Схема ограничителя тока к любому зарядному устройству

В любом самодельном зарядном устройстве, выполненным для заряда автомобильного аккумулятора, должен быть ограничитель тока и стабилизация.

Такое дополнение нужно нам для выставления любого тока заряда. В этой статье я расскажу вам, как сделать это простое дополнение, вернее схему к любому зарядному устройству, схема проверенная, отлично работает со всеми зарядными устройствами.

Схема блока довольно простая и собрана всего на одном операционном усилителе. ЗУ должно отдавать ток до 10 ампер и работать в диапазоне напряжений от 13,5 до 14,5 Вольт.

Силовым элементом данной схемы является один полевой транзистор, через который будет проходить весь ток, поэтому его нужно устанавливать на радиатор. Экспериментально сначала схему я собирал на макетной плате…В схеме желательно использовать полевые транзисторы с током от 40 ампер, но подойдёт и с током от 20 ампер.

В нашей схеме отлично зарекомендовали себя такие транзисторы как IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48, IRF3205 и аналогичные.Я использовал шунт от китайского мультиметра он даёт довольно точные замеры при токах 10-14 ампер. Вы можете использовать другие шунты например низкоомный резистор или что-то подобное.

Транзистор так же можно заменить на биполярный, если брать наши транзисторы, то отлично подходят такие как КТ8101 или КТ819ГМ, но также не забудьте поставить их на радиатор. Операционный усилитель я взял ЛМ358, сдвоенный, но как показала практика можно взять и одиночный к примеру TLO71 или TL081.Всё остальное делается, как обычно, я думаю, что в остальном никаких вопросов возникнуть не должно. Приставка к зарядному устройству работает сразу и не требует никаких настроек.Автор: Ака Касьян

Самое простое, но самое правильное зарядное устройство

   Впервые столкнувшись с необходимостью реанимации уже мертвых аккумуляторов, я решил изучить вопрос и задаться целью «впихнуть невпихуемое», т.е. выжать из приготовленных на выброс АКБ последнее. Вопрос этот встал в середине 90х — в то время самыми распространенными и используемыми были кислотные, щелочные, никель-кадмиевые и никель-металлгидридные аккумуляторы.

   Сразу скажу, что штатные ЗУ, предназначенные для зарядки разных АКБ уже не справлялись: одни уже в начале цикла говорили, что ничего нельзя сделать, а другие честно проходили цикл, но АКБ свою емкость так и не набирала даже на 10%.

    Итак, есть два способа зарядки от источника постоянного тока: постоянным (во времени) током или постоянным (во времени) напряжением. Однако, в любом случае отмечается нагрев пациента и закипание (если электролит жидкий). Опуская всякие детали, перейду к тому, что же я вывел для себя.

    А получается вот что: заряжать аккумуляторы нужно не только импульсами, а еще и разряжать в паузах между импульсами заряда. Но что еще важнее — импульсы постоянного тока также не очень благоприятны. В итоге родилось вот такое устройство:

Плюс аккумулятора по схеме сверху.

 Это решение позволяет заряжать аккумулятор, а также разряжать в паузах длиной в полу-период.

  R1 — регулируется общий ток, который составляет 10% от емкости АКБ+Jразр, т.е.Jобщ=Jзар+Jразр.

  R2 — рассчитывается так, чтоб через него в паузах разряда шел ток Jразр в 10 раз меньший, чем ток заряда. Я для этой цели использую и лампы накаливания, если токи заряда велики.

  Например, если емкость АКБ 55Ач, то зарядный ток нужно поддерживать на всем протяжении заряда равным Jзар=5.5+0.55=6.1А.

  Первый опыт был настолько многообещающим, что я не мог поверить.

1. Щелочной брикет 10-НКГЦ-10 был настолько мертв, что родное армейское полностью автоматическое ЗУ вообще отказывалось заряжать. Этим устройством я зарядил так, что до сих пор (с 1995 года) пользуюсь этой батареей (естественно, заряжая, при необходимости). Пусть и изредка.

2. Шахтерский фонарь выпуска 1992 года, проведший в разряженном состоянии на балконе друга несколько лет (с нашими-то зимами). На момент вручения его мне в 1997 году он вообще признаков жизни не подавал. А ведь я его до сих пор использую на рыбалке 😉

3. Аккумулятор в первом автомобиле был при покупке забракован продавцом (UA9CDV) и был крайне рекомендован к смене первой же зимой, т.к. «намаялся он с ним»… А ведь я поездил на авто несколько лет и до сих пор на нем ездит уже третий владелец. Авто 1993 года.

4. Аккумулятор видеокамеры друга в 2000 году не держал уже даже 5 минут. После «правильной» процедуры он заставлял работать видеокамеру в течение 1 часа, хотя по паспорту она всего 45 минут могла непрерывно работать и длительней у него никогда не получалось.

Более перечислять не буду, ибо страница станет навязчивой.

  При этом, нужно отметить, что аккумуляторы не «кипели» как при родных зарядниках и не грелись столь сильно.

  Правила пользования:

1. Подключить R2 к аккумулятору.

2. Резистором R2 установить разрядный ток 1/10 от необходимого зарядного тока. Будьте бдительны: если аккумулятор не подает признаков жизни, с подбором этого резистора можно ошибиться существенно. Сможете скорректировать его позже.

3. Подключить ЗУ к аккумулятору. Резистором R1 установить зарядный ток Jзар=1/10 от емкости АКБ

4. Скорректировать R2 и R1 минут через 20 после начала заряда.

5. В течение зарядки вручную поддерживать ток заряда постоянным во времени. Это требование желательное, но сколько себя помню — ни разу его не соблюдал 😛 Поэтому ток заряда изначально ставил больше, т.к. он неизбежно снизится существенно (зависит от состояния АКБ).

6. При таких условиях, заряжать любой аккумулятор (из перечисленных в начале) нужно 14-16 часов.

 Примите во внимание, что эффект от такой зарядки на современных, т.н. «кальцинированных» АКБ не будет столь высоким. Более того, у меня сложилось впечатление, что их специально делают явно одноразовыми. Посудите сами: автомобильные аккумуляторы работают не более 3 лет! Данная процедура не восстанавливает их столь же явно и еще через год приходит понимание, что их маркетологи с технологами свой хлеб отработали — аккумуляторы приходится менять! Некальцинированные аккумуляторы могли и 10 лет «ходить» в умелых руках. Между строк читайте «с данной схемой зарядки» 🙂

Различают несколько основных типов свинцово-кислотных АКБ:

Wet Standard (Sb/Sb)

Wet Low Maintenance (Sb/Ca)

Wet «Maintenance Free» (Ca/Ca)

И только в первом типе возможна т.н. десульфатация. В остальных типах процесс сульфатации необратим.

 В случае с Li-on и Li-Pol аккумуляторами вопрос решается гораздо сложнее: с применением зарядных процессоров и прочей обвязки, однако, у них нет памяти, поэтому есть вариант обойти различные хитрости. Но их заряжать ассиметричным током не рекомендую (лучше постоянным). Хотя и делал это неоднократно))

  С учетом такого опыта, я сделал в источнике питания трансивера третью клемму, на которую подал через диод питание с трансформатора. Теперь, подключая аккумулятор к этой клемме и к минусовому выводу, я заряжаю все свои старые аккумуляторы на протяжении уже более 10 лет. Тем более, что и ток выходит знатный! 

А вот видеокурс от пользователя Владимир Коротеев, повторившего данный способ:

                                                                                     30.09.2010

Ограничение зарядного тока конденсаторной батареи

Известные схемы ограничения зарядного тока конденса­торов или слишком сложные [1], или маломощные [2], или уменьшают КПД установки [3], или, имея в своем составе дополнительные элементы коммутации, требуют определен­ного алгоритма включения устройства.

Предлагаемый вариант ограничителя зарядного тока хотя и не отличается дешевизной и требует подбора элементов при наладке, но очень надежен и допускает даже очень кратковременное пропадание напряжения сети (так называемая «просадка») и защищает аппаратуру от серии «просадок», что является притчей во языцех для силовой электроники.

Источник кратковременного сверхтока для проверки за­щитных устройств показан на фото в начале статьи.

Простой ограничитель зарядного тока

Схема, изображенная на рис.1 состоит из маломощного реле К1, контактора К2, резистора R1, ограничивающего за­рядный ток батареи конденсаторов С1…Сn, величина рези­стора R2 определяет величину тока включения реле К1, а, следовательно, и напряжение, до которого успеют зарядится конденсаторы батареи, перед включением контактора К2, для минимизации броска тока. Резистор R3, подключаемый по­сле срабатывания реле и контактора, уменьшает рабочий ток через реле и уменьшает разницу напряжений срабатывания и отпускания реле.

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

С целью уменьшения мощности (и размеров) резисторов R2 и R3 желательно подобрать очень чувствительное реле с минимальным ток срабатывания. Среди реле встречаются эк­земпляры с током срабатывания меньше 5 мА, например, ти­па РЭС-54 с напряжением срабатывания 24 В (рис.4,а) или типа MY4 с напряжением срабатывания 230 В (рис.4,6).

Рис. 4

Используя силовой геркон (так называемый герсикон, рис.5,а), намотав на него несколько тысяч витков тонкого провода (рис.5,б, рис.5,в), можно добиться тока срабатыва­ния меньше 3 мА. Следует напомнить, что обычные (мало­габаритные) герконы не рассчитаны на работу с напряжени­ем питающей сети 230 В / 50 Гц, и использовать их в дан­ных условиях не допустимо.

Рис. 5

Резистор R1 можно заменить малогабаритной лампой на­каливания на напряжение 230 В (например, галогенной, рис.2), предусмотрев пожаробезопасное крепление. В таком случае даже длительное короткое замыкание не вызовет необрати­мых процессов в устройстве, а лампа будет сигнализиро­вать о «форс-мажорных» обстоятельствах. UR1 на рис.2 — это варистор, еще значительней уменьшающий разницу на­пряжения срабатывания и отпускания реле К1. Элементы С1, С2 и L1 на рис.2 — входной помехоподавляющий фильтр.

Если в качестве токоограничительного элемента приме­нить две последовательно включенные лампы (рис.3), то на­дежность схемы увеличится, а температура внутри корпуса (при аварии) — уменьшится. К тому же, в таком случае мож­но использовать дешевые малогабаритные китайские «ква- зигалогенки».

Некоторые «креативные» фирмы, выпускающие трехфаз­ные контакторы, «забывают» устанавливать блок-контакты (автор встречал контакторы фирмы Siemens, на которых да­же не предусмотрено место для «пристегивания» блок-контактных мостиков). В таком случае коммутация дополни­тельного резистора R3 производится дополнительной группой самого реле К1 (рис.2), т.е. К1 должно иметь две группы переключательных контактов (или одну Н.О. группу и одну Н.З. группу контактов). Но в этом случае, при наладке схе­мы, необходимо убедиться в адекватном срабатывании ре­ле при достаточно медленном нарастании напряжения, т.к. возможна ситуация, когда реле будет «строчить», а контак­тор не включится. Спровоцировать (на время наладки) мед­ленное нарастание напряжения можно преднамеренным уве­личением сопротивления R1.

Ограничитель зарядного тока для преобразователей частоты

Для устройств, питающихся от однофазной сети, еще од­ной проблемой является низкое напряжение звена постоян­ного тока — не более 320 В, что недостаточно для питания преобразователей частоты (ПЧ), особенно, если нужно полу­чить выходную частоту ПЧ более 50 Гц. Как известно, чтобы не терять вращающий момент на валу двигателя, вместе с увеличением частоты, требуется линейное увеличение на­пряжения питания двигателя. Для синхронной частоты вра­щения асинхронного двигателя 6000 об./мин (100 Гц), требу­ется линейное напряжение 760 В (для двигателя 3×380 В). Получить подобное напряжение позволяет схема удвоителя сетевого напряжения, изображенная на рис.3. Контролиро­вать с помощью реле нужно, именно, удвоенное выпрямлен­ное напряжение сети, т.к. в противном случае есть опасность «не заметить» сбой электроснабжения или нарушение в схе­ме устройства.

При отсутствии варистора в схеме рис.3 резисторы R1 и R2 должны быть увеличены (в зависимости от чувствитель­ности реле К1) до 100…130 кОм, а R1 желательно сделать составным (для распределения высокого напряжения). В схеме достаточно легко можно организовать любые виды за­щит посредством датчиков (SF1, SF2, SK1), отключающих или закорачивающих реле К1 (рис.3). Стабилитрон VD3 ограни­чивает напряжение на катушке реле К1 и на контактах дат­чиков. Датчики могут быть температурными, токовыми, дав­ления, напряжения и прочее. Замыкающий контакт датчика предпочтительней размыкающему (например, датчику температуры SK1 на рис.3) — в этом случае не нагружается стабилитрон VD3 и последнему не требуется радиатор.

Ограничитель зарядного тока для инверторного блока питания

Если разрабатываемое (или модернизируемое) устройст­во не является преобразователем частоты или сварочным инвертором, а, к примеру, это мощный инверторный блок пи­тания, запускаемый без нагрузки, или с минимальной нагруз­кой (для, допустим, металлообрабатывающего комплекса), то К1 можно запитать от вторичного источника блока пита­ния (рис.6). Во время работы, если кратковременно исчез­нет напряжение сети, то контактор К2 отключится самосто­ятельно, а К1 проконтролирует напряжение батареи конден­саторов косвенно и, в случае, значительного падения напря­жения не позволит К2 включиться до окончания повторного подзаряда батареи.

Рис. 6

Ограничитель зарядного тока с твердотельными контакторами

Используя современную материальную базу электроники, очень перспективными в этой теме выглядят т.н. твердотельные реле и контакторы (SSR, SSC, рис.4,в) — один та­кой элемент может заменить несколько других (рис.7). Кро­ме экономии места и упрощения схемы, эти элементы сами могут несколько ограничивать зарядный ток, т.к. имеют встро­енную функцию коммутации при переходе тока через нуль (Zero Switching). Недостаток таких твердотельных контакто­ров — это падение напряжения на них зависящее от тока нагрузки, зато они имею значительно большую надежность чем электромагнитные контакторы.

Рис. 7

Литература:

1. А. Фролов // Радио. — 2001. — №12. — С.38.
2. А. Зызюк // РадиоАматор. — 2007. — №01. — С.ОЗ.
3. Э. Мурадханян // Радио. — 2004. — №10. — С.35.

Автор: Александр Шуфотинский, г. Кривой Рог
Источник: Электрик №12, 2016

Индикатор-ограничитель зарядки аккумулятора — Меандр — занимательная электроника

При одновременной зарядке не­скольких последовательно вклю­чённых Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов типоразмера АА или ААА нередко воз­никает ситуация, когда некоторые из них ещё не зарядились, а другие уже перезаряжаются. Обусловлено это тем, что реальная ёмкость аккумуляторов, особенно если они «не первой свежес­ти», может существенно отличаться от номинальной и при зарядке одним током одни из них заряжаются быстрее других. Чтобы исключить такую ситуа­цию, можно собрать индикатор-огра­ничитель, который подключают парал­лельно каждому аккумулятору. Уст­ройство предназначено для установки в простые ЗУ, в которых зарядка произво­дится стабильным током и отсутствует контроль напряжения каждого аккуму­лятора или времени зарядки.

Схема устройства показана на рис. 1. Оно представляет собой повышающий преобразователь напряжения, нагру­женный светодиодом, и собрано на специализированной микросхеме NCP1400ASN33T1 (NCP1400ASN50T1). Индикатор-ограничитель, подключён­ный параллельно заряжаемому аккуму­лятору G1, тока практически не потреб­ляет, пока напряжение аккумулятора менее 1,42 В. Поэтому весь ток зарядки «идёт в дело», т. е. заряжает аккумуля­тор. Когда напряжение превысит ука­занное выше значение, преобразователь включается, потребляемый им ток увеличивается, а зарядный ток суще­ственно уменьшается, вплоть до нуля. Светодиод начинает светить, сигнали­зируя об окончании зарядки аккумуля­тора.

Рис. 1

Стабилитрон VD1 защищает пре­образователь от повышенного напря­жения, которое может появиться, если аккумулятор не установлен, вышел из строя или из-за плохого контакта в дер­жателе. Преобразователь включается, если напряжение на управляющем входе СЕ превысит 0,5…0,6 В. Оно поступает на этот вход через диоды VD2 и VD3, и его значение будет меньше на величину падения напряжения на них. Ток через эти диоды, а значит, и напря­жение на них задаёт резистор R1, и его подборкой можно установить порог включения преобразователя напряже­ния. В данном случае установлено пороговое напряжение 1,42 В.

Ток, потребляемый преобразовате­лем, превышает в 2.5…3 раза ток, про­текающий через светодиод. Если при­менить светодиод белого цвета свече­ния, при напряжении 3,3 В ток через него будет зависеть в основном от его типа и, возможно, потребуется его под­борка. Если, например, светодиод по­требляет ток 20 мА, преобразователь будет потреблять ток около 50 мА. Именно на это значение и будет умень­шаться зарядный ток после включения преобразователя. Чтобы установить желаемый потребляемый ток, надо применить светодиод зелёного или жёлтого цвета свечения, включив последовательно с ним резистор R2. Подборкой этого резистора и устанав­ливают ток, потребляемый всем пре­образователем. Можно применить све­тодиод красного цвета, но предвари­тельно надо проверить, чтобы он не светил при напряжении 1,4 В, некото­рые экземпляры на это способны.

Если применить малогабаритные элементы для поверхностного монта­жа, печатная плата устройства будет небольшой. Её чертёж показан на рис. 2. Она двухсторонняя. Через от­верстия в плате контактные площадки с двух сторон соединены между собой. Светодиод, конденсатор и резистор R2 установлены на одной стороне, осталь­ные элементы — на другой. Диоды CDLL4148 можно заменить выводными диодами серий КД521 и КД522. Ста­билитрон — маломощный на напряже­ние стабилизации 3…3.3 В. Резисторы и конденсатор — для поверхностного монтажа типоразмера 0805 или 1206. Дроссель должен быть рассчитан на ток 200. ..250 мА, подойдут дроссели — LQY4N, LQN4N, SDR0703, или выводной серии ЕС24. Светодиод может быть любой, а поскольку ток через него достаточно большой, применение све­тодиода повышенной яркости свечения необязательно.

Рис. 2

Размещение элементов на плате показано на рис. 3. Дополни­тельный резистор R2 устанав­ливают со стороны установки светодиода, предварительно сделав разрез в печатном про­воднике. Разрез и резистор R2 выделены на рис. 3 красным цветом. Внешний вид устрой­ства показан на рис. 4.

Рис. 3

Такой индикатор-ограни­читель удобно установить в ЗУ с током зарядки 60…80 мА (для аккумуляторов ёмкостью до 800 мА ч). В этом случае после включения светодиода аккумулятор будет продолжать подзаряжаться в несколько раз меньшим током. Для уве­личения потребляемого пре­образователем тока на его выходе надо установить два или три светодиода, каждый со своим резистором.

Рис. 4

Если в ЗУ зарядный ток 150. .200 мА (для аккумулято­ров ёмкостью до 1,5…2А·ч), следует применить микросхему с выход­ным напряжением 5 B (NCP1400ASN50T1) и последовательно со светодиодом установить токоограничивающий ре­зистор (все изменения для этого слу­чая выделены на рис. 1 красным цве­том). Подборкой этого резистора мож­но установить желаемый ток светодио­да. При этом ток, потребляемый пре­образователем, будет примерно в четыре раза больше. Возможно, при­дётся применить более мощный свето­диод или установить параллельно ещё * один-два светодиода, каждый со своим токоограничивающим резисто­ром. Следует учесть, что импульс тока через дроссель может достигать 400 мА, поэтому он должен быть рас­считан на этот ток.

Необходимо отметить, что напряжение выключения преобразова­теля меньше напряжения вклю­чения примерно на 0,1 В. Если после включения преобразова­теля аккумулятор немного раз­рядится, преобразователь вы­ключится и зарядка продолжит­ся.

Налаживание сводится к подборке резисторов. На уст­ройство подают напряжение 1,42 В и подборкой резистора R1 добиваются включения преобразователя. Сопротивление этого резистора не должно быть более 200 кОм, если получится больше, необходимо подобрать другие диоды VD2 и VD3. Порог включения контролируют не­сколько раз, подав на преобра­зователь напряжение 1,2 В и плавно увеличивая его до 1,5 В. При необходимости налажива­ние повторяют. Как изменить потребляемый преобразовате­лем ток, было сказано выше.

Автор: И. НЕЧАЕВ, г. Москва