Дополнив имеющееся в вашем распоряжении зарядное устройство для автомобильной аккумуляторной батареи предлагаемым автоматом, можете быть спокойны за режим зарядки батареи - как только напряжение на её выводах достигнет 14,5 ± 0,2 В, зарядка прекратится. При снижении напряжения до 12,8 ÷ 13 В зарядка возобновится.
Приставка может быть выполнена в виде отдельного блока либо встроена в зарядное устройство. В любом случае необходимым условием для ее работы будет наличие пульсирующего напряжения на выходе зарядного устройства. Такое напряжение получается, скажем, при установке в устройстве двухполупериодного выпрямителя без сглаживающего конденсатора.
Схема приставки-автомата для зарядного устройства приведена на рис. 2.91. Она состоит из тиристора VS1, узла управления тиристором, выключателя автомата SA1 и двух цепей индикации - на светодиодах HL1 и HL2. Первая цепь индицирует режим зарядки, вторая - контролирует надежность подключения аккумуляторной батареи к зажимам приставки-автомата. Если в зарядном устройстве есть стрелочный индикатор - амперметр, первая цепь индикации не обязательна.
Рис. 2.91. Принципиальная схема приставки-автомата для зарядного устройства .
Узел управления содержит триггер на транзисторах VT2, VT3 и усилитель тока на транзисторе VT1. База транзистора VT3 подключена к движку подстроечного резистора R9, которым устанавливают порог переключения триггера, т. е. напряжение включения зарядного тока. «Гистерезис» переключения (разность между верхним и нижним порогами переключения) зависит в основном от резистора R7 и при указанном на схеме сопротивлении его составляет около 1,5 В.
Триггер подключен к проводникам, соединенным с выводами аккумуляторной батареи, и переключается в зависимости от напряжения на них.
Транзистор VT1 подключен базовой цепью к триггеру и работает в режиме электронного ключа. Коллекторная же цепь транзистора соединена через резисторы R2, R3 и участок управляющий электрод - катод тиристора с минусовым выводом зарядного устройства. Таким образом, базовая и коллекторная цепи транзистора VT1 питаются от разных источников: базовая - от аккумуляторной батареи, а коллекторная -от зарядного устройства.
Тиристор VS1 выполняет роль коммутирующего элемента. Использование его вместо контактов электромагнитного реле, которое иногда применяют в этих случаях, обеспечивает большое число включений - выключений зарядного тока, необходимых для подзарядки аккумуляторной батареи во время длительного хранения.
Как видно из схемы, тиристор VS1 подключен катодом к минусовому проводу зарядного устройства, а анодом - к минусовому выводу аккумуляторной батареи. При таком варианте упрощается управление тиристором: при возрастании мгновенного значения пульсирующего напряжения на выходе зарядного устройства через управляющий электрод тиристора сразу начинает протекать ток (если, конечно, открыт транзистор VT1). А когда на аноде тиристора появится положительное (относительно катода) напряжение, тиристор окажется надежно открытым. Кроме того, подобное включение выгодно тем, что тиристор можно крепить непосредственно к металлическому корпусу приставки-автомата или корпусу зарядного устройства (в случае размещения приставки внутри его) как к теплоотводу.
Выключателем SA1 можно отключить приставку, поставив его в положение «РУЧН». Тогда контакты выключателя будут замкнуты, и через резистор R2 управляющий электрод тиристора окажется подключенным непосредственно к выводам зарядного устройства. Такой режим нужен, например, для быстрой зарядки аккумулятора перед установкой его на автомобиль.
Настройка узла управления заключается в проверке его работоспособности и определении положения движка подстроенного резистора R9. Для этого к выходным клеммам приставки, подключают выпрямитель постоянного тока с регулируемым выходным напряжением до 15 В. Движок подстроечного резистора R9 устанавливают в нижнее по схеме положение и подают на узел управления напряжение около 13 В. Светодиоды HL1 и HL2 должны гореть. Перемещением движка подстроечного резистора R9 вверх по схеме добиваются погасания светодиода HL1. Плавно увеличивая напряжение питания узла управления до 15 В и уменьшая до 12 В, добиваются подстроенным резистором, чтобы светодиод HL1 зажигался при напряжении 12,8 ÷ 13 В и погасал при 14,2 ÷14,7В.
Детали приставки-автомат для зарядного устройства
Транзистор VT1 может быть указанной на схеме серии с буквенными индексами А÷Г; VT2 и VT3 - КТ603А ÷ КТ603Г.
Диод VD1 - любой из серий Д219, Д220 либо другой кремниевый.
Стабилитрон VD2 - Д814А, Д814Б, Д808, Д809.
Светодиоды - любые из серий АЛ102, АЛ307 (ограничительными резисторами R1 и R11 устанавливают нужный прямой ток используемых светодиодов).
Постоянные резисторы - МЛТ-2 (R2), МЛТ-1 (R6), МЛТ-0,5 (R1, R3, R8, R11), МЛТ-0,25 (остальные). Подстроечный резистор R9 - СП5-16Б, но подойдет другой, сопротивлением 330 Ом 1,5 кОм. Если сопротивление резистора больше указанного на схеме, параллельно его выводам подключают постоянный резистор такого сопротивления, чтобы общее сопротивление составило 330 Ом.
Тиристор - серии КУ202 с буквенными индексами Г, Е, И, Л, Н, а также Д238Г, Д238Е.
Для установки тиристора можно изготовить теплоотвод общей площадью около 200 см 2 . Подойдет, например, пластина дюралюминия толщиной 3 мм и размерами 100x100 мм. Теплоотвод прикрепляют к одной из стенок корпуса (скажем, задней) на расстоянии около 10 мм - для обеспечения конвекции воздуха.
Это очень простая схема приставки к вашему уже имеющемуся зарядному устройству. Которая будет контролировать напряжение заряда аккумуляторной батареи и при достижении выставленного уровня - отключать его от зарядника, тем самым предотвращая перезарядку аккумулятора.
Это устройство не имеет абсолютно никаких дефицитных деталей. Вся схема построена всего на одном транзисторе. Имеет светодиодные индикаторы, отображающие состояние: идет зарядка или батарея заряжена.
Кому пригодятся это устройство?
Такое устройство обязательно пригодится автомобилистам. Тем у кого есть не автоматическое зарядное устройство. Это приспособление сделает из вашего обычного зарядного устройства - полностью автоматический зарядник. Вам больше не придется постоянного контролировать зарядку вашей батареи. Все что нужно будет сделать, это поставить аккумулятор заряжаться, а его отключение произойдет автоматически, только после полной зарядки.Схема автоматического зарядного устройства
Вот собственно и сама схема автомата. Фактически это пороговое реле, которое срабатывает при превышении определенного напряжения. Порог срабатывания устанавливается переменным резистором R2. Для полностью заряженного автомобильного аккумулятора он обычно равен - 14,4 В.
Схему можете скачать здесь -
Печатная плата
Как делать печатную плату, решать Вам. Она не сложная и поэтому ее запросто можно накидать на макетной плате. Ну или можно заморочиться и сделать на текстолите с травлением.
Настройка
Если все детали исправные настройка автомата сводиться только к выставлению порогового напряжения резистором R2. Для этого подключаем схему к зарядному устройству, но аккумулятор пока не подключаем. Переводим резистор R2 в крайнее нижнее положение по схеме. Устанавливаем выходное напряжение на заряднике 14,4 В. Затем медленно вращаем переменный резистор до тех пор, пока не сработает реле. Все настроено.Поиграемся с напряжением, чтобы убедиться что приставка надежно срабатывает при 14,4 В. После этого ваш автоматический зарядник готов к работе.
В этом видео вы можете подробно посмотреть процесс всей сборки, регулировки и испытания в работе.
Данное устройство подключается как приставка к зарядному устройству, разнообразных схем которых в интернете уже описано немало. Оно выводит на жидкокристаллический дисплей значение входного напряжения, величину тока зарядки аккумулятора, время зарядки и емкость зарядного тока(которая может быть или в Ампер-часах или в миллиампер-часах - зависит только от прошивки контроллера и примененного шунта). Выходное напряжение зарядного устройства не должно быть менее 7 вольт, иначе для данной приставки потребуется отдельный источник питания. Основу устройства составляет микроконтроллер PIC16F676 и жидкокристаллический 2-строчный индикатор SC 1602 ASLB-XH-HS-G. Максимальная зарядная емкость составляет 5500 ма/ч и 95,0 А/ч соответственно.
Принципиальная схема приведена на Рис 1.
Подключение к зарядному устройству - на Рис 2.
При включении микроконтроллер сначала запрашивает требуемую емкость зарядки. Устанавливается кнопкой SB1. Сброс - кнопкой SB2.
Если кнопку не нажимать более 5 секунд - контроллер автоматически переходит в режим измерений. На выводе 2 (RA5)устанавливается высокий уровень.
Алгоритм подсчета емкости в данной приставке следующий:
1 раз в секунду микроконтроллер измеряет напряжение на входе приставки и ток, и если величина тока больше единицы младшего разряда - увеличивает счетчик секунд на 1. Таким образом часы показывают только время зарядки.
Далее микроконтроллер высчитывает средний ток за минуту. Для этого показания зарядного?ока делятся на 60. Целое число записываются в счетчик, а остаток от деления потом прибавляется к следующему измеренному значению тока,и уже потом эта сумма делится на 60. Сделав, таким образом, 60 измерений в счетчике будет число среднего значения тока за минуту.
Далее среднее значение тока в свою очередь делится на 60(по такому же алгоритму). Таким образом, счетчик емкости увеличивается 1 раз в минуту на величину одна шестидесятая от величины среднего тока за минуту.
После этого счетчик среднего значения тока обнуляется и подсчет начинается сначала. Каждый раз, после подсчета емкости зарядки, производится сравнение измеренной емкости и заданной, и при их равенстве на дисплей выдается сообщение - "Зарядка завершена", а во второй строке - значение этой емкости зарядки и напряжение. На выводе 2 микроконтроллера (RA5) появляется низкий уровень, что приводит к гашению светодиода. Данный сигнал можно использовать для включения реле, которое, например, отключает зарядное устройство от сети (см Рис 3).
Наладка устройства сводится только к установке правильных показаний зарядного тока (R1 R3)и входного напряжения (R2)с помощью эталонного амперметра и вольтметра. Для точной установки показаний приставки рекомендуется использовать многооборотные подстроечные резисторы или ставить дополнительные резисторы последовательно с подстроечными (подобрать экспериментально).
Теперь о шунтах.
Для зарядного устройства на ток до 1000 мА можно использовать блок питания на 15 в, в качестве шунта резистор на 5-10 Ом мощностью 5Вт, и последовательно с заряжаемым аккумулятором переменное сопротивление на 20-100 Ом, которым и будет выставляться величина зарядного тока.
Для зарядного тока до 10 А (max 25,5 A) потребуется изготовить шунт из высокоомной проволоки подходящего сечения на сопротивление 0,1 Ом. Проведенные испытания показали, что даже при сигнале с токового шунта равным 0,1 вольт настроечными резисторами R1 и R3 можно легко установить показания тока в 10 А. Однако, чем больше сигнал с датчика тока, тем легче настроить правильные показания.
В качестве шунта для приставки на 10 А я пробовал использовать кусок аллюминиевого провода сечением 1,5 мм длиной 30 см -прекрасно работает.
Печатная плата для данного устройства из-за простоты схемы не разрабатывалась, оно собрано на макетной плате таких же размеров как и жидкокристаллический индикатор и закреплен сзади. Микроконтроллер устанавливается на панельку и позволяет быстро поменять прошивку для перехода на другой ток зарядного устройства.
В статье рассматривается схема несложного устройства, дополнив которым ваше зарядное устройство (ЗУ), процесс зарядки может быть автоматизирован. Так же оно поможет содержать ваш аккумулятор в заряженном состоянии в период длительного хранения, что способствует значительному увеличению его срока службы.
Устройства представляет собой электронное реле, следящее за напряжением подключенного аккумулятора. Реле имеет два порога срабатывания по наибольшему и наименьшему значению напряжения, выставленным в процессе наладки.
Контактная группа К1.1 подключается в разрыв одного из проводов, идущего на клеммник для подключения аккумуляторной батареи. Устройство также запитано с этого клеммника.
Настройка устройства. Для настройки узла понадобится источник питания с регулируемым значением напряжения. Подаем питание на вход XS1 (рис. 1). Устанавливаем движок резистора R 2 в верхнее по схеме положение, а R3 в нижнее. Выставляем значение напряжения 14,5 В. При этом транзистор VT 2 должен быть закрыт, а реле К1 должно быть обесточено. Регулировкой R 3 добиваемся срабатывания реле К1. Теперь устанавливаем напряжение в 12,9 В, регулировкой R 2 добиваемся выключения К1.
Т.к контакты реле К1.2, в отключенном состоянии, шунтируют резистор R 2, настройки срабатывания и отключения К1 являются независимыми друг от друга.
О деталях устройства. Резисторы R 2, R 3 подстроечные, тип СП-5, прецизионный стабилитрон Д818 можно заменить на два включенных встречно Д814 с близкими значениями стабилизации напряжения. Реле К1 с напряжением питания 12 В, с двумя группами нормальнозамкнутых контактов. Контактная группу К1.1, должна быть рассчитанна на ток зарядки аккумулятора.
В статье описана приставка, предназначенная для совместной работы с зарядным устройством, не имеющим функции отключения от сети по окончании зарядки аккумуляторной батареи. Эта приставка должна заинтересовать, в первую очередь, тех автолюбителей, которые, имея простейшее зарядное устройство заводского изготовления или самодельное, хотели бы с минимальными затратами времени и средств обеспечить автоматизацию зарядного процесса.
Известно, что напряжение на выводах заряжаемой стабильным током кислотнo-свинцовой аккумуляторной батареи почти перестает увеличиваться, как только она получит полный заряд. С этого момента практически вся поступающая на батарею энергия расходуется только на электролиз и нагревание электролита. Таким образом, в момент прекращения увеличения зарядного напряжения можно было бы отключать зарядное устройство от сети. Инструкция по эксплуатации автомобильных аккумуляторных батарей рекомендует, правда, продолжать зарядку в таком режиме еще два часа. Именно так работает автоматическое зарядное устройство, описанное мною ранее . Однако практика показывает, что эта дозарядка действительно необходима только при ежегодном проведении контрольно-профилактического зарядноразрядного цикла с целью определения технического состояния батареи.
В повседневной эксплуатации вполне достаточно выдержать батарею под неизменным напряжением в течение 15...30 мин. Такой подход позволяет значительно упростить автоматическое зарядное устройство без заметного влияния на полноту зарядки батареи. Если же заряжать батарею нестабилизированным током, то вместе с плавным увеличением зарядного напряжения (выраженным слабее, чем в первом случае) происходит уменьшение тока зарядки. Свидетельством полной заряженности батареи служит прекращение изменения и напряжения, и тока.
Этот принцип и положен в основу работы предлагаемой приставки. Она содержит компаратор, на один из входов которого подано напряжение, пропорционально увеличивающееся при увеличении зарядного напряжения на батарее (и уменьшающееся при уменьшении) и одновременно пропорционально уменьшающееся при увеличении (увеличивающееся при уменьшении) зарядного тока. На второй вход подано то же самое напряжение, что и на первый, но со значительной задержкой во времени. Иначе говоря, пока будет увеличиваться напряжение на батарее и (или) уменьшаться ток зарядки, значение напряжения на втором входе компаратора будет меньше значения напряжения на первом, и эта разность пропорциональна скорости изменения зарядного напряжения и тока. Когда напряжение на батарее и ток зарядки стабилизируются (что будет свидетельствовать о полной заряженности батареи), значения напряжения на входах компаратора сравняются, он переключится и даст сигнал на отключение зарядного устройства. Эта идея заимствована из .
Приставка выполнена на широко распространенных элементах. Максимальный рабочий ток равен 6 А, однако при необходимости его можно легко увеличить.
Принципиальная схема приставки изображена на рис. 1.
Устройство состоит из входного ОУ DA1, двух компараторов напряжения на ОУ DA2.1, DA2.2, двувходового электронного реле VT1 - VT3, К1 и блока питания, состоящего из сетевого трансформатора Т1, диодов VD1-VD4, сглаживающего конденсатора С6 и параметрического стабилизатора напряжения VD5R19. Выход зарядного устройства подключают к зажимам Х1, Х3, а заряжаемую батарею - к зажимам Х2, Х3. Сетевую вилку зарядного устройства включают в розетку Х5 приставки.
При нажатии на кнопку SB1 напряжение сети поступает к зарядному устройству и на сетевую обмотку I трансформатора Т1 приставки. Нестабилизированным напряжением с диодного моста VD1-VD4 питается электронное реле, а выходным напряжением параметрического стабилизатора - микросхема DA2 (DA1 питается от зарядного устройства). Начинается зарядка аккумуляторной батареи.
Падение напряжения, создаваемое током зарядки на резисторе R1, поступает на вход ОУ DA1, включенного по схеме инвертирующего усилителя. Напряжение на его выходе при уменьшении тока зарядки будет увеличиваться. С другой стороны, выходное напряжение ОУ пропорционально его напряжению питания. А поскольку усилитель питается непосредственно с заряжаемой батареи, то выходное напряжение ОУ будет функцией как напряжения на зажимах заряжаемой батареи, так и тока зарядки. Такое построение приставки дало возможность использовать ее совместно с самыми разными зарядными устройствами, в том числе и простейшими.
К выходу ОУ подключен ФНЧ R4C2, с которого напряжение через интегрирующие цепи R7C3 и R5R6R8C4 поступает на входы компаратора, выполненного на ОУ DA2.2. Цепь R8C4 имеет постоянную времени, во много раз большую, чем цепь R7C3, поэтому напряжение на неинвертирующем входе этого компаратора будет меньше, чем на инвертирующем, и на выходе установится низкий уровень.
Компаратор на ОУ DA2.1 представляет собой обычное пороговое устройство, на инвертирующий вход которого подано образцовое напряжение с резистивного делителя R15R16, а на неинвертирующий - с делителя R11R12R13, подключенного к заряжаемой аккумуляторной батарее. Компаратор переключается при достижении на батарее напряжения 14,4 В и служит для исключения возможности преждевременного отключения зарядного устройства в условиях незначительной динамики изменения напряжения на батарее.
В результате, пока напряжение на заряжаемой батарее не достигнет указанного значения, приставка не отключит зарядное устройство, даже если переключился компаратор DA2.2. Такая ситуация возможна при установке заниженного значения зарядного тока и, как следствие, при очень медленном изменении зарядных напряжения и тока. Первоначально на выходе компаратора DA2.1 также действует напряжение низкого уровня.
Выходы обоих компараторов через резистивные делители R17R18 и R20R21 соединены с базами транзисторов VT2 и VT1. Таким образом, при нажатии на кнопку SB1 эти транзисторы остаются закрытыми, a VT3 открывается. Срабатывает реле К1 и контактами К1.1 блокирует контакты кнопки. Приставка остается включенной после отпускания кнопки.
Поскольку транзисторы VT1 и VT2 включены по логической схеме И, они открываются только при высоком уровне напряжения одновременно на выходе компараторов DA2.1, DA2.2. Это может произойти только тогда, когда батарея будет полностью заряжена. При этом транзистор VT3 закрывается и реле К1 отпускает якорь, размыкая цепь питания приставки и зарядного устройства.
На рис. 2 показаны графики изменения напряжения на входах компаратора DA2.2, а также зарядного тока в процессе дозарядки аккумуляторной батареи 6СТ-60 с помощью простейшего зарядного устройства с нестабилизированным током зарядки. Первоначальная степень заряженности батареи - около 75 %.
В случае, когда приставка будет работать в условиях сильных помех, цепь питания ОУ DA2 следует шунтировать керамическим конденсатором емкостью 0,1 мкФ.
Приставка отличается пониженной чувствительностью к колебаниям напряжения сети. Если оно, например, увеличивается, то увеличивается и напряжение на заряжаемой батарее, но одновременно увеличится и ток зарядки. В результате напряжение на выходе ОУ DA1 изменится незначительно.
Приставка смонтирована в металлической коробке размерами 140x100x70 мм. На ее лицевой панели размещены зажимы Х1-Х3, предохранитель FU1 и розетка Х5. Большая часть деталей приставки размещена на печатной плате размерами 76x60 мм, выполненной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы изображен на рис. 3. Трансформатор Т1 и реле К1 смонтированы отдельно рядом с платой. Резистор R1 припаян непосредственно к зажимам Х1, Х2.
Резистор R1 составлен из двух параллельно соединенных резисторов С5-16В сопротивлением по 0,1 Ом и номинальной мощностью рассеяния 1 Вт; остальные постоянные - МЛТ. Подстроечные резисторы R9, R12 - СПЗ-16в.
Конденсатор С1 - КМ5, остальные - К50-35. Конденсатор С4 желательно перед установкой на плату подвергнуть тренировке, подключив его на несколько часов к источнику постоянного напряжения 10...12 В.
Вместо КД105Б можно использовать диоды КД106А, а вместо КД522Б - любой из серии КД521. Стабилитрон VD5 - любой маломощный с напряжением стабилизации 11... 13 В.
Транзисторы КТ3102Б заменимы любыми маломощными соответствующей структуры со статическим коэффициентом передачи тока базы не менее 50, а при замене транзистора VT3 следует ориентироваться на ток срабатывания имеющегося реле К1. При выборе замены ОУ К553УД2 необходимо учитывать, что не все операционные усилители допускают работу с входным напряжением, равным питающему.
В приставке использован готовый маломощный сетевой трансформатор с переменным напряжением вторичной обмотки 14 В при токе нагрузки до 120 мА. Реле К1 - РМУ, паспорт РС4.523.303, но подойдет любое с напряжением срабатывания 12...14 В, контакты которого рассчитаны на коммутацию переменного напряжения 220 В при токе 0,3...0,5 А.
Для налаживания приставки потребуются стабилизированный источник напряжения, регулируемого в пределах 10... 15 В, и цифровой вольтметр с пределом измерения 20 В. Сначала движок резистора R12 устанавливают в нижнее, a R9 - в левое по схеме положение. К зажимам Х1 и Х3 подключают источник, устанавливают на его выходе напряжение 14,4 В и включают приставку в сеть.
Нажимают на кнопку SB1, при этом должно сработать реле К1. Убеждаются в том, что на выходах ОУ DA2.1 и DA2.2 (выводы 10 и 12) присутствует низкий уровень напряжения (1,3... 1,5 В). Затем измеряют напряжение на выходе ОУ DA1 (вывод 10). Оно должно быть примерно равным напряжению подключенного источника питания.
Замыкают на 30.. .40 с выводы резистора R8, обеспечивая быструю зарядку конденсатора С4, а затем после десятиминутной выдержки вольтметр подключают к выходу ОУ DA2.2 и плавно вращают ручку резистора R9 до момента переключения компаратора, т. е. скачкообразного увеличения напряжения на его выходе до 11... 11,5 В. Затем измеряют напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2.2 и резистором R9 уменьшают его на 15...20 мВ.
Следует отметить, что измерять напряжение во входных цепях компаратора нужно цифровым вольтметром с входным сопротивлением не менее 5...10 МОм, чтобы не допускать разрядки конденсатора C3. Поскольку входное сопротивление многих популярных цифровых авометров не превышает 1 МОм, можно включить на входе имеющегося вольтметра десятимегаомный резистор, образующий совместно с входным сопротивлением прибора делитель напряжения с коэффициентом 1:10.
В заключение вращают ручку резистора R12 до момента переключения ОУ DA2.1. При этом реле К1 должно отпустить якорь.
Если у радиолюбителя отсутствует цифровой вольтметр и нет источника питания, наладить приставку можно непосредственно в процессе реальной зарядки батареи. Для этого подключают к приставке зарядное устройство и аккумуляторную батарею, выключатель зарядного устройства устанавливают в положение "Включено", а движки резисторов R9, R12 приставки - как указано выше. Нажимают на кнопку SB1, убеждаются в срабатывании реле К1 и устанавливают зарядный ток в соответствии с инструкцией по эксплуатации зарядного устройства.
Когда напряжение перестанет увеличиваться, продолжают зарядку в таком режиме еще 20...30 мин и затем плавно вращают ручку резистора R9 до срабатывания ОУ DA2.2 и отключения приставки и зарядного устройства от сети. На этом налаживание заканчивают.
В заключение следует отметить, что для гарантии полной зарядки аккумуляторной батареи желательно устанавливать максимально допустимые значения зарядного тока с тем, чтобы обеспечить хорошую динамику изменения напряжения на выходе ОУ DA1. Особенно это касается зарядных устройств с нестабилизированным выходным током и сильно разряженных батарей.
Литература
