировочный транзистор! Это вызывает его сильный нагрев! Быстро проведя проверку размыкаем перемычку!!!
Теперь зарядным устройством можно пользоваться. Оно будет стабильно поддерживать зарядный ток во всём диапазоне зарядки. Так как устройство не имеет автоматического отключения по окончании зарядки, за уровнем напряжения на аккумуляторе следим по показанию вольтметра.
Стабилизатор тока позволяет получать токи в нагрузке от 1 мА до 10 А
. Устройство содержит следующие основные узлы: источник опорного напряжения
, мощный генератор выходного тока
, прецизионный задающий узел
, а также блок питания
и измерительные приборы
. Мощный генератор выходного тока, формирующий ток в нагрузке, построен на базе операционного усилителя по классической схеме. Регулирующий элемент выполнен на составных транзисторах VT2 и VT3.
Источник опорного напряжения представляет собой повторитель напряжения, выход которого нагружен на ряд последовательно соединенных прецизионных резисторов R4-R12. На вход повторителя приходит постоянное напряжение Uo, поступающее с выхода двухступенчатого параметрического стабилизатора напряжения на опорных диодах VD1 и VD3 серии Д818Е и КС515А через делитель на резисторах Rl — R3. На каждом из 9 нагрузочных резисторов R4 — R12 падает одинаковое напряжение, равное U0/9 Таким образом, с выходов этого делителя можно снять десять опорных напряжений в диапазоне от О до U0 Для повышения точности задания нагрузочные резисторы выбраны низкоомными с допуском 1 %. Выходные сигналы ИОН формируют в задающем узле напряжения управления мощным генератором выходного тока.
Схема источника тока для заряда АКБ
Прецизионный задающий узел представляет собой сумматор, выполненный на высокоточном ОУ серии К140УД14А. Он обеспечивает суммирование опорных напряжений, снимаемых с делителя R4-R12. Это позволяет установить на выходе ОУ DA2 с помощью переключателей SA1 — SA4 любое напряжение от 0 до 1,111 U0 в соответствии с выражением:
где К1, К2, КЗ, К4 -0, 1, 2,… 9 — коэффициенты, устанавливаемые переключателями SA1 — SA4 соответственно. Таким образом, прецизионный задающий узел позволяет дискретно установить задающее напряжение с шагом U0/9000 Для высокой точности суммирования резисторы сумматора должны иметь допуск 0,05…0,1% и сопротивление значительно большее, чем у резисторов ИОН. Такое построение задающего узла обеспечивает простоту и высокую точность установки при минимальном количестве деталей.
Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока
Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым.
Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока – питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т.п.
Внимание! Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это может плохо кончиться =)
Простой стабилизатор тока на КРЕНке
Для этого стабилизатора тока достаточно применить КР142ЕН12 или LM317. Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт (при соблюдении теплового режима).
Схема и применение показаны на рисунках ниже
Собственное потребление данных микросхем относительно невелико – около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения. Как видим, в вышеприведенных схемах, стабилизатор LM317 работает как стабилизатор напряжения, удерживая на резисторе R3 постоянное напряжение, которое можно регулировать в некоторых пределах построечным резистором R2. В данном случае R3 называется токозадающим резистором. Поскольку сопротивление R3 неизменно, то ток через него будет стабильным. Ток на входе крен будет примерно на 8мА больше.
Таким образом, мы получили простой как веник стабилизатор тока, который может применяться как электронная нагрузка, источник тока для заряда аккумуляторов и т.п.
Интегральные стабилизаторы достаточно шустро реагируют на изменение входного напряжения. Недостаток же такого регулятора тока – весьма большое сопротивление токозадающего резистора R3 и как следствие необходимость применять более мощные и более дорогие резисторы.
Простой стабилизатор тока на двух транзисторах
Достаточно широкое распространение получили простенькие стабилизаторы тока на двух транзисторах. Основной минус данной схемы – не очень хорошая стабильность тока в нагрузке при изменении питающего напряжения. Впрочем, для многих применений сгодятся и такие характеристики.
Далее показана схема стабилизатора тока на транзисторе. В данной схеме токозадающим резистором является R2. При увеличении тока через VT2, увеличится напряжение на токозадающем резисторе R2, которое при величине примерно 0,5…0,6В начинает открывать транзистор VT1. Транзистор VT1 открываясь начинает закрывать транзистор VT2 и ток через VT2 уменьшается.
Вместо биполярного транзистора VT2, можно применить – полевой транзистор.
Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение 8…15В и необходим в случаях, когда напряжение источника питания достаточно велико и может пробить затвор полевого транзистора. Для мощных MOSFET это напряжение составляет порядка 20В. Далее показана схема стабилизатора тока с использованием MOSFET.
Нужно учитывать, что MOSFET открываются при напряжении на затворе не менее 2В, соответственно увеличивается и напряжение, необходимое для нормальной работы схемы стабилизатора тока. При зарядке аккумуляторов и некоторых других задачах вполне достаточно будет включить транзистор VT1 с резистором R1 непосредственно к источнику питания так, как это показано на рисунке:
В схемах стабилизатора тока на транзисторах необходимое значение токозадающего резистора для заданного значения тока примерно в два раза меньше, чем в схемах со стабилизатором на КР142ЕН12 или LM317. Это позволяет применить токозадающий резистор меньшей мощности.
Стабилизатор тока на операционном усилителе (на ОУ)
Если необходимо собрать регулируемый в широких пределах стабилизатор тока или стабилизатор тока с токозадающим резистором на порядок или даже два ниже, чем на схемах, показанных ранее, можно применить схему с усилителем ошибки на ОУ (операционном усилителе). Схема такого стабилизатора тока показана на рис:
В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2.2 усиливает напряжение токозадающего резистора R7 – это усиленное напряжение ошибки. ОУ DA2.1 сравнивает опорное напряжение и напряжение ошибки и регулирует состояние полевого транзистора VT1.
Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2. Напряжение питания должно быть достаточным для работы компонентов схемы и не превышать значения напряжения пробоя затвора MOSFET VT1.
В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. 7 применена микросхема DA1 REF198 с выходным напряжением 4,096В. Это достаточно дорогая микросхема, поэтому ее можно заменить обычной кренкой, а если напряжение питания схемы (+U) является стабильным, то и вовсе обойтись без стабилизатора напряжения в данной схеме. В этом случае переменный резистор R подсоединяется не к REF, а к +U. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2.1 можно подключить непосредственно к выходу ЦАП.
Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока – это значение будет максимальным. Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме
На осциллограмме луч 1 (желтый ) показывает напряжение нагружаемого ИП (источника питания), луч 2 (голубой ) показывает напряжение на токозадающем резисторе R7. Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного.
Стабилизатор тока на микросхеме импульсного стабилизатора напряжения
Иногда от стабилизатора тока требуется не только работать в широком диапазоне питающих напряжений и нагрузок, но и иметь высокий КПД. В этих случаях компенсационные стабилизаторы не годятся и на смену им приходят стабилизаторы импульсные (ключевые). Кроме того, импульсные стабилизаторы могут при небольшом входном напряжении получать высокое напряжение на нагрузке.
- Напряжение питяния 2…16,5В
- Собственное потребление 110uA
- Выходная мощность до 15W
- КПД при токе нагрузки 10mA…1A достигает 90%
- Опорное напряжение 1,5V
На рисунке показан один из вариантов включения микросхемы, именно его мы и возьмем за основу нашей схемы.
Упрощенно процесс стабилизации выглядит следующим образом. Резисторы R1 и R2 являются делителями выходного напряжения микросхемы, как только делимое напряжение, поступающее на вывод FB микросхемы MAX771, больше опорного напряжения (1,5V) микросхема уменьшает выходное напряжение и наоборот — если напряжение на выводе FB меньше 1,5V, микросхема увеличивает входное напряжение.
Очевидно, что если контрольные цепи изменить так, чтобы MAX771 реагировала (и соответственно регулировала) выходной ток, то мы полчим стабилизированный источник тока.
Ниже показаны модифицированная схема с ограничением выходного напряжения и вариант нагрузки.
При небольшой нагрузке, пока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3 меньше 1,5V, схема на Рис.10a работает как стабилизатор напряжения, стабилизируя напряжение на уровне стабилитрона VD2 + 1,5V. Как только ток нагрузки становится достаточно большим, на R3 падение напряжения увеличивается и схема переходит в режим стабилизации тока.
Резистор R8 устанавливается в том случае, если напряжение стабилизации может быть большим — больше 16,5V. Резистор R3 является токозадающим и рассчитывается по формуле: R3 = 1,5/Iст.
Недостатком схемы является достаточно большое падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3. Данный недостаток устраняется применением операционного усилителя (ОУ) для усиления сигнала с резистора R3. Например, если резистор требуется уменьшить в 10 раз при заданном токе, то усилитель на ОУ должен усилить напряжение падающее на R3 тоже в 10 раз.
Заключение
Итак, было рассмотрено несколько схем выполняющих функцию стабилизации тока. Конечно же, эти схемы можно улучшать, увеличивая быстродействие, точность и т.д. Можно применять в качестве датчика тока специализированные микросхемы и делать сверхмощные регулирующие элементы, но эти схемы идеально подходят в тех случаях, когда требуется быстро создать инструмент для облегчения своей работы или решения определенного круга задач.
Попалась в интернете схема двухканального зарядного устройства. Я не стал делать сразу на два канала, так как не было необходимости - собрал один. Схема вполне рабочая и заряжает прекрасно.
Схема ЗУ для автоаккумуляторов
Характеристики зарядного устройства
- Напряжение сети 220 В.
- Выходное напряжение 2 х 16 В.
- Ток заряда 1 - 10 А.
- Ток разряда 0,1 - 1 А.
- Форма тока заряда - однополупериодный выпрямитель.
- Ёмкость аккумуляторов 10 - 100 А/ч.
- Напряжение заряжаемых аккумуляторов 3,6 - 12 В.
Описание работы: это зарядно-разрядное устройство на два канала с раздельной регулировкой тока заряда и тока разряда, что очень удобно и позволяет подобрать оптимальные режимы восстановления пластин аккумулятора исходя из их технического состояния. Использование циклического режима восстановления приводит к значительному снижению выхода газов сероводорода и кислорода из-за их полного использования в химической реакции, ускоренно восстанавливается внутреннее сопротивление и ёмкость до рабочего состояния, отсутствует перегрев корпуса и коробление пластин.
Ток разряда при зарядке ассиметричным током должен составлять не более 1/5 тока заряда. В инструкциях заводов изготовителей перед зарядкой аккумулятора требуется произвести разрядку, то есть провести формовку пластин перед зарядом. Искать подходящую разрядную нагрузку нет необходимости, достаточно выполнить соответствующее переключение в устройстве. Контрольную разрядку желательно проводить током в 0,05С от ёмкости аккумулятора в течении 20 часов. Схема позволяет провести формовку пластин двух аккумуляторов одновременно с раздельной установкой разрядного и зарядного тока.
Регуляторы тока представляют ключевые регуляторы на мощных полевых транзисторах VT1,VT2.
В цепях обратной связи установлены оптопары, необходимые для защиты транзисторов от перегрузки. При больших токах заряда влияние конденсаторов C3,C4 минимальное и почти однополупериодный ток длительностью 5 мс с паузой в 5 мс ускоряет восстановление пластин аккумуляторов, за счёт паузы в цикле восстановления, не возникает перегрева пластин и электролиза, улучшается рекомбинация ионов электролита с полным использованием в химической реакции атомов водорода и кислорода.
Конденсаторы С2,С3 работая в режиме умножения напряжения, при переключении диодов VD1,VD2, создают дополнительный импульс для расплавления крупнокристаллической сульфатации и переводе окисла свинца в аморфный свинец. Регуляторы тока обеих каналов R2, R5 питаются от параметрических стабилизаторов напряжения на стабилитронах VD3, VD4. Резисторы R7, R8 в цепях затворов полевых транзисторов VT1, VT2 ограничивают ток затвора до безопасной величины.
Транзисторы оптопар U1, U2 предназначены для шунтирования напряжения затвора полевых транзисторов при перегрузке зарядным или разрядным токами. Напряжение управления снимается с резисторов R13, R14 в цепях стока, через подстроечные резисторы R11, R12 и через ограничительные резисторы R9, R10 на светодиоды оптопар. При повышенном напряжении на резисторах R13, R14 транзисторы оптопар открываются и снижают напряжение управления на затворах полевых транзисторов, токи в цепи сток-исток понижаются.
Обсудить статью ПРОСТОЕ РЕГУЛИРУЕМОЕ АВТОМОБИЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ