ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА ШИМ-ГЕНЕРАТОРЕ

    Завалялся у меня тороидальный трансформатор на 30 ватт, с выходным напряжением 20 вольт. Решил сделать на его основе приличиное зарядное устройство и вот что получилось. Максимальный ток зарядки получился 1А, но его легко можно увеличить, если поставить более мощный источник напряжения — трансформатор на 100 ватт и более. Принципиальная схема в своей основе имеет ШИМ-генератор — микросхему-таймер NE555 (КР1006ВИ1), импульсы с которой поступают на затвор полевого транзистора, коммутирующего нагрузку — аккумулятор. Другой мощный транзистор отключает АКБ при аварийных ситуациях.

    Схема выгодно отличается от других тем, что имеет простую и надёжную защиту от короткого замыкания выходных щупов и переполюсовки, при этом отключает заряд и включает светодиод. Так как светодиод немного подсвечивал, (тот который защита) он у меня оказался на 1.8 вольт, я решил что бы не мучится, не подбирать под разные светодиоды, поставить подстроечник.

   Печатную плату сделал по быстрому, просто взял и объединил две платы — генератор и защита. Зарядное устройство собрано и успешно проверено — работает великолепно! Для наглядности, снабдил зарядку ампер- и вольтметром, чтобы отслеживать процесс заряда в любой момент.

   В схему можно ставить любой N-канальный полевой транзистор на нужный ток. Аккумулятор, подключаемый к ЗУ, может быть никель-кадмиевый, свинцовый гелевый, никель металл-гидридный или литий ионный. Однако в последнем случае учтите, что на нём не должен быть контроллер (как в АКБ от мобильного телефона), так как заряд происходит импульсами большого напряжения. С другой стороны такой метод заряда приветствуется, ведь эти импульсы разрушают окисел, покрывающий внутренние пластины аккумулятора, производя десульфатацию. В общем получилась простая, надёжная и функциональная схема зарядки, под многие виды аккумуляторов.

   Форум по данному зарядному устройству

   Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА ШИМ-ГЕНЕРАТОРЕ

Заряд аккумуляторной батареи. Контроллер заряда

Контроллер в первом приближении можно сравнить с  вентилем водопроводного крана. Он регулирует ток заряда аккумуляторных батарей от фотоэлектрических модулей

Автономная система электроснабжения, имеющая  в своем составе аккумуляторные батареи, должна содержать в себе контроллер  заряда и разряда аккумуляторов. Если аккумулятор разряжен до критической отметки выше 50% то срок его службы резко сокращается. Если аккумулятор заряжен, но через него продолжает протекать зарядный ток, то это может привести в закипанию электролита,  газовыделению или к вспучиванию герметичных аккумуляторных батарей.

Поэтому в систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые отключают нагрузку от аккумуляторных батарей если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии (фотоэлектрическую батарею, генератор) если аккумуляторы заряжены. Контроллеры заряда отличаются по алгоритму заряда на последней стадии заряда при достижении напряжения зараженного аккумулятора.

Простейшие контроллеры просто отключают источник энергии (солнечную батарею) при достижении напряжения на аккумуляторной батарее примерно 14,4 В (для АБ номинальным напряжением 12В). При снижении напряжения на АБ до примерно 12,5-13 В снова подключается солнечная батарея и заряд возобновляется. При этом максимальный уровень заряженности АБ при этом составляет 60-70%. При регулярном недозаряде происходит резкое сокращение срока службы АБ.

ШИМ-заряд

На нашем сайте представлены более продвинутые контроллеры американской компании Morningstar, которые  на завершающей стадии заряда используют так называемую широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда или английская аббревиатура PWM (Pulse Width Modulation). При этом возможен заряд АБ до 100%. Вкратце стадии заряда АКБ можно описать так

• АКБ  получает весь ток, поступающий от солнечных модулей. С течением времени напряжение на АКБ возрастает.

• ШИМ-заряд. По мере заряда АКБ ( возрастанию напряжения) ток уменьшается. Контроллер начинает  поддерживать постоянное напряжение за счет широкоимпульсной модуляции тока заряда. Это предотвращает перегрев батареи.

• Поддерживающий заряд. Когда АКБ полностью заряжена напряжение уменьшается. Батарея поддерживается в заряженном состоянии.

Функция МРРТ 

В контроллерах последнего поколения появилась очень ценная функция – поиск точки максимальной мощности (Maximal Power Point Tracking, MPPT). Этой функцией обладают контроллеры MorningStar  TriStar MRRT. Суть ее заключается в том, чтобы вырабатываемая солнечными батареями электроэнергия максимально использовалась в нагрузке (разумеется, если это не приведет к отклонению от заданных норм эксплуатации аккумуляторов). Солнечная батарея имеет вольт-амперную характеристику, изображенную на рисунке.

Крайними точками на ней являются точка напряжения холостого хода (I=0), отражающая ЭДС батареи, и точка тока короткого замыкания. Солнечные батареи не боятся коротких замыканий, так что измерить ток короткого замыкания можно, просто подключив амперметр к клеммам батареи. При этом вся вырабатываемая энергия будет выделяться на самой батарее в виде тепла. То же самое происходит, если к батарее вообще не подключена нагрузка. При подключении к батарее нагрузки, часть энергии будет выделяться на ней. При уменьшении сопротивления нагрузки, напряжение будет падать, сначала слабо, а ток возрастать. Соответственно, будет возрастать и отдаваемая нагрузке мощность. В некоторой точке «С» мощность, выделяемая на нагрузке, достигает своего максимума, после чего, при дальнейшем уменьшении сопротивления, напряжение на нагрузке начинает резко падать, а вместе с ним и выделяемая мощность.

Точка «С» называется точкой максимальной мощности. Значение напряжения и силы тока в ней зависят от нескольких параметров. Это паспортная мощность батареи, яркость источника света, угол падения лучей, температура батареи. Все перечисленные параметры, кроме первого, постоянно изменяются во времени, что приводит к соответствующему  изменению графика и положения точки «С» на нем. Соответственно, чтобы вырабатываемая энергия в процессе эксплуатации батареи максимально отдавалась нагрузке, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки определенным образом изменялось, подстраиваясь под текущие параметры солнечной батареи. В процессе заряда, аккумулятор в определенном смысле является сопротивлением нагрузки. Величина его внутреннего сопротивления также зависит от некоторых параметров, главным образом от степени заряда, от которой также зависит и ЭДС аккумулятора.  Если к клеммам солнечной батареи напрямую подключить аккумулятор , то по цепи потечет ток.

Напряжение этого  в цепи зависит от нескольких параметров и в общем случае не совпадает с напряжением в точке «С». Следовательно, вырабатываемая энергия будет не полностью отдаваться в нагрузку. Устанавливаемый между солнечной батареей и аккумулятором контроллер с функцией MPPT трансформирует параметры поступаемого с нее тока таким образом, чтобы напряжение на солнечной батарее всегда соответствовало напряжению максимальной мощности. Испытания показали, что использование MPPT контроллера повышает эффективность солнечных батарей на 20-25%, особенно в пасмурную погоду.

Микросхема UC3842 (ШИМ) или изготавливаем Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов

Всем привет дорогие Муськовчани. Предлагаю Вашему вниманию обзор на 8DIP микросхему UC3842. Микросхема уже давно классика и даже «легендарная» классика, но до сих пор она активно используется в производстве Блоков Питания для большого числа электронных девайсов. Микросхема 3842 представляет собой ШИМ (широтно-импульсный) преобразователь, ссылку на её полное описание на русском языке, я дам в конце своего обзора. Ну и по традиции я постараюсь не только протестировать микросхему на работоспособность, но и использовать её для изготовления полезного в хозяйстве устройства — Зарядного устройства для автомобильного (и не только) аккумулятора… В общем, всем, кому интересны электронные самоделки, у кого машина не заводится с утра из-за подсевшего аккумулятора, ну и просто всем, кому интересна радиотехника — добро пожаловать под «кат»…

Предупреждение: Данный обзор может содержать синтаксические и даже орфографические ошибки (я постараюсь их исправлять), так же в обзоре будет некоторое число технических терминов, радиотехнических жаргонных слов. Я так же постараюсь в этом обзоре учесть некоторые замечания, что Вы высказывали в комментариях к моим более ранним обзорам. В общем, так сказал Юрий Гагарин свою легендарную фразу — «Поехали!!!!»…

И как всегда предыстория: После внесения в правила ПДД пункта включать в дневное время ближний свет в населенных пунктах (ПДД Казахстана), торговля автомобильными аккумуляторами пошла «в гору», поскольку автолюбители стали забывать выключать фары после парковки автомобиля. Ярким примером была моя родственница, которая посадила так уже несколько раз АКБ, и мне через весь город приходилось ездить и «прикуривать» её машину от своей. Потому было принято решение подарить ей на 8 Марта — зарядное устройство (кстати этот подарок вызвал полный восторг, вот что не хватает девушкам для полного счастья!) Можно было бы поискать «зарядку» в магазинах или заказать у китайцев… Но… Это же не наш метод!!! ©

Ранее на Али были куплены ШИМ микросхемы UC3842, той ссылки, по которой я сделал заказ уже не существует, потому я нашел на Али аналогичный товар. Микросхемы пришли за месяц, были упакованы в замечательную «пупырку», в которые китайцы заботливо упаковывают свои посылки. Что бы протестировать микросхему на работоспособность был изготовлен подлючаемый модуль микросхемы с обвязкой, который в последствии был вставлен в силовую плату Зарядного устройства. На фото модуль с ШИМ микросхемой

На модуль подавалось питание с внешнего ЛабБП, и осциллографом смотрели что дает микросхема на выходе.

Частото-задающая цепочка рассчитывалась на 60кГц, но из за разброса емкости конденсаторов реальная частота была чуть ниже, что в принципе не критично.
Вставив в контактную площадку по очереди все полученные микросхемы, я убедился, что они все работоспособные и пригодные для использования. Можно было бы конечно для большей наглядности менять плавно частоту и скважность, но у нас не «обзор для обзора», потому я этого делать не буду.
Что ж идем дальше… Я бы по привычке использовал бы корпус от АТХ компьютерного БП, но поскольку это будет подарок, пошел искать коробку для ЗУ в магазины…

Обойдя несколько магазинов был куплен вот такой симпатичный корпус для поделки

В таком корпусе не стыдно будет подарить девушке на 8 Марта подарок…))))
Ну вот мы и определились с размерами печатной платы. На форуме «Паяльника», была позаимствована схема комрада «Старичка», а так же в качестве образца была использована «печатка» комрада FOLKSDOICH, которую он мне выслал в личку. Плата была перерисована под детали, которые я выпаял в основном из радиотехнического «мусора».
Доработанная под мои задачи схема Зарядного устройства

Вкратце — это будет Обратноходовый Импульсный преобразователь на микросхеме UC3842, в качестве схемы управления будет использована широко распространенная микросхема LM358. Зарядное устройство выполнено по классической схеме, позволяет ограничить начальный ток в пределах от 500мА и до 6А, в конце зарядки ограничивается напряжение на уровне 14.4В. Потому в качестве измерительного прибора, на лицевой панеле, будет один цифровой амперметр, и один переменный резистор для установления начального зарядного тока, ну и клеммы для подключения проводов.

Расчет трансформатора под спойлером

Хочется особое внимание обратить на силовой импульсный трансформатор. По сути в обратноходовом ИИП он является накопительным дросселем. Поэтому трансформатор должен содержать зазор из немагнитного материала между половинками феррита. Размер зазора берется из расчета, и необходимо обязательно контролировать индуктивность первичной обмотки пр помощи LC метра. Индуктивность должна быть близко к расчетной.

Травим плату и впаиваем детали. Желающим повторить конструкцию даю ссылку на скачивание платы в формате .lay6
drive.google.com/file/d/0B_7BDIUy7CVzWDBfY2ktZ25xTWs/view?usp=sharing
Печатная плата на фото

Конструктивно выполнено так, что вентилятор всегда подключен и обдувает радиаторы силового транзистора и диода Шотки на выходе с силового трансформатора. Цифровой амперметр получает питание от своего миниатюрного понижающего трансформатора, где выходное напряжение выпрямляется и сглаживается при помощи конденсатора.

Включаем собранное ЗУ через лампу накаливания первый раз. Предварительно на выходе подключаем нагрузку и проверяем осциллографом, что у нас на вторичной обмотке силового импульсного трансформатора

Видим характерную картинку обратноходового ИИП. Все нормально…
В дальнейшем пришлось еще немного модифицировать ЗУ — добавлением защиты от «дурака». На выходе установлено реле от автомобильной сигнализации с диодом, которое срабатывает от напряжения от 6В при подключении Аккумуляторной батареи, и только тогда возможна зарядка. Если будут перепутаны клеммы, то реле не сработает и не подключит зарядное устройство к выходным клеммам. Это накладывает определенные ограничения, т.к невозможно заряжать АКБ имеющие на выходе меньше чем 6 Вольт, но обычно такие сильно разряженные аккумуляторы уже полутрупы, и как минимум их нужно заряжать устройствами имеющими режим десульфатации, что бы попытаться реанимировать АКБ.
Ну и еще несколько фотографий собранного зарядного устройства


Зарядка 12В аккумулятора от ИБП

Ссылка на описание микросхемы UC3842
cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/bloki_pitanija_impulsnye/opisanie_raboty_princip_dejstvija_shim_mikroskhemy_ka3842_uc3842_a_takzhe_ljuboj_drugoj_serii_384x/65-1-0-5306
Ну и в заключении мой напарник, принявший меры безопасности при включении свежесобранного ЗУ…

фото под спойлером

UPD: я вот думаю, что хорошо, что я пошел спать, а только на утро обнаружил 90 комментариев с разными советами… Иначе бы пол ночи бегал бы, с криками «все пропало», и выставлял бы напряжение отсечки на уровне 13.89В, 14,4В или 16 вольт… )))))

Схема шим регулятора для зарядки аккумулятора

Целью проекта является постройка универсального регулируемого блока питания, который может быть использован для зарядки никелевых или свинцовых аккумуляторов, причем не только автомобильных. Зарядное устройство позволит заряжать аккумуляторы с напряжением от 4 до 30 В.

Первое, что понадобится для реализации этого проекта, — это корпус. Подойдет, например, от китайского инвертора 12-220 В. Он монолитный и изготовлен из алюминия.

Можно взять любой другой подходящего размера, к примеру, от компьютерного блока питания.

Второе – это сетевой понижающий импульсный блок питания.

Напряжение на выходе используемого в этом проекте блока составляет 19 В при токе около 5 А.

Это дешевый универсальный адаптер для ноутбука. Он построен на ШИМ-контроллере из семейства UC38, имеет стабилизацию и защиту от коротких замыканий.

Третье – это цифровой или аналоговый вольтамперметр. Представленный здесь вольтамперметр был изъят из китайского стабилизатора напряжения (30 В, 5 А).

Четвертое – это немного таких электронных компонентов, как клеммы и шнур питания.

Устройство схематически изображено на нижеследующей картинке:

Теперь взгляните на схему блока питания. Микросхема TL431 располагается возле оптрона. Именно эта микросхема задает выходное напряжение. В обвязке всего 2 резистора, и путем их подбора можно получить нужное выходное напряжение.

Далее, нужно проследить цепь резистора, которая идет от управляющего вывода микросхемы к выходному плюсу. ( Всю схему можно скачать в конце статьи )

На этой схеме он обозначен как R13. В имеющемся блоке его сопротивление составляет 20 кОм. Последовательно этому резистору нужно подключить переменный на 10 кОм, примерно, как на картинке:

Путем вращения переменного резистора необходимо добиться выходного напряжения в районе 30 В. Затем нужно отключить «переменник» и замерить его сопротивление, при котором напряжение на выходе было 30 В, и заменить R13 на резистор с подобранным сопротивлением. Получилось примерно 27 кОм. На этом переделка адаптера завершена.

Для ограничения тока будет использоваться метод ШИМ-регулировки, поскольку выходной ток с адаптера от ноутбука очень мал.

Вообще, эта схема представляет собой ШИМ-регулятор напряжения без отдельного узла ограничения тока. Этот генератор прямоугольных импульсов построен на базе таймера NE555, который работает на определенной частоте. Диоды служат для постоянной смены времени заряда и разряда частотозадающего конденсатора. Благодаря этому явлению имеется возможность менять скважность выходных импульсов. Поскольку силовой транзистор работает в режиме ключа (он либо открыт, либо закрыт), то можно наблюдать довольно высокий КПД. Переменный резистор регулирует скважность импульсов.

Установить необходимый ток заряда можно изменением напряжения, то есть вращением многооборотного переменного резистора.

Транзистор подойдет буквально любой. Здесь используется n-канальный полевой транзистор с напряжением 60 В и током от 20 А.

Из-за ключевого режима работы его нагрев не будет большим, в отличие от линейных схем, но теплоотвод не помешает. В этом проекте в качестве теплоотвода используется алюминиевый корпус.

Схема ШИМ-регулятора действительно проста, экономична и надежна, но тоже нуждается в небольшой доработке. Дело в том, что, согласно документации, микросхема NE555 имеет максимально допустимое напряжение питания 16 В. А на выходе переделанного адаптера напряжение практически в 2 раза выше, и при подключении схемы таймер однозначно сгорит.

Решений в данной ситуации несколько. Взгляните на 3 из них:

1. Использовать линейный стабилизатор, скажем, от 5 до 12 В из семейства 78xx или

построить простой стабилизатор по следующей схеме:

1. Использовать для запитки таймера отдельный адаптер питания, к примеру, зарядку от мобильного телефона.
2. Намотать дополнительную обмотку на силовом трансформаторе. Дополнить обмотку выпрямителем и небольшим конденсатором на выходе.

Наипростейшим решением будет являться внедрение в схему линейного стабилизатора, к примеру, 7805. Но следует помнить, что максимальное напряжение питания в зависимости от производителя разнится от 24 до 35 В. В этом проекте используется стабилизатор КА7805 с максимальным входным напряжением 35 В по даташиту. Если не удается достать такую микросхему, можно построить стабилизатор всего из трех деталей.

После сборки нужно проверить ШИМ-регулятор.

На плате адаптера есть 2 активных компонента, которые подвергаются нагреву – силовой транзистор высоковольтной цепи преобразователя и сдвоенный диод на выходе схемы. Они были отпаяны и прикреплены к алюминиевому корпусу. При этом их нужно изолировать от основного корпуса.

Лицевая панель изготовлена из куска пластика.

В схеме адаптера имеется защита от короткого замыкания, но не имеет защиты от переполюсовки. Но это поправимо.

Поскольку в ходе тестирования выходное напряжение адаптера превысило 30 В, цифровой вольтамперметр сгорел. Не допускайте превышения напряжения ни на 1 В. Придется обойтись без него. Ток заряда будет показываться с помощью мультиметра.

Зарядник получился неплохой – заряжает также без проблем аккумуляторы от шуруповерта.

Завалялся у меня тороидальный трансформатор на 30 ватт, с выходным напряжением 20 вольт. Решил сделать на его основе приличиное зарядное устройство и вот что получилось. Максимальный ток зарядки получился 1А, но его легко можно увеличить, если поставить более мощный источник напряжения — трансформатор на 100 ватт и более. Принципиальная схема в своей основе имеет ШИМ-генератор — микросхему-таймер NE555 (КР1006ВИ1), импульсы с которой поступают на затвор полевого транзистора, коммутирующего нагрузку — аккумулятор. Другой мощный транзистор отключает АКБ при аварийных ситуациях.

Схема выгодно отличается от других тем, что имеет простую и надёжную защиту от короткого замыкания выходных щупов и переполюсовки, при этом отключает заряд и включает светодиод. Так как светодиод немного подсвечивал, (тот который защита) он у меня оказался на 1.8 вольт, я решил что бы не мучится, не подбирать под разные светодиоды, поставить подстроечник.

Печатную плату сделал по быстрому, просто взял и объединил две платы — генератор и защита. Зарядное устройство собрано и успешно проверено — работает великолепно! Для наглядности, снабдил зарядку ампер- и вольтметром, чтобы отслеживать процесс заряда в любой момент.

В схему можно ставить любой N-канальный полевой транзистор на нужный ток. Аккумулятор, подключаемый к ЗУ, может быть никель-кадмиевый, свинцовый гелевый, никель металл-гидридный или литий ионный. Однако в последнем случае учтите, что на нём не должен быть контроллер (как в АКБ от мобильного телефона), так как заряд происходит импульсами большого напряжения. С другой стороны такой метод заряда приветствуется, ведь эти импульсы разрушают окисел, покрывающий внутренние пластины аккумулятора, производя десульфатацию. В общем получилась простая, надёжная и функциональная схема зарядки, под многие виды аккумуляторов.

Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО НА ШИМ-ГЕНЕРАТОРЕ

Дата: 12.11.2016 // 0 Комментариев

Как показывает практика, зарядное устройство из блока питания компьютера очень просто можно сделать, если используется в качестве ШИМ микросхема TL494 или ее аналог. Но если в блоке используются специализированные микросхемы, то переделка такого блока обещает быть более геморройной.

Один из таких блоков попал нам в руки, это JNC 300W. В данном блоке стоит микросхема с маркировкой 2003 — это не только ШИМ, но и мультивизор. Данная микросхема контролирует не только работу ключевых транзисторов, но и отслеживает напряжение по основным трем шинам (+3,3 В; +5 В; +12 В). В общем, переделка блока питания на ШИМ 2003 в зарядное устройство обещает быть занимательной. Итак, поехали!

Зарядное устройство из блока питания на ШИМ 2003

Переделка такого блока будет осуществляться в два этапа. Первый этап – обман ШИМ 2003. Второй этап – установка напряжения необходимого для зарядки автомобильного АКБ 14,2 В.

Для начала необходимо немного разобраться с принципом работы ШИМ 2003. Информации по данной микросхеме в сети практически нет. Все, что удалось найти — это то, что при начальном включении БП микросхема на доли секунды запускает блок и мониторит выходное напряжение. Если есть отклонения в какую либо сторону хоть на одной из шин (+3,3 В; +5 В; +12 В) от эталонных напряжений, то блок уходит в «защиту», если напряжения в рамках нормы, тогда блок продолжает работать в нормальном режиме.

Перед переделкой блока необходимо изготовить небольшую отдельную плату, которую в дальнейшем подключим к ШИМ.

Плата состоит из стабилизатора 7812 и трех резисторов, которые образовывают делитель напряжения. Номинал резисторов необходимо подбирать, как можно более близко к номиналу указанному на схеме.

При подключении этой схемы к внешнему источнику с напряжением порядка 16 В важно убедиться, что резистивный делитель напряжения собран верно, и на нем присутствуют напряжения +3.3 В и + 5 В, 12 В – это выход из стабилизатора. Как, наверное, Вы уже догадались, с помощью этой платы мы эмулируем идеальные напряжения, которые мы подадим на соответствующие выводы ШИМ 2003.

• 3-я ножка +3,3 В;
• 4-я ножка + 5 В;
• 6-я ножка + 12 В.

Для удобства и наглядности мы нашли схему блока питания JNC 300W.

Далее мы начертили схему подключения нашего делителя, а также все дополнительные необходимые дальнейшие изменения.

Как видим изготовить зарядное устройство из блока питания на ШИМ 2003 не сложно, тут важно, не допустить ошибки.

Немножко закончив с теорией, приступаем к самой переделке. Разбираем блок питания.

Делаем отверстие в радиаторе и крепим к нему нашу плату стабилизатора с делителем.

Питание для стабилизатора берем с конденсатора С 15, там есть напряжение дежурки 16-17 В.

Выпаиваем все провода, которые выходили с блока и оставляем лишь черный (минус) и желтый (+12). Зеленый провод замыкаем на минус (для автоматического старта блока). Питание вентилятора переключаем на шину – 12 В или запитываем его непосредственно от нашего стабилизатора 7812.

Далее отключаем ноги №3, 4 и 6 ШИМ 2003 и подключаем их согласно нарисованной схеме. Важно внимательно рассмотреть трассировку платы, некоторые дорожки, возможно, придется перерезать, а в некоторых местах бросить перемычки.

На этом этапе можно включить блок проверить происходит ли запуск.

Напряжение на выходе должно быть 12В.

Важно. Если в момент пуска происходит пуск блока на пару секунд, затем блок останавливается необходимо проверить: правильно ли собран и подключен наш делитель, присутствуют ли на нем необходимые напряжения, не перерезали ли в ненужном месте дорожку на плате.

Если все хорошо и блок питания завелся можно приступать к корректировке напряжения.

14 нога ШИМ 2003 отвечает за режим ее работы, она подключена к шине +5 В через резистор R62 и к шине +12 В через резистор R60, также на минус она посажена через несколько резисторов. Мы удаляем с платы R62 и R60. На место R60 нам нужно установить многооборотный подстроечный резистор порядка 100-200 кОм, настроенный на 60 кОм.

Резистор лучше всего брать многооборотный для точной и плавной подстройки.

После запуска блока мы можем наблюдать, что выходное напряжение уже изменилось. У нас оно составило 14,8 В.

Выходное напряжение для зарядки автомобильного АКБ можно откорректировать с помощью подстроечного резистора, выставив на выходе 14,2 В.

В общем, на этом нашу переделку можно считать оконченной, зарядное устройство из блока питания готово. Единственное, что еще можно посоветовать, это использовать защиту от переполюсовки т.к. при ошибочном подключении аккумулятора неверной полярностью блок моментально выйдет из строя.

Микросхема для зарядного устройства Li-Ion аккумулятора.

Понравились мне мелкие микросхемы для простых зарядных устройств. покупал я их у нас в местном оффлайн магазине, но как назло они там закончились, их долго везли откуда то. Глядя на эту ситуацию, я решил заказать себе их небольшим оптом, так как микросхемы довольно неплохие, и в работе понравились.
Описание и сравнение под катом.

Я не зря написал в заголовке про сравнение, так как за время пути собачка могла подрасти микрухи появились в магазине, я купил несколько штук и решил их сравнить.
В обзоре будет не очень много текста, но довольно много фотографий.

Но начну как всегда с того, как мне это пришло.
Пришло в комплекте с другими разными детальками, сами микрухи были упакованы в пакетик с защелкой, и наклейкой с названием.

Данная микросхема представляет собой микросхему зарядного устройства для литиевых аккумуляторов с напряжением окончания заряда 4.2 Вольта.
Она умеет заряжать аккумуляторы током до 800мА.
Значение тока устанавливается изменением номинала внешнего резистора.
Так же она поддерживает функцию заряда небольшим током, если аккумулятор сильно разряжен (напряжение ниже чем 2.9 Вольта).
При заряде до напряжения 4.2 Вольта и падении зарядного тока ниже чем 1/10 от установленного, микросхема отключает заряд. Если напряжение упадет до 4.05 Вольта, то она опять перейдет в режим заряда.
Так же имеется выход для подключения светодиода индикации.
Больше информации можно найти в даташите, у данной микросхемы существует гораздо более дешевый аналог.
Причем он более дешевый у нас, на Али все наоборот.
Собственно для сравнения я и купил аналог.

Но каково же было мое удивление когда микросхемы LTC и STC оказались на вид полностью одинаковыми, по маркировке обе — LTC4054.

Ну может так даже интереснее.
Как все понимают, микросхему так просто не проверить, к ней надо еще обвязку из других радиокомпонетов, желательно плату и т.п.
А тут как раз товарищ попросил починить (хотя в данном контексте скорее переделать) зарядное устройство для 18650 аккумуляторов.
Родное сгорело, да и ток заряда был маловат.

В общем для тестирования надо сначала собрать то, на чем будем тестировать.

Плату я чертил по даташиту, даже без схемы, но схему здесь приведу для удобства.

Ну и собственно печатная плата. На плате нет диодов VD1 и VD2, они были добавлены уже после всего.

Все это было распечатано, перенесено на обрезок текстолита.
Для экономии я сделал на обрезке еще одну плату, обзор с ее участием будет позже.

Ну и собственно изготовлена печатная плата и подобраны необходимые детали.

А переделывать я буду такое зарядное, наверняка оно очень известно читателям.

Внутри него очень сложная схема, состоящая из разъема, светодиода, резистора и специально обученных проводов, которые позволяют выравнивать заряд на аккумуляторах.
Шучу, зарядное находится в блочке, включаемом в розетку, а здесь просто 2 аккумулятора, соединенные параллельно и светодиод, постоянно подключенный к аккумуляторам.
К родному зарядному вернемся позже.

Спаял платку, выковырял родную плату с контактами, сами контакты с пружинами выпаял, они еще пригодятся.

Просверлил пару новых отверстий, в среднем будет светодиод, отображающий включение устройства, в боковых — процесс заряда.

Впаял в новую плату контакты с пружинками, а так же светодиоды.
Светодиоды удобно сначала вставить в плату, потом аккуратно установить плату на родное место, и только после этого запаять, тогда они будут стоять ровно и одинаково.

Плата установлена на место, припаян кабель питания.
Собственно печатная плата разрабатывалась под три варианта запитки.
2 варианта с разъемом MiniUSB, но в вариантах установки с разных сторон платы и под кабель.
В данном случае я сначала не знал, какбель какой длины понадобится, потому запаял короткий.
Так же припаял провода, идущие к плюсовым контактам аккумуляторов.
Теперь они идут по раздельным проводам, для каждого аккумулятора свой.

Вот как получилось сверху.

Ну а теперь перейдем к тестированию

Слева на плате я установил купленную на Али микруху, справа купленную в оффлайне.
Соответственно сверху они будут расположены зеркально.

Сначала микруха с Али.
Ток заряда.

Теперь купленная в оффлайне.

Ток КЗ.
Аналогично, сначала с Али.

Теперь из оффлайна.

Налицо полная идентичность микросхем, что ну никак не может не радовать 🙂

Было замечено, что при 4.8 Вольта ток заряда 600мА, при 5 Вольт падает до 500, но это проверялось уже после прогрева, может так работает защита от перегрева, я еще не разобрался, но ведут себя микросхемы примерно одинаково.

Ну а теперь немного о процессе зарядки и доработке переделки (да, даже так бывает).
С самого начала я думал просто установить светодиод на индикацию включенного состояния.
Вроде все просто и очевидно.
Но как всегда захотелось большего.
Решил, что будет лучше, если во время процесса заряда он будет погашен.
Допаял пару диодов (vd1 и vd2 на схеме), но получил небольшой облом, светодиод показывающий режим заряда светит и тогда, когда нет аккумулятора.
Вернее не светит, а быстро мерцает, добавил параллельно клеммам аккумулятора конденсатор на 47мкФ, после этого он стал очень коротко вспыхивать, почти незаметно.
Это как раз тот гистерезис включения повторной зарядки, если напряжение упало ниже 4.05 Вольта.
В общем после этой доработки стало все отлично.
Заряд аккумулятора, светит красный, не светит зеленый и не светит светодиод там, где нет аккумулятора.

Аккумулятор полностью заряжен.

В выключенном состоянии микросхема не пропускает напряжение на разъем питания, и не боится закоротки этого разъема, соответственно не разряжает аккумулятор на свой светодиод.

Не обошлось и без измерения температуры.
У меня получилось чуть более 62 градусов после 15 минут заряда.

Ну а вот так выглядит полностью готовое устройство.
Внешние изменения минимальны, в отличие от внутренних. Блок питания на 5 /Вольт 2 Ампера у товарища был, и довольно неплохой.
Устройство обеспечивает тока заряда 600мА на канал, каналы независимые.

Ну а так выглядело родное зарядное. Товарищ хотел попросить меня поднять в нем зарядный ток. Оно и родного то не выдержало, куда еще поднимать, шлак.

Резюме.
На мой взгляд, для микросхемы за 7 центов очень неплохо.
Микросхемы полностью функциональны и ничем не отличаются от купленных в оффлайне.
Я очень доволен, теперь есть запас микрух и не надо ждать, когда они будут в магазине (недавно опять пропали из продажи).

Из минусов — Это не готовое устройство, потому придется травить, паять и т.п., но при этом есть плюс, можно сделать плату под конкретное применение, а не использовать то, что есть.

Ну и в тоге получить рабочее изделие, изготовленное своими руками, дешевле чем готовые платы, да еще и под свои конкретные условия.
Чуть не забыл, даташит, схема и трассировка — скачать.

Надеюсь, что мой обзор был полезен и интересен. 🙂

ШИМ (PWM) — Солнечные батареи

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. Pulse-width modulation (PWM)) — приближение желаемого сигнала (многоуровневого или непрерывного) к действительным бинарным сигналам (с двумя уровнями — вкл/выкл), так, что, в среднем, за некоторый отрезок времени, их значения равны.

Почему мы советуем использовать контроллеры с ШИМ

     1. Возможность восстановить потерянную емкость аккумуляторной батареи.

Согласно исследованиям Battery Council International, 84% свинцово-кислотных батарей выходят из строя из-за сульфатации. Сульфатация  является наиболее острой проблемой в солнечных энергосистемах, потому что вероятность полного заряда в таких системах больше чем от традиционного заряда АБ. Увеличенные периоды недозаряда АБ в солнечных энергосистемах приводят к коррозии решетки, а положительные пластины аккумуляторов покрываются кристалами сульфатов. При постоянном перезаряде, мы получаем разрушение токоотводов + «кипение» электролита с выделением водорода и кислорода, что приводит к увеличению концентрации электролита, что опять способствует разрушению электродов.

Как разрушить кристаллы сульфатов ? …самое лучшее — не доводить до них… а если они есть — то надо их растворять неглубокими циклами заряд-разряд. Но крупные кристаллы вы не полечите они имеют более высокое сопротивление и плохо «работают»… так что речь может идти только о неполном восстановлении. Вывод: не допускайте глубоких разрядов! http://electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,1950.0.html

Широтно-импульсная модуляция тока заряда может предотвратить образование отложений сульфатов, помогает преодолеть резистивный барьер на поверхности электродной сетки и пробить коррозию на переходах. В дополнение к улучшенному КПД заряда и увеличенной емкости, существуют убедительные доказательства того, что такой режим заряда может восстановить емкость АБ, которая «утратилась» со временем при работе АБ в фотоэлектрической системе. Некоторые результаты исследований приведены ниже.

В 1994 CSIRO, ведущая исследовательская группа в Австралии, опубликовала статью, в которой указывается, что пульсирующий ток заряда «позволяет восстановить емкость элементов, работавших в циклическом режиме». Процесс сульфатации замедляется, а внутренние слои коррозии становятся тоньше и разделяются на «островки». Электрическое сопротивление уменьшается и емкость увеличивается. Вывод статьи в том, что пульсирующий ток заряда «может привести к восстановлению емкости аккумуляторной батареи.»

В компании Morningstar, провели тесты по восстановлению емкости АБ.     В результате теста выяснили, что аккумуляторная батарея восстановила большую часть потерянной емкости после заряда при помощи SunLight контроллера. После теста, солнечная система освещения в течение 30 дней практически не обеспечивала освещение, так как система отключалась по защите от перезаряда каждую ночь. Аккумуляторная батарея была очень старой и подлежала утилизации. Затем, нагрузка стала работать дольше каждую ночь. В течение последующих 3 месяцев емкость АБ постоянно возрастала.  

Как узнать что «лечебные циклы» закончились ?
Вопрос важный… при применении «умных зарядок» они сами контролируют напряжение. Но в случае «реле и лампочки» я просто рекомендую не злоупотреблять процессом и ограничить время тренировки 10 часами при соблюдении непревышения токов. После такой «тренировки» устройте свинцовому аккумулятору 10 или 20 часовой разряд до 10.8В(под нагрузкой) — и посмотрите что получилось — если емкость не повысилась — то значит у нас не сульфатация а разрушение пластин.

НЕ забывайте, что нельзя разряжать 12В свинцовый аккумулятор ниже 10.8В !!!

     2. Увеличение способности принять заряд 

 Термин «способность принять заряд» часто используется для описания эффективности заряда аккумулятора. Так как АБ в фотоэлектрических системах постоянно подзаряжаются ограниченным источником энергии (т.е. характер заряда носит вероятностный характер в течение дня и зависит от наличия солнечного света), высокая способность принять заряда является критическим параметром для АБ в солнечной энергосистеме и повышает эффективность системы в целом.

Солнечные фотоэлектрические системы очень часто были ненадежными из-за плохих контроллеров заряда. Например, исследование 4-х фотоэлектрических систем для освещения, проведенное National Forest Service, в которых использовались простые контроллеры, которые выключали и включали СБ, показало проблемы вследствие плохой восприимчивости к заряду аккумуляторными батареями. АБ оставались недозаряженными и часто отключались по защите от переразряда. Это проиходило каждую ночь, хотя при этом АБ принимало только примерно половину энергии, производимой солнечными батареями в течение дня. Одна из систем приняла только 10% от генерируемой СБ энергии в промежуток между 11 и 15 часами дня!

После тщательного изучения было определено, что проблема не в аккумуляторе, а в «стратегии управления зарядом». Более того, аккумулятор мог принять этот заряд, но не заряжался. Далее была исследована система, похожая на эту, но с контроллером заряда, который поддерживал постоянное высокое напряжение на аккумуляторе. В этом случае, «батарея оставалась почти всегда полностью заряженной».

Позднее было проведено исследование контроллеров с ШИМ, которое доказало, что контроллеры повышали восприимчивость АБ к заряду именно вследствие использования широтно-импульсной модуляции тока заряда. Контроллеры MorningStar SunSaver позводили даже увеличить эффективность заряда АБ на 2-8% даже по сравнению с контроллерами, которые поддерживали постоянно высокое напряжение на АБ.

Ряд испытаний показал, что алгоритм ШИМ имеет значительные преимущества для повышения восприимчивости АБ к заряду. Это исследование, проведенное Morningstar, было проведено в одинаковых тестовых условиях. Контроллер с ШИМ позволял «закачать» в аккумулятор на 20%-30% больше энергии от солнечных батарей, чем on-off контроллер.

     3. Обеспечение высокой средней емкости аккумулятора

 Поддержание высокой степени заряженности (SOC) аккумулятора очень важно для «здоровья» аккумулятора и для поддержания запаса емкости, что в свою очередь влияет на надежность солнечной системы электроснабжения. Отчет по испытаниями, проведенный FSEC отмечает, что «срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов прямо пропорционален средней степени заряженности», и что если аккумулятор поддерживается при SOC более 90%, возможно «увеличение количества циклов заряда-разряда в 2-3 раза по сравнению с АБ, работающей при SOC 50%.»

Предельное напряжение, до которого разрешается разряжать аккумуляторы при температуре +25° С, составляет по ГОСТ825-61 для режимов разряда не короче трехчасового = 1,8 В,  а для более коротких режимов (включая 15-минутный)-1,75 В. В действительности у исправных аккумуляторов напряжение в конце разряда часто бывает несколько выше.
Указанные предельные значения напряжений, до которых можно
разряжать аккумуляторы, установлены опытным путем. Они выбраны с
таким расчетом, чтобы не вся активная масса превращалась при разряде в сернокислый свинец, так как это вызвало бы чрезмерную сульфатацию пластин.
Глубокие разряды, которые сопровождаются существенным изменением объема активной массы, могут привести к частичному отделению и выпаданию активной массы и вызвать коробление пластин. Кроме того, эффект от разряда до более низких напряжений при нормальном десятичасовом разряде и более коротких режимах разряда очень мал. После предельно допустимого значения (1,8 или 1,75В) напряжение резко идет на убыль и может быстро достигнуть таких малых величин, которые непригодны для практического их использования.

 Во время работы, Контроллер контролирует различные параметры (напряжение U; ток I) аккумулятора и на их основе вычисляет степень заряженности аккумулятораSOC (stateofcharge). Степень заряженности — уровень энергии, доступный в аккумуляторе. Изменения в системе, например, процесс старения аккумулятора – автоматически учитываются в алгоритме вычисления SOC.

Используя SOC данные, Вы всегда имеете точный анализ фактического состояния аккумулятора. Используя SOC, Контроллер также управляет выбором режима (методики) заряда и защиты от глубокого разряда, исходя их идеальных условий эксплуатации аккумулятора. Если один из параметров не может быть зарегистрирован, например, из-за того, что потребитель или источник зарядного тока непосредственно связаны с аккумулятором, правильное вычисление SOC невозможно. Контроллер в этом случае настраивают по напряжению (Steca PR, PRS) или можно применить бюджетный контроллер без возможности подсчета SOC. 

Аккумуляторы, которые заряжаются с использованием алгоритма ШИМ, будут поддерживаться при очень высоком среднем уровне заряженности в типичной солнечной системе электроснабжения. Кроме обеспечения более высокой резервной емкости в системе, срок службы аккумуляторной батареи может быть значительно увеличен. Это подтверждается многочисленными отчетами и испытаниями.

     4. Выравнивание элементов аккумуляторной батареи

Отдельные элементы в АБ могут со временем сильно отличатся по сопротивлению заряду. Неравномерная восприимчивость к заряду может приводить к значительной потере емкости в «слабых» элементах. Для исправления таких несбалансированных элементов применяется режим, который называется «выравниванивающим зарядом». (Такой режим применяется только для АБ с жидким электролитом!). В этом режиме АБ несколько часов поддерживается при высоком напряжении, при котором начинается контролируемое газовыделение.

При использовании алгоритма ШИМ выравнивание элементов возможно и при более низких напряжениях. ШИМ заряд позволяет поддерживать отдельные элементы аккумуляторной батареи в более сбалансированном состоянии. Это важно при использовании герметичных аккумуляторов, которые не допускают газовыделения. Также, это очень полезно при использовании при заряде аккумуляторов от солнечных батарей, так как на практике в солнечных системах электроснабжения очень редко бывают случаи, когда возможно поддержание напряжения на АБ на высоком уровне в течение длительного времени.

     5. Уменьшение нагрева АБ и газовыделения

Перенос ионов в электролите АБ оказывается более эффективным при использовании ШИМ заряда. После импульса заряда, некоторые области аккумуляторных пластин оказываются обедненными ионами, в то время как другие области имеют их избыток. Во время промежутка между зарядными импульсами, диффузия ионов выравнивает концентрацию ионов на пластинах, тем самым подготавливая аккумулятор к следующему зарядному импульсу.

Кроме того, вследствие того, что импульсы довольно короткие, для образования газа не хватает времени. Газообразование еще менее вероятно при использовании разрядных импульсов.

     6. Автоматическая подстройка к возрасту аккумуляторов

По мере того, как батарея стареет и вырабатывает свои циклы, она становится все более невосприимчивой к заряду. Это происходит в основном вследствие того, что кристаллы сульфатов на пластинах делают их менее проводимыми и замедляют скорость электрохимических реакций.

Однако, возраст АБ не влияет на заряд с испольлзованием алгоритма ШИМ.

Заряд с ШИМ всегда подстраивается к потребностям аккумулятора. Зарядный ток АБ оптимизируется в зависимости от ее внутреннего сопротивления, потребностей к заряду и возрасту АБ. Единственный эффект, который может проявлятся при ШИМ заряде старых батарей, это более раннее начало газовыделения.

      7. Саморегуляция по падениям напряжения и температурным эффектам

Внешние факторы, такие как падения напряжения, в проводах системы, не влияют на границы финального заряда. Влияние падения напряжения будут составлять доли вольта. В отличие от этого, в on-off контроллерах это очень сильно влияет на режимы заряда АБ, так как даже небольшое падение напряжение в проводах от АБ до контроллера может привести к перезаряду или недозаряду АБ.

В контроллерах с последовательным ключом, полевые транзисторы находятся в основном в запертом состоянии на завершающей стадии заряда. Это минимизирует нагрев контроллера, что особенно важно, если они находятся в закрытом корпусе. В отличие от этого, в шунтовых регуляторах наблюдается максимальное тепловыделение именно на финальной стадии заряда, так как полевой транзистор в основном находится с открытом состоянии и пропускает весь ток от СБ.

Таким образом, ШИМ контроллеры с последовательными ключами обеспечивают наиболее оптимальные режимы заряда аккумуляторной батареи, в зависимости от ее заряженности и возраста. В простых контроллерах, которые включают и выключают заряд в зависимости от напряжения на АБ, происходит хронический недозаряд АБ и преждевременный выход ee из строя.

ШИМ регулятор для зарядного устройства — Авто портал. Познавай, учись и мечтай…

Совсем сравнительно не так давно решил изготовить пара зарядных устройств для автомобильного аккумуляторная батареи, что планировал продавать на местном рынке. В наличии имелись достаточно прекрасные промышленные корпуса, стоило только изготовить хорошую начинку и все дела.

Но тут столкнулся с последовательностями неприятностей, начиная от блока питания, заканчивая узлом управления выходного напряжения. Отправился и приобрел ветхий хороший электронный трансформатор типа ташибра (китайский бренд) на 105 ватт и начал переделку.

Ташибра — электронный (импульсный) сетевой блок питания реализованный на полумостовой базе, не имеет никаких защит, кроме того простой сетевой фильтр отсутствует. По окончании переделки (об этом в следующих статьях) удалось взять на выходе трансформатора до 18 Вольт постоянного напряжения с током 8-10 Ампер, что более, чем достаточно для зарядки кроме того достаточно емких автомобильных аккумуляторная батарей.

Размеры платы не более пачки от сигарет, достаточно компактный и замечательный блок питания в итоге оказался. Вторая неприятность была связана с регулятором мощности, напрямую зарядить аккумулятор не оказаться, исходя из этого было решено применять схему несложного ШИМ регулятора.

В отечественной схеме силовым звеном есть замечательный N-канальный полевой транзистор, в моем случае IRFZ44, конечно он не критичен, возможно задействовать практически каждые подобные ключи с допустимым током 20Ампер и более.

Маломощные транзисторы также не критичны, возможно применять каждые транзисторы обратной проводимости (малой мощности, такие как — кт3102, кт315, S9012/9014/9016/9018 и другие), на них собран мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов, что руководит замечательным полевым ключом.
Полевой транзистор на протяжении работы будет перегреваться, но данный перегрев не будет через чур громадным, но на всякий случай транзистор стоит установить на теплоотвод.

Эта схема ШИМ регулятора выходного напряжения превосходно может трудиться с любыми зарядными устройствами/блоком питания, не зависимо от типа, номинал входных напряжений от 3,5 впредь до большого напряжения, допустимый через полевой транзистор (60-75 Вольт, в некоторых случаях 100 и выше, все зависит от конкретного транзистора).

В обязательном порядке к прочтению:

ШИМ регулятор собственными руками

Статьи как раз той тематики,которой Вы интересуетесь: