Če želite sestaviti celo najpreprostejši stabilizator napetosti za polnilnik, morate imeti vsaj malo znanja o fiziki. V nasprotnem primeru bo odvisnost težko razumeti fizikalne količine, na primer, kako se med polnjenjem baterije upor baterije poveča, polnilni tok pade in napetost naraste.
Preprost polnilnik za stabilizator toka, narejen iz odpadnega materiala
Obstaja ogromno število že pripravljenih vezij in modelov, ki vam omogočajo polnjenje avtomobilske baterije. Ta članek je na temo pretvorbe računalniškega napajalnika v samodejni polnilnik avtomobilski akumulator. Pove, kako sestaviti samodejni stabilizator toka z možnostjo prilagajanja izhodnega toka.
Stabilizatorsko vezje, uporabljeno v našem sestavljenem polnilniku, je precej preprosto in temelji na operacijskem ojačevalniku (op-amp) brez povratne informacije z visokim dobitkom.
Kot tak operacijski ojačevalnik se uporablja mikrovezje LM358 ali pa bi ga pravilneje imenovali primerjalnik. Slika prikazuje, da ima:
- dva vhoda (obrnjen in neobrnjen);
- en izhod.
Naloga LM358 je uravnotežiti izhod s povečanjem ali zmanjšanjem napetosti na vhodih.
Polnilec ali preprost stabilizator je naprava, ki:
- gladi omrežne valove;
- ohranja ravno črto trenutnega grafa na isti ravni.
Kako se to naredi? V našem primeru se referenčna napetost napaja na en vhod, nastavljen z zener diodo. Drugi vhod je priključen za šantom, ki naj bi deloval kot tokovni senzor. Ko je izpraznjena baterija priključena na izhod, se tok v tokokrogu poveča in s tem pride do padca napetosti na nizkoupornem uporu. Na čipu LM358 se med obema vhodoma pojavi napetostna razlika. Naprava poskuša uravnotežiti to razliko in s tem povečati izhodne parametre.
Če pogledamo diagram, vidimo, da je na izhod priključen tranzistor z učinkom polja, ki nadzoruje obremenitev. Ko se baterija polni, začne napetost na sponkah naprave naraščati, zato se začne povečevati na enem od vhodov op-amp. Med vhodi nastane razlika v napetosti, ki jo operacijski ojačevalnik poskuša izenačiti z zmanjšanjem izhodne napetosti in s tem zmanjša tok v glavnem tokokrogu.
Posledično se akumulator napolni na zahtevano napetost, to je nastavljeno vrednost na sponkah polnilnika. Padec napetosti na uporu R3 postane minimalen ali pa ga sploh ne bo. Ko je napetost na vhodih izenačena, se tranzistor zapre in s tem odklopi breme od polnilnika.
Značilnost tega vezja je, da vam omogoča omejitev polnilnega toka. To naredimo s spremenljivim uporom, ki je zaporedno povezan z delilnikom. In z dejanskim obračanjem gumba tega upora lahko spremenite parametre na enem od vhodov. Nastala razlika se ponovno izravna s povečevanjem ali zmanjševanjem parametrov.
Univerzalnih shem ni. Nekdo se zanima za vprašanje povečanja obremenitvenega toka. Na primer, kaj je treba spremeniti v tokokrogu za 15 A? Potrebno bo namestiti spremenljivko ne 5, ampak 10 kOhm. S predhodnim izračunom in zamenjavo ustreznih elementov lahko preprosto prilagodite vezje svojim potrebam.
Sestavljanje naprave
Seveda je zanimivo pogledati končni domači izdelek, nato pa se lotimo sestavljanja naprave. V spletnih trgovinah je veliko kompaktnih plošč za to zasnovo. Stroški delov za sestavljanje tega napetostnega stabilizatorja bodo stali manj kot dvesto rubljev. Če kupite že pripravljen stabilizator napetosti, boste morali plačati nekajkrat več.
Ne bomo opisali vseh standardnih montažnih dejanj, zabeležili bomo le glavne točke. Tranzistor mora biti nameščen na hladilniku. Zakaj? Ker je vezje linearno in se pri visokih tokovih tranzistor zelo segreje. Iz česa je sestavljen radiator? Lahko je izdelan iz navadnega aluminijastega vogala in pritrjen neposredno na ventilator napajalnika. In kljub dejstvu, da je radiator precej majhen, se bo zaradi intenzivnega pretoka zraka popolnoma spopadel s svojo nalogo.
Tranzistor je privit na radiator s termalno pasto; v tem vezju uporablja N-kanalni IRFZ44 z učinkom polja z največjim tokom 49 A. Ker je radiator izoliran od glavne plošče in ohišja, je tranzistor privit direktno. brez izolacijskih distančnikov.
Stabilizatorska plošča je pritrjena na isti aluminijasti vogal skozi medeninasto stojalo. Za regulacijo izhodnega toka se uporablja spremenljivi upor 5 kOhm. Žice so pritrjene s plastičnimi vezmi, da ne bi visele.
Kot rezultat bi morali dobiti naslednji diagram povezave za ta stabilizator za polnilnik.
Napajalnik je lahko karkoli, bodisi računalniški napajalnik ali navaden transformator. Kabel za priključitev v vtičnico je navaden računalniški.
Vse je pripravljeno. Zdaj lahko uporabite tak nastavljiv stabilizator napetosti za polnilnik. Treba je opozoriti, da je vezje preprosto in poceni: deluje tudi kot polnilnik.
Pred kratkim sem moral sestaviti hitri polnilnik za avtomobilsko baterijo s polnilnim tokom do približno 3-4 amperov. Ni bilo veliko časa ali želje po modrovanju. Zato se je iz zabojnikov pojavilo staro, a časovno preizkušeno vezje stabilizatorja polnilnega toka. Razpravo o koristih in škodi polnjenja baterije s stabilnim tokom bomo pustili izven okvira te objave. Rekel bom le, da je shema preprosta, zanesljiva, časovno preizkušena. In od nje se ne zahteva nič več.
Shema polnilnika je naslednja (za povečavo kliknite na sliko):
Nameščeno mikrovezje (K553UD2) je starodavno, a ker je bilo pravkar na voljo in sem bil preveč len, da bi izgubljal čas z eksperimentiranjem z drugimi, sodobnejšimi, je bilo nameščeno. Kot upor R3 je bil uporabljen shunt iz starega testerja.
Lahko ga naredite iz nikroma, vendar se morate zavedati, da mora biti njegov presek zadosten. iti skozi polnilni tok in ne bodi preveč vroče.
Shunt, nameščen vzporedno z ampermetrom, je izbran na podlagi parametrov obstoječe merilne glave. Nameščen je neposredno na sponke glave.
Tiskano vezje za stabilizator toka polnilnika je tako:
Primeren je kateri koli transformator od 85 W in več. Sekundarno navitje je 15 voltov. Prerez žice (premer bakra) od 1,8 mm.
Kot usmerniški most je bil nameščen 26MB120A. Za to zasnovo je seveda premočan, vendar ga je izjemno priročno namestiti - privijte ga na radiator, pritrdite sponke in to je to. Z lahkoto ga zamenjamo s katerim koli diodnim mostom. Glavna stvar je ohraniti zahtevani tok (ne pozabite tudi na radiator).
Za ohišje se je pojavila škatla iz starega radijskega snemalnika. V njegovi zgornji ravnini je bilo izvrtanih več lukenj za boljše prezračevanje.
Sprednja plošča je izdelana iz plošče PCB. Na ampermetru je nameščen shunt, ki ga je treba nastaviti glede na odčitke testnega ampermetra.
Tranzistor na radiatorju je pritrjen na zadnjo steno ohišja.
Po montaži naprave preverimo tokovni stabilizator tako, da enostavno povežemo (+) in (-). Regulator mora zagotavljati gladko nastavitev v celotnem območju polnilnega toka. Po potrebi izberite upor R1.
Ne pozabite, da CELOTEN padec napetosti pade na krmilni tranzistor! To povzroči, da postane zelo vroče! Po hitrem pregledu odprite skakalec!!!
Polnilnik lahko zdaj uporabljate. Stabilno bo vzdrževal polnilni tok skozi celotno območje polnjenja. Ker naprava nima samodejni izklop Po končanem polnjenju spremljajte nivo napetosti na akumulatorju z odčitkom voltmetra.
Stabilizator toka vam omogoča pridobivanje tokov v obremenitvi od 1 mA do 10 A
. Naprava vsebuje naslednje glavne komponente: referenčna napetost, močan generator izhodnega toka, natančna krmilna enota, in tudi napajalna enota in merilni instrumenti
. Močan generator izhodnega toka, ki ustvarja tok v bremenu, je zgrajen na osnovi operacijskega ojačevalnika po klasičnem vezju. Regulacijski element je sestavljen iz kompozitnih tranzistorjev VT2 in VT3.
Vir referenčne napetosti je sledilnik napetosti, katerega izhod je naložen na niz zaporedno povezanih preciznih uporov R4-R12. Repetitor sprejema konstantna napetost Uo, ki prihaja iz izhoda dvostopenjskega parametričnega stabilizatorja napetosti na referenčnih diodah VD1 in VD3 serije D818E in KS515A skozi delilnik na uporih Rl - R3. Vsak od 9 obremenitvenih uporov R4 - R12 pade enako napetost, enako U0/9. Tako je mogoče odstraniti deset referenčnih napetosti v območju od O do U0, da bi povečali natančnost naloge. obremenitveni upori so izbrani kot nizko uporni s toleranco 1%. Izhodni signali ION se ustvarijo v glavnem vozlišču krmilne napetosti močan generator izhodni tok.
Tokovno vezje vira za polnjenje baterije
Natančna glavna enota je seštevalnik, narejen na visoko natančnem operacijskem ojačevalniku serije K140UD14A. Zagotavlja seštevek referenčnih napetosti, vzetih iz delilnika R4-R12. To vam omogoča nastavitev katere koli napetosti od 0 do 1,111 U0 na izhodu op-amp DA2 s pomočjo stikal SA1 - SA4 v skladu z izrazom:
kjer so K1, K2, KZ, K4 -0, 1, 2,... 9 koeficienti, nastavljeni s stikali SA1 - SA4. Tako vam natančna glavna enota omogoča diskretno nastavitev glavne napetosti v korakih U0/9000. Za visoko natančnost seštevanja morajo imeti upori seštevalnika toleranco 0,05...0,1 % in upor, ki je bistveno večji od upora ION. upori. Ta zasnova glavne enote zagotavlja enostavnost in visoko natančnost vgradnje z minimalnim številom delov.
Obstajajo trenutki, ko morate prenesti stabilen tok skozi LED, omejiti polnilni tok baterij ali preizkusiti vir napajanja, vendar nimate reostata pri roki. V tem, in ne samo, primeru bodo pomagale posebne rešitve vezja, ki omejujejo, regulirajo in stabilizirajo tok. V nadaljevanju so podrobno opisana vezja stabilizatorjev in regulatorjev toka.
Tokovni viri za razliko od napetostnih virov stabilizirajo izhodni tok s spreminjanjem izhodne napetosti, tako da tok skozi breme vedno ostane enak.
Tako se vir toka razlikuje od vira napetosti, tako kot se voda razlikuje od kopnega. Tipične uporabe tokovnih virov so napajanje LED diod, polnjenje baterij itd.
Pozor! Ne zamenjujte tokovnega stabilizatorja s stabilizatorjem napetosti! To se lahko slabo konča =)
Preprost tokovni stabilizator na Krenki
Za ta trenutni stabilizator je dovolj, da uporabite KR142EN12 ali LM317. To so nastavljivi stabilizatorji napetosti, ki lahko delujejo s tokovi do 1,5 A, vhodnimi napetostmi do 40 V in oddajno močjo do 10 W (odvisno od toplotnih pogojev).
Vezje in uporaba sta prikazana na spodnjih slikah
Notranja poraba teh mikrovezij je relativno majhna - približno 8 mA, in ta poraba se praktično ne spremeni, ko se spremeni tok, ki teče skozi banko, ali se spremeni vhodna napetost. Kot lahko vidimo, v zgornjih diagramih stabilizator LM317 deluje kot stabilizator napetosti, ki vzdržuje konstantno napetost na uporu R3, ki jo je mogoče prilagoditi v določenih mejah s prilagoditvijo upora R2. V tem primeru se R3 imenuje upor za nastavitev toka. Ker je upor R3 konstanten, bo tok skozi njega stabilen. Tok na vhodu banke bo približno 8mA večji.
Tako smo dobili kot metlo preprost stabilizator toka, ki ga lahko uporabljamo kot elektronsko breme, vir toka za polnjenje baterij itd.
Integrirani stabilizatorji se precej hitro odzovejo na spremembe vhodne napetosti. Pomanjkljivost takšnega tokovnega regulatorja je zelo visoka upornost tokovnega upora R3 in posledično potreba po uporabi močnejših in dražjih uporov.
Preprost tokovni stabilizator na dveh tranzistorjih
Preprosti stabilizatorji toka, ki temeljijo na dveh tranzistorjih, so postali precej razširjeni. Glavna pomanjkljivost tega vezja je, da trenutna stabilnost v obremenitvi ni zelo dobra, ko se napajalna napetost spremeni. Vendar pa so za številne aplikacije primerne tudi takšne lastnosti.
Naslednje prikazuje vezje tokovnega stabilizatorja na tranzistorju. V tem vezju je upor za nastavitev toka R2. Ko se tok skozi VT2 poveča, se poveča napetost na uporu za nastavitev toka R2, ki pri vrednosti približno 0,5 ... 0,6 V začne odpirati tranzistor VT1. Tranzistor VT1, ko se odpre, začne zapirati tranzistor VT2 in tok skozi VT2 se zmanjša.
Namesto bipolarni tranzistor VT2, lahko uporabite tranzistor z učinkom polja.
Zener dioda VD1 je izbrana za napetost 8 ... 15 V in je potrebna v primerih, ko je napetost vira energije dovolj visoka in lahko prebije vrata tranzistorja z učinkom polja. Za MOSFET-je visoke moči je ta napetost približno 20 V. Sledi tokovno stabilizatorsko vezje, ki uporablja MOSFET.
Upoštevati je treba, da se MOSFET-ji odprejo pri napetosti vrat vsaj 2 V in napetosti, ki je potrebna za normalno delovanje vezja stabilizatorja toka. Pri polnjenju baterij in nekaterih drugih opravilih bo povsem dovolj, da tranzistor VT1 z uporom R1 priključite neposredno na vir napajanja, kot je prikazano na sliki:
V vezjih stabilizatorja toka, ki uporabljajo tranzistorje, je zahtevana vrednost upora za nastavitev toka za dano vrednost toka približno dvakrat manjša kot v vezjih s stabilizatorjem na osnovi KR142EN12 ali LM317. To omogoča uporabo upora za nastavitev toka manjše moči.
Stabilizator toka na operacijskem ojačevalniku (op-amp)
Če morate sestaviti tokovni stabilizator, ki je nastavljiv v širokem razponu, ali tokovni stabilizator z uporom za nastavitev toka, ki je za red velikosti ali celo dva manjši kot v prej prikazanih vezjih, lahko uporabite vezje z ojačevalnikom napak na op-amp (operacijski ojačevalnik). Vezje takšnega tokovnega stabilizatorja je prikazano na sl.
V tem vezju je upor za nastavitev toka R7. Operacijski ojačevalnik DA2.2 ojača napetost upora za nastavitev toka R7 - to je ojačana napetost napake. Operacijski ojačevalnik DA2.1 primerja referenčno napetost in napako napetosti ter uravnava stanje tranzistorja z učinkom polja VT1.
Upoštevajte, da tokokrog zahteva ločeno napajanje priključka XP2. Napajalna napetost mora zadostovati za delovanje komponent vezja in ne sme preseči prebojne napetosti vrat MOSFET VT1.
Kot generator referenčne napetosti v vezju na sl. 7 uporablja mikrovezje DA1 REF198 z izhodno napetostjo 4,096 V. To je precej drago mikrovezje, zato ga je mogoče zamenjati z običajno ročico, in če je napajalna napetost vezja (+U) stabilna, potem lahko v tem vezju storite brez stabilizatorja napetosti. V tem primeru spremenljivi upor R ni priključen na REF, temveč na +U. V primeru elektronski nadzor Z vezjem lahko pin 3 DA2.1 priključite neposredno na izhod DAC.
Če želite konfigurirati vezje, morate nastaviti drsnik spremenljivega upora R1 na najvišji položaj v vezju in uporabiti trimerni upor R3, da nastavite želeno vrednost toka - ta vrednost bo največja. Zdaj lahko upor R1 uporabite za uravnavanje toka skozi VT1 od 0 do vrednosti, nastavljene med nastavitvijo največji tok. Elementi R2, C2, R4 so potrebni za preprečevanje vklopa tokokroga. Zaradi teh elementov časovne karakteristike niso idealne, kot je razvidno iz oscilograma
Na oscilogramu žarek 1 (rumen) prikazuje napetost obremenjenega IP (napajalnika), žarek 2 (moder) prikazuje napetost na uporu za nastavitev toka R7. Kot lahko vidite, za 80 μs skozi tokokrog teče nekajkrat večji tok od nastavljenega.
Stabilizator toka na čipu stabilizatorja impulzne napetosti
Včasih je tokovni stabilizator potreben ne samo za delovanje v širokem razponu napajalnih napetosti in obremenitev, ampak tudi za njegovo delovanje visoka učinkovitost. V teh primerih kompenzacijski stabilizatorji niso primerni in jih nadomestijo impulzni (ključni) stabilizatorji. Poleg tega lahko stikalni stabilizatorji proizvedejo visoko obremenitveno napetost z nizko vhodno napetostjo.
- Napajalna napetost 2…16,5 V
- Lastna poraba 110uA
- Izhodna moč do 15W
- Učinkovitost pri obremenitvenem toku 10mA...1A doseže 90%
- Referenčna napetost 1,5V
Slika prikazuje eno od možnosti za povezavo mikrovezja in jo bomo vzeli kot osnovo za naše vezje.
Poenostavljeno izgleda postopek stabilizacije takole. Upori R1 in R2 so delilniki izhodne napetosti mikrovezja, takoj ko je razdeljena napetost, dovedena na pin FB mikrovezja MAX771, večja od referenčne napetosti (1,5 V), mikrovezje zmanjša izhodno napetost in obratno - če je napetost na zatiču FB manjša od 1,5 V, mikrovezje poveča vhodno napetost.
Očitno, če se krmilna vezja spremenijo tako, da MAX771 reagira na (in ustrezno regulira) izhodni tok, potem imamo reguliran vir toka.
Spodaj je spremenjeno vezje z omejitvijo izhodne napetosti in primerom obremenitve.
pri lahka obremenitev, dokler je padec napetosti na tokovnem merilnem uporu R3 manjši od 1,5 V, vezje na sliki 10a deluje kot stabilizator napetosti, stabilizira napetost na ravni zener diode VD2 + 1,5 V. Takoj ko obremenitveni tok postane dovolj velik, se padec napetosti na R3 poveča in vezje preide v način stabilizacije toka.
Upor R8 je nameščen, če je lahko stabilizacijska napetost visoka - več kot 16,5 V. Upor R3 je tokovnonastavitveni in se izračuna po formuli: R3 = 1,5/Ist.
Pomanjkljivost vezja je precej velik padec napetosti na tokovnem merilnem uporu R3. Ta pomanjkljivost je odpravljena z uporabo operacijskega ojačevalnika (op-amp) za ojačanje signala iz upora R3. Na primer, če je treba upor pri danem toku zmanjšati za 10-krat, mora ojačevalnik operacijskega ojačevalnika za 10-krat povečati tudi padec napetosti na R3.
Zaključek
Tako je bilo upoštevanih več vezij, ki opravljajo funkcijo trenutne stabilizacije. Seveda je mogoče ta vezja izboljšati s povečanjem hitrosti, natančnosti itd. Kot tokovni senzor lahko uporabite specializirana mikrovezja in izdelate težke krmilne elemente, vendar so ta vezja idealna v primerih, ko morate hitro ustvariti orodje, ki vam bo olajšalo delo ali rešilo določeno vrsto težav.
Na internetu sem naletel na diagram dvokanalnega polnilnika. Nisem ga naredil za dva kanala hkrati, ker ni bilo potrebe - sestavil sem enega. Vezje je popolnoma delujoče in se odlično polni.
Polnilni krog za avtomobilske akumulatorje
Specifikacije polnilnika
- Omrežna napetost 220 V.
- Izhodna napetost 2 x 16 V.
- Polnilni tok 1 - 10 A.
- Tok praznjenja 0,1 - 1 A.
- Oblika polnilnega toka je polvalovni usmernik.
- Kapaciteta baterije 10 - 100 A/h.
- Napetost baterij, ki se polnijo je 3,6 - 12 V.
Opis delovanja: to je naprava za polnjenje in praznjenje z dvema kanaloma z ločeno nastavitvijo polnilnega toka in toka praznjenja, kar je zelo priročno in vam omogoča izbiro optimalni načini obnova baterijskih ploščic podlagi njihovih tehnično stanje. Uporaba načina ciklične redukcije povzroči znatno zmanjšanje donosa vodikovega sulfida in kisikovih plinov zaradi njihove popolne uporabe v kemična reakcija, hitro okreva notranji upor in posoda je v delujočem stanju, ni pregrevanja ohišja ali zvijanja plošč.
Tok praznjenja pri polnjenju z asimetričnim tokom ne sme biti večji od 1/5 polnilnega toka. Navodila proizvajalca zahtevajo izpraznitev baterije pred polnjenjem, torej oblikovanje plošč pred polnjenjem. Ni treba iskati primerne razelektritvene obremenitve, dovolj je izvesti ustrezen preklop v napravi. Priporočljivo je, da 20 ur izvajate kontrolno praznjenje s tokom 0,05C od kapacitete baterije. Vezje omogoča hkratno oblikovanje plošč dveh baterij z ločeno namestitvijo praznjenja in polnilnega toka.
Tokovni regulatorji predstavljajo ključne regulatorje na močnih poljskih tranzistorjih VT1, VT2.
V povratnih tokokrogih so nameščeni optični sklopniki, ki so potrebni za zaščito tranzistorjev pred preobremenitvijo. Pri visokih polnilnih tokovih je vpliv kondenzatorjev C3, C4 minimalen in skoraj polvalni tok, ki traja 5 ms s premorom 5 ms, pospeši okrevanje baterijskih plošč zaradi premora v obnovitvenem ciklu, pregrevanja plošč in ne pride do elektrolize, se izboljša rekombinacija elektrolitskih ionov s polno uporabo atomov vodika in kisika v kemijskih reakcijah.
Kondenzatorji C2, C3, ki delujejo v načinu pomnoževanja napetosti, pri preklopu diod VD1, VD2 ustvarijo dodaten impulz za taljenje grobo kristalnega sulfata in pretvorbo svinčevega oksida v amorfni svinec. Regulatorji toka obeh kanalov R2, R5 se napajajo iz parametrični stabilizatorji napetost na zener diodah VD3, VD4. Upori R7, R8 v vezjih vrat tranzistorji z učinkom polja VT1, VT2 omejita tok vrat na varno vrednost.
Tranzistorji optocouplerja U1, U2 so zasnovani za ranžiranje napetosti vrat tranzistorjev z učinkom polja, kadar so preobremenjeni s polnilnimi ali praznilnimi tokovi. Krmilna napetost se odstrani iz uporov R13, R14 v odvodnih tokokrogih, prek trimerskih uporov R11, R12 in preko omejevalnih uporov R9, R10 do LED optičnih sklopnikov. pri povečana napetost na uporih R13, R14 se tranzistorji optičnega sklopnika odprejo in zmanjšajo krmilno napetost na vratih tranzistorjev z učinkom polja, tokovi v tokokrogu odtok-izvor se zmanjšajo.
Razpravljajte o članku PREPROST NASTAVLJIV AVTOPOLNILEC