Зарядний пристрій

Пристрій призначений для автоматичної зарядки автомобільних акумуляторних батарей, працює при зміні напруги мережі в діапазоні 160 … 250 В і забезпечує автоматичне матично стабілізацію струму зарядки, а також обмеження максимального вихідного напруги. У пристрої застосована захист від короткого замикання і від неправильного підключення до акумулятора Пристрій має ККД не гірше 85%.

Пристрій виконаний за схемою прямоходового перетворювача, виконаного на основі ШІМ-контролера [1]. Принципова схема наведена на рис. 1.

Клацни за схемою для її укркпненія в новому вікні
Рис. 1

Розглянемо функціональне призначення елементів та вузлів. На мікросхемі DA1 зібраний вузол, що виконує функції стабілізатора напруги та струму. Формувач імпульсів, виконаний на базі мікросхеми DA2, призначений для управління затворами потужних польових n-МОП транзисторів VT2, VT3. Демпфуючих ланцюг C12R20 забезпечує безпечний режим роботи транзисторів VT2, VT3 і знижує рівень перешкод, викликаних процесами комутації. Використання магнітно-пов'язаного двухоб-моточні дроселя L2 дозволило забезпечити гальванічну розв'язку навантаження від живильної мережі без оптро-ну в ланцюзі зворотного зв'язку по напрузі. На інтегральному регульованому прецизійному стабілітрон DA3 [2] зібраний вузол обмеження напруги на акумуляторної батареї для виключення можливості її перезарядки.

При підключенні пристрою до живильної електромережі відбувається зарядка конденсатора С8 через токо-що обмежує резистор R14. Коли напруга на конденсаторі С8 досягне 16 В (поріг включення генератора на мікросхемі DA1), запуститься генератор пилоподібного напруги, і на виході мікросхеми DA1 з'являться прямокутні імпульси з шпаруватістю 2 (меандр) частотою приблизно 60 кгц. Частоту генерації задають елементи R5, СЗ. Першим робочим імпульсом відкривається транзистор VT3. Через обмотку I трансформатора Т1 і діод VD2 від конденсатора С8 заряджається конденсатор С9, який є джерелом напруги для управління транзистором VT2. Транзистор VT2 відкривається і через обмотку I трансформатора Т1 починає лінійно наростати струм. При збільшенні цього струму до значення, при якому сумарне напруга на виводі 3 мікросхеми DA1 досягне порогового рівня I В, напруга на виводі 6 цієї мікросхеми стане рівним нулю. Транзистори VT2, VT3 закриються. Через ЕРС самоіндукції трансформатора Т1 відкривається діод VD4 і на стоці транзистора VT3 щодо його витоку починає збільшуватися напруга.

Демпфуючих ланцюг C12R20 після закривання транзисторів деякий час підтримує протікання струму по замкнутому контуру через обмотку I трансформатора Т1, діод VD4, резистори датчика струму R13, R17-R19 і демпфувальних ланцюг до тих пір, поки напруга на конденсаторі С12 не досягне напруги живлення. При подальшому збільшенні напруги відкривається діод VD5, обмежуючи напругу на стоці транзистора VT3. Поступово від обмоток II і III трансформатора Т1 через випрямні діоди VD6, VD7, діодні збірку VD8 та обмотки дроселя L2 заряджаються конденсатори С13, С14. При досягненні напруги на виводі 2 мікросхеми DA1 рівня 2,5 В починає працювати ОС по напрузі. Дільник Rl-R3 визначає напругу стабілізації перетворювача. Навантажувальні резистори R21, R22 служать для сталої роботи перетворювача в режимі холостого ходу.

При підключенні акумуляторної батареї до пристрою вузол, зібраний на основі мікросхеми DA3 і виконує функцію компаратора напруги [2], порівнює рівень, що знімається з дільника R23R24R25R27 з зразковим внутрішнім джерелом 2,5 В. Якщо напруга акумуляторної батареї менше верхнього порогу, що задається перемикачем SA1, транзистори VT4, VT5 закриті, транзистор VT6 відкривається позитивним напругою, прикладеним до його затвору через резистор R32, спрацьовує електромагнітне реле К1 і своїми контактами підключає перетворювач до акумуляторної батареї. Перетворювач переходить в режим стабілізації по струму, обмежуючи струм зарядки на рівні 4,5 А (задається резисторами R13, R17-R19). При досягненні порогового рівня 14 4 В (перемикач SA1 в положенні «14 В») або 16 В (перемикач SA1 в положенні «16 В») транзистор VT6 закривається і реле К1 знеструмлюється, розмикаючи контакти К1.1. Процес зарядки завершується. При зниженні напруги на акумуляторної батареї приблизно на 1,5 В від свого максимального значення (необхідний гістерезис встановлюють резистором R26) компаратор DA3 знімає керуючий сигнал і транзистори VT4, VT5 закриваються, електромагнітне реле К1 спрацьовує і процес зарядки повторюється.

У пристрої можна застосувати резистори С2-ЗЗН. Конденсатор СЗ – К10-176 з ТКЕ не гірше М47 або малогабаритний плівковий, оскільки від його стабільності залежить частота генератора, що задає. Конденсатори С1, С2, С6, С7, С9 – будь-які малогабаритні керамічні, С12 – К15-5; С4, С5, СП – К73-17. Діодний міст VD3 – будь-який на робочу напругу не менше 400 В і струм 1 А. Діодний збірку VD8 встановлюють на радіатор, виконаний з алюмінієвої пластини товщиною не менше 2 мм і площею розсіювання 100 см2. Її можна замінити двома діодами КД2997, але при цьому доведеться збільшити площу радіатора. Світлодіод HL1 зеленого кольору світіння із серії АЛ307 або аналогічний імпортний. Транзистори VT2, VT3 – КП787А, КП777А, IRF840, VT6 – КП745А.

Транзистори VT2, VT3 встановлюють на радіаторі площею 20 см2 через слюдяні прокладки. Мікросхема DA1-КР1033ЕУ16, DA3 – КР142ЕН19. Електромагнітне реле К1 – будь-яке на робочу напругу 12 В і припустимим струмом через його контакти 10 А. В авторському варіанті використовувалося електромагнітне реле стартера автомобіля (113.3747-10).

Трансформатор Т1 виконаний на кільці К28х16х9 з фериту М2000НМ1. Обмотку I намотують проводом ПЕВТЛ-2 0 0,35, вона містить 150 витків. Обмотка II намотана дротом ПЕВТЛ-2 0 0,2, містить 28 витків. Обмотку III намотують джгутом з восьми проводів ПЕВТЛ-2 0,35, вона також містить 28 витків. Обмотки слід ізолювати один від одного шаром Лакотканини. Дроселі L1 і L2 виконані на магнітопроводі марки Б26 з фериту М2000НМ1. Обмотки дроселя L2 намотані на каркасі, вони містять по 16 витків. Обмотка I намотана дротом ПЕВТЛ-2 0,2, обмотка II – джгутом з восьми проводів ПЕВТЛ-2 0,35. Обмотки слід ізолювати один від одного шаром Лакотканини. Зазор між чашками забезпечує паперова прокладка товщиною 0,25 ± 0,05 мм. Обмотки дроселя L1 намотують на каркас у два дроти до заповнення проводом ПЕВТЛ-2 0 0,35. Зазор між чашками забезпечує паперова прокладка товщиною 0,15 ± 0,05 мм. Дроселі кріплять до друкованої плати латунними гвинтами.

Регулювання пристрою полягає в установці напруги 17 В на конденсаторі С14 при відключеній акумуляторної батареї підбіркою резистора R3.

ЛІТЕРАТУРА:

1. Інтегральні мікросхеми: Мікросхеми для імпульсних джерел живлення та їх застосування. Видання 2-е. – М.: Додека, 2000.

2. Інтегральні мікросхеми: Мікросхеми для лінійних джерел харчування і їх застосування. -М. Доджа, 1996.

Сергій Калюжний, Сергій Міщенко,

м. Воронеж

Схемотехніка № 12, грудень 2004