Схемы зарядных устройств (с использованием LM317, LM338)
В настоящей статье мы обсудим несколько простых схем зарядных устройств, предназначенных для зарядки аккумуляторов 12 В. Эти устройства очень простые и недорогие по своей конструкции, но при
этом обладают высокой точностью в поддержании выходного напряжения и тока.
Все предложенные здесь схемы контролируют выходной ток. Это означает, что поступающий в аккумулятор ток никогда не будет выходить за предварительно определенный, фиксированный уровень.
Примечание: Если вам нужно зарядное устройство для аккумуляторов с мощным током, то ваши потребности могут быть удовлетворены данными конструкциями устройств зарядки свинцово-кислотных аккумуляторов.
—Простейшее зарядное устройство для аккумуляторов 12 В
Как я неоднократно повторял во многих статьях, основным критерием безопасной зарядки аккумулятора является поддержание максимально входного напряжения, величина которого чуть ниже напряжения зарядки, указанного в спецификации аккумулятора, а также поддержание тока на уровне, не вызывающем нагрев аккумулятора.
При соблюдении этих двух условий вы можете заряжать любой аккумулятор, используя простую, приведённую схему.
В приведенной, простейшей схеме, выход трансформатора составляет 12 В. Это означает, что пиковое напряжение после выпрямления будет составлять 12 х 1.41 = 16.92 В. Хотя это несколько выше, чем 14 В, уровня полного заряда для аккумулятора, сам аккумулятор поврежден не будет.
При этом рекомендуется отключать аккумулятор, как только амперметр покажет нулевое значение напряжения.
Автоматическое отключение: Если вы хотите, чтобы приведенная выше схема обеспечивала автоматическое отключение зарядного устройства по завершению зарядки, вы легко можете добиться этого, добавив на выход биполярный транзистор, как показано ниже:
В данной схеме мы использовали общий эмиттер биполярного транзистора, к базе которого подключено 15 В. Это означает, что напряжение эмиттера никогда не опустится ниже 14 В.
А когда на контактах аккумулятора напряжение превысит 14 В, транзистор переходит в состояние обратного смещения, и просто осуществляет автоматический режим отключения. Вы можете изменять значение напряжения 15 В стабилитрона, пока не получите для аккумулятора напряжение примерно в 14.3 В.
В результате первая схема преобразуется в полностью автоматическую систему зарядки АКБ, которую несложно сделать. Кроме того, поскольку здесь не используется конденсаторный фильтр, то 16 В применяется не в качестве непрерывного напряжения постоянного тока, а скорее, как 100 Гц выключатель. Это снижает нагрузку на аккумулятор, а также предотвращает сульфатирование пластин аккумулятора.
Почему важен контроль тока?
Зарядка аккумулятора любого вида может носить критический характер, и поэтому требует уделять ей определенное внимание. Когда сила тока, заряжающего аккумулятор, значимо высокая, контроль тока становится важным фактором.
Все мы знаем, насколько «умными» являются линейные стабилизаторы LM317, и не удивительно, что эти устройства применяются в большом количестве схем и приложений, требующих точное управление мощностью.
Представленная ниже схема зарядного устройства для аккумуляторов 12В с контролем тока на базе LM317 показывает, как можно сконфигурировать LM317, используя всего лишь пару сопротивлений и источник питания в виде стандартного диодного моста для обеспечения зарядки аккумулятора 12 В со всей возможной точностью.
Как это работает?
Стабилизатор подключается в обычном режиме, когда сопротивления R1 и R2 используются для требуемой регулировки напряжения. Входная мощность подается на LM317 с обычного диодного моста. После фильтрации через конденсатор C1 напряжение составляет примерно 14 вольт. Отфильтрованный постоянный ток с напряжением в 14 В, поступает на входной контакт стабилизатора.
Контакт регулировки LM317 подключён через фиксированное сопротивление R1 и переменное сопротивление R2. Изменяя величину сопротивления R2 может плавно менять выходное напряжение, подаваемое на аккумулятор. Без подключения сопротивления Rc вся схема вела бы себя, как простой источник питания.
Однако сопротивление Rc и транзистор BC547 на указанных позициях в схеме, обеспечивают возможность воспринимать ток, поступающий в аккумулятор.
Пока этот ток остается в требуемых безопасных границах, напряжение остается на заданном уровне. Однако при повышении силы тока стабилизатор снижает напряжение, ограничивая дальнейший рост тока и гарантируя безопасность аккумулятора.
Формула для расчета Rc:
R = 0.6/I, где I — максимальная величина требуемого выходного тока.
Для оптимальной работы LM317 будет требоваться наличие теплоотвода (радиатора).
Для наблюдения за состоянием зарядки аккумулятора используется подключенный к схеме потенциометр. Как только он покажет нулевое напряжение, аккумулятор можно отсоединить от зарядного устройства и использовать по назначению.
Принципиальная схема № 1
Список элементов
Для изготовления описанной выше схемы требуются следующие элементы;
R1 = 240 Ом
R2 = 10 кОм с предварительной установкой
C1 = 1000 мкФ/25 В
Диоды = 1N4007
TR1 = 0-14 В, 1 А
Как подсоединить потенциометр к схеме с LM317 или LM338?
Следующая схема (2) показывает, как правильно подключить 3-контактный потенциометр к схеме, использующей стабилизатор напряжения LM317 или LM338. Для подключения потенциометра к схеме его центральный контакт и любой боковой контакт соединяется с выходными контактами схемы. Третий контакт потенциометра не используется.
схема 2—Компактное зарядное устройство аккумуляторов 12В на базе LM338
Интегральная схема LM 338 представляет собой выдающееся устройство, которое может быть применено в неограниченном числе возможных приложений электронных схем. Ниже мы покажем, как использовать ее для получения автоматического зарядного устройства аккумуляторов 12 В.
Почему именно ИС LM338 ?
Основной функцией этой ИС является управление напряжением, и при незначительных, простых модификациях она может быть применена для управления током.
Схема зарядного устройства аккумуляторов идеально подходит для этой ИС и мы намерены изучить одну такую схему для создания автоматического зарядного устройства аккумуляторов 12 В с использованием ИС LM338.
Обращаясь к принципиальной схеме, мы видим, что вся схема построена вокруг ИС LM301, формирующей схему управления для выполнения отключения.
LM338 настроена в качестве контроллера силы тока, и как модуль прерывающего выключателя.
Использование LM338 в качестве регулятора, а операционного усилителя в качестве компаратора
Вся работа зарядного устройства может быть проанализирована с учетом следующих соображений: LM 301 используется в качестве компаратора и её не инвертированный вход подключается к опорной точке, создаваемой делителем напряжения, состоящего из R2 и R3. Напряжение, снятое с точки соединения R3 и R4, используется для установки выходного напряжения LM338 на уровень, который несколько выше требуемого напряжения зарядки – это примерно 14 вольт.
Данное напряжение подается на заряжаемый аккумулятор через сопротивление R6, включенное в схему в качестве датчика силы тока.
Сопротивление в 500 Ом, соединяющее входные и выходные контакты LM338, гарантирует, что даже после того, как схема будет автоматически отключена, аккумулятор будет постепенно заряжаться пока он остается подключенным к выходу схемы.
Кнопка пуска (start) используется для запуска процесса зарядки после подсоединения к выходу схемы частично разряженного аккумулятора.
Выбор величины R6 позволяет получать различные скорости зарядки в зависимости от емкости аккумулятора.
Функционирования схемы (согласно объяснениям +ElectronLover)
«После того, как заряжаемый аккумулятор будет иметь полный заряд, напряжение на инвертированном входе операционного усилителя станет выше установленного напряжения на неинвертированном входе LM338. Это моментально переключит логику усилителя на низкий уровень».
Согласно моим предположениям:
V+ = VCC — 74 мВ
V- = VCC — Ток зарядки x R6
VCC= напряжение на контакте 7 усилителя
Когда аккумулятор зарядится полностью, ток зарядки уменьшается. V- становится выше, чем V+, выход усилителя снижается, включая PNP и LED.
Кроме того, поскольку R4 через диод будет соединено с заземлением, то R4 становится параллельным R1, снижая фактическое сопротивление на управляющем контакте LM338 до уровня заземления.
Напряжение (LM338) = 1.2+1.2 x Reff / (R2+R3), где Reff — это сопротивление регулирующего контакта по отношению к заземлению.
Когда Reff понижается, выходное напряжение LM338 снижается, прекращая процесс зарядки.
СХЕМА РЕГУЛИРУЕМОГО БЛОКА ПИТАНИЯ НА LM317
Сразу отвечу на вопросы: да, этот блок питания я делал для себя, хоть и есть у меня приличный лабораторный блок; это чисто для питания детских электрических батареечных игрушек, чтоб не дёргать основной мощный. И теперь, когда я вроде оправдался за столь несолидную, как для опытного радиопаятеля конструкцию — можно перейти к подробному её описанию:-)
Схема источника напряжения на ЛМ317
В общем имелась приличная самодельная металлическая коробочка со стрелочным индикатором, в которой давно обитала зарядка (самодельная естественно). Но работала она слабовато, поэтому после покупки цифровой универсальной Imax B6 — внутри неё задумал разместить БП до 12 вольт, чтоб электронные детские игрушки питать (роботы, моторчики и так далее).
Сначала подбирал трансформатор. Импульсный не хотел ставить — мало ли бахнет вдруг или где коротнёт, вещь-то в детскую комнату планируется. Поставил ТП20-14, который после пары минут и бахнул)) Точнее задымел от межвиткового, так как этот трансформатор валялся лет 20 в тумбочке. Ну ничего — заменил на надёжный китайский 13В/1А от магнитолы какой-то (тоже лет 15 ей было).
Следующий этап сборки блока питания — выпрямитель с фильтром. Это значит диодный мост с конденсатором на 1000-5000 микрофарад. Паять его на рассыпухе не хотел — поставил готовую платку.
Отлично, уже имеем 15 вольт постоянки! Едем дальше… Теперь регулировка этих вольт. Можно было собрать на паре транзисторов простейший регулятор, но чтой-то облом. Самое быстрое решение — микросхема LM317. Всего 3 детали — регулятор переменный, резистор 240 Ом и сама микросхема-стабилизатор, которая на счастье завалялась в коробке. И даже не паянная!
Вот только она не заработала… Я сидел и тупо на неё смотрел: неужели дохлая попалась? Сначала трансформатор, теперь она… Нет, решительно непрушный день!
На следующее утро, на трезвую голову, заметил что 2 и 3 выводы перепутаны местами)) Перепаял и всё стало регулироваться. От 1,22 до 12В ровно. Осталось подпаять стрелочный индикатор, переключаемый тумблером как вольт/амперметр и светодиоды индикации питания и выходного напряжения. Просто красный через пару килоом на выход повесил, чтоб было видно примерно что делается, такая себе дополнительная защита от подачи 10 В на 3-х вольтовую игрушку.
И о защитах. Их тут нет. Даже при КЗ напряжение проседает и светодиоды тусклеют. Ток замыкания около 1,5 Ампер. Но придумывать электронные предохранители не стал — сам слабенький трансформатор играет роль токоограничителя. Если вам захочится повторить конструкцию по всем правилам — берите схему защиты отсюда.
Ещё из особенностей микросхемы отмечу падение напряжения около 2 В. Это не много и не мало — средне, как для таких стабилизаторов.
Конденсатор на выходе поставил 47 мкФ на 25 В. Защитный диод ставить не стал, говорят он не обязателен. Резистор переменный 6,8 кОм — но он работает в узком секторе поворота ручки, лучше заменить на 2-3 кОм. Или поставить последовательно ещё один, постоянного сопротивления.
Итоги работы
Подведём краткие итоги: схема однозначно рабочая и рекомендована к повторению начинающими мастерами, которые делают первые шаги, или теми кому лень тратить время/деньги на более сложные схемы БП. То, что минимальный порог 1,2 В — не проблема. Я например не помню случая, чтоб мне понадобилось меньше вольта))
схема блока питания мощного регулируемого
На микросборке LM317T схема блока питания (БП) упрощается во много раз. Во-первых, есть возможность сделать регулировку. Во-вторых, стабилизация питания производится. Причем по отзывам многих радиолюбителей, эта микросборка в разы превосходит отечественные аналоги. В частности, ее ресурс очень большой, не идет ни в какое сравнение ни с каким другим элементом.
Основа блока питания – трансформатор
Необходимо использование в качестве преобразователя напряжения понижающий трансформатор. Его можно взять от практически любой бытовой техники – магнитофонов, телевизоров и пр. Также можно использовать трансформаторы марки ТВК-110, которые устанавливались в блоке кадровой развертки черно-белых телевизоров. Правда, у них выходное напряжение всего 9 В, а ток довольно маленький. И если необходимо запитывать мощного потребителя, его явно не хватит.
Но если требуется сделать мощный БП, то разумнее использовать силовые трансформаторы. Их мощность должна составлять хотя бы 40 Вт. Чтобы на микросборке LM317T блок питания для ЦАП сделать, вам потребуется выходное напряжение 3,5-5 В. Именно такое значение нужно поддерживать в цепи питания микроконтроллера. Не исключено, что потребуется вторичную обмотку слегка изменить. Первичная при этом не перематывается, только проводится ее изоляция (по необходимости).
Выпрямительный каскад
Выпрямительный блок – это сборка из полупроводниковых диодов. Ничего в ней сложного нет, только следует определиться с тем, какой тип выпрямления нужно использовать. Схема выпрямителя может быть:
- однополупериодная;
- двухполупериодная;
- мостовая;
- с удвоением, утроением, напряжения.
Последнюю разумно применять, если, например, на выходе трансформатора у вас 24 В, а нужно получить 48 или 72. При этом неминуемо уменьшается выходной ток, это следует учитывать. Для простого блока питания больше всего подходит мостовая схема выпрямителя. Используемая микросборка LM317T блок питания мощный не позволит сделать. Причина тому – мощность самой микросхемы составляет всего 2 Вт. Мостовая схема же позволяет избавиться от пульсаций, да и КПД у нее на порядок выше (если сравнивать с однополупериодной схемой). Допускается в выпрямительном каскаде использовать как диодные сборки, так и отдельные элементы.
Корпус для блока питания
В качестве материала для корпуса разумнее использовать пластик. Он удобен в обработке, поддается деформации при прогреве. Другими словами, можно без труда придать заготовкам любую форму. А для высверливания отверстий не потребуется много времени. Но можно немного потрудиться и сделать красивый, надежный корпус из листового алюминия. Конечно, с ним мороки будет побольше, зато внешний вид окажется потрясающим. После изготовления корпуса из листового алюминия, его можно тщательно зачистить, прогрунтовать и нанести по несколько слоев краски и лака.
К тому же вы сразу убьете двух зайцев – получите красивый корпус и обеспечите дополнительное охлаждение микросборке. На LM317T блок питания построен по такому принципу, что стабилизация осуществляется с выделением большого количества тепла. Например, у вас на выходе выпрямителя 12 Вольт, а стабилизация должна выдать 5 В. Вот эта разница, 7 Вольт, уходит на нагрев корпуса микросборки. Следовательно, она нуждается в качественном охлаждении. И алюминиевый корпус будет способствовать этому. Впрочем, можно поступить и более продвинуто – смонтировать на радиаторе термовыключатель, который будет управлять кулером.
Схема стабилизации напряжения
Итак, у вас есть микросборка LM317T, схема блока питания на ней перед глазами, теперь нужно определить назначение ее выводов. Их у нее всего три – вход (2), выход (3) и масса (1). Поверните корпус лицевой стороной к себе, нумерация производится слева направо. Вот и все, теперь осталось осуществить стабилизацию напряжения. А сделать это несложно, если выпрямительный блок и трансформатор уже готовы. Как вы понимаете, минус с выпрямителя подается на первый вывод сборки. С плюса выпрямителя происходит подача напряжения на второй вывод. С третьего снимается стабилизированное напряжение. Причем по входу и выходу необходимо установить электролитические конденсаторы с емкостью 100 мкФ и 1000 мкФ соответственно. Вот и все, только лишь на выходе желательно поставить постоянное сопротивление (порядка 2 кОм), которое позволит электролитам быстрее разряжаться после выключения.
Схема блока питания с возможностью регулировки напряжения
Сделать регулируемый блок питания на LM317T оказывается проще простого, для этого не потребуется особых знаний и умений. Итак, у вас есть уже блок питания со стабилизатором. Теперь можно его слегка модернизировать, чтобы на выходе изменять напряжение, в зависимости от того, какое вам требуется. Для этого достаточно отключить первый вывод микросборки от минуса питания. По выходу включаете последовательно два сопротивления – постоянное (номинал 240 Ом) и переменное (5 кОм). В месте их соединения подключается первый вывод микросборки. Такие несложные манипуляции позволяют сделать регулируемый блок питания. Причем максимальное напряжение, подаваемое на вход LM317T, может составлять 25 Вольт.
Дополнительные возможности
С применением микросборки LM317T схема блока питания становится более функциональной. Конечно, в процессе эксплуатации блока питания, вам потребуется проводить контроль основных параметров. Например, потребляемого тока либо выходного напряжения (особенно это актуально для схемы с регулировкой). Поэтому на лицевой панели нужно смонтировать индикаторы. Кроме того, вам нужно знать, включен ли в сеть блок питания. Обязанность оповещать вас о включении в электросеть лучше возложить на светодиод. Данная конструкция вполне надежная, только питание для него нужно брать с выхода выпрямителя, а не микросборки.
Для контроля тока и напряжения можно использовать стрелочные индикаторы с градуированной шкалой. Но в случае, если хочется сделать блок питания, который не будет уступать лабораторным, можно воспользоваться и ЖК-дисплеями. Правда, для измерения тока и напряжения на LM317T схема блока питания усложняется, так как необходимо использование микроконтроллера и специального драйвера – буферного элемента. Он позволяет подключать к портам ввода-вывода контроллера ЖК-дисплей.
Регулируемый блок питания на стабилизаторе напряжения LM317 |
Начинающему радиолюбителю просто не обойтись без хотя бы простейшего блока питания. При разработке или настройке того или иного устройства регулируемый блок питания является не заменимым атрибутом. Но если вы начинающий радиолюбитель, и не можете позволить себе дорогой навороченный блок питания, то эта статья поможет вам восполнить вашу нужду
Блок питания на микросхеме LM317T, схема:
В интернете встречается неисчислимое множество схем различных блоков питания. Но даже на первый взгляд легкие схемы, в процессе настройки оказываются не такими уж и легкими. Я рекомендую вам рассмотреть очень простую в настройке, дешевую и надёжную схему блока питания на микросхеме стабилизаторе LM317T, которая регулирует напряжение от 1,3 до 30 В и обеспечивает ток 1А (как правило, этого достаточно для простых радиолюбительских схем) рисунок №1.
Рисунок №1 – Электрическая принципиальная схема регулируемого блока питания.VD1 – VD4, VD6, VD7 – Полупроводниковые диоды типа 1N5399 (1.5А 1000В) хотя, вы можете использовать любые другие подходящие по максимальному току 1.5 ампера и напряжению около 50 вольт. Можно также использовать диодный мост с теми же характеристиками. У кого что есть – тот из того и лепит:)
R1 – около 18 КОм (нужно подбирать под ток светодиода).
R2 — Можно не впаивать — он необходим в том случае если вам нужно получить нестандартные пределы регулировки напряжения. Вы просто подбираете его таким образом что бы сумма R2 + R3 = 5КОм.
R4 – 240 Ом.
C1 – 2200 мкФ (электролитический)
C2 — 0,1 мкФ
C3 — 10 мкФ (электролитический)
C4 — 1 мкФ (электролитический)
DA1 – LM317T
Основным элементом в схеме является микросхема LM317T, все её характеристики вы можете без труда посмотреть в мануале на микросхему. Единственное что следует отдельно отметить, это то что её обязательно необходимо цеплять на радиатор (рисунок №2) что бы микросхема не вышла из строя.
Рисунок №2 – Пример радиатора.Максимальный ток у неё по документации 1.5 А – но я не рекомендую вгонять её в такие придельные режимы работы.
Каждый радиолюбитель делает печатные платы как ему самому угодно – но если вам лень её трассировать – можете использовать мой вариант печатной платы рисунок №3, который доступен по этой ссылке или по этой ссылке. Файлы можно открыть с помощью программы Sprint-Layout 5.
Рисунок №3 — Плата печатная и сборочный чертёжПрежде чем начать делать мой вариант разводки платы – ещё раз его просмотрите и проанализируйте!!! Плату я трассировал под способ фотолитографии, так что разверните её как необходимо вам. Я старался сделать плату наиболее универсальной для этой схемы и делал её под свои нужды. Если вы не будите впаивать резистор R2 – то вместо него просто нужна перемычка.
P.S.: Я постарался наглядно показать и описать не хитрые советы. Надеюсь, что хоть что-то вам пригодятся. Но это далеко не всё что возможно выдумать, так что дерзайте, и штудируйте сайт https://bip-mip.com/
Дополнительные рекомендации по настройки схемы:
Все сопротивления в схеме лучше всего ставить полуваттные, это почти гарантия стабильной работоспособности схемы, даже в предельных условиях эксплуатации. Резистор R2 можно полностью исключить из схемы, я оставлял под него место на те случаи, когда нужно получит нестандартное напряжение. А ещё, хорошенько покопавшись в интернете, я нашел специальный калькулятор для пересчёта LM317, а именно резисторов в цепи управления регулировки напряжения.
Окно специального калькулятора для расчёта LM317Управляющий делитель напряженияРезисторы R3 и R4 – это обыкновенный делитель напряжения, таким образом, мы можем его подобрать под те резисторы, что у нас есть под рукой (в заданных пределах) – это очень удобно и позволяет без особого труда отрегулировать работу LM317T под любое напряжение (верхний придел может варьироваться от 2 до 37 В). К примеру, можно так подобрать резисторы, чтобы ваш блок питания регулировался от 1,2 до 20В – всё зависит от пересчёта делителя R3 и R4. Формулу по которой работает калькулятор, вы можете узнать почитав даташит на ЛМ317Т. В остальном — если всё собрано верно , блок питания сразу же готов к работе.