Разрядное устройство на ОУ с автоматическим отключением АКБ

Кто не сталкивался в своей практике с необходимостью зарядки батареи и, разочаровавшись в отсутствии зарядного устройства с необходимыми параметрами, вынужден был приобретать новое ЗУ в магазине, либо собирать вновь нужную схему? Вот и мне неоднократно приходилось решать проблему зарядки различных аккумуляторных батарей, когда под рукой не оказывалось подходящего ЗУ. Приходилось на скорую руку собирать что-то простое, применительно к конкретному аккумулятору.

Ситуация была терпимой до того момента, пока не появилась необходимость в массовой подготовке и, соответственно, зарядке батарей. Понадобилось изготовить несколько универсальных ЗУ — недорогих, работающих в широком диапазоне входных и выходных напряжений и зарядных токов.

К этому моменту у меня уже была линейка отработанных схем, осталось лишь воплотить схему в готовое устройство, и попутно поделиться своими решениями. Вдруг камрадам пригодится!

Содержание / Contents

  • 1 Схема ЗУ № 1 (TL494)
  • 2 Калибровка порога и гистерезиса зарядного устройства
  • 3 Схема ЗУ № 2 (TL494)
  • 4 Схема ЗУ № 3 (TL494)
  • 5 Схема ЗУ № 3а (TL494)
  • 6 Схема ЗУ № 4 (TL494)
  • 7 Схема ЗУ № 5 (MC34063)
  • 8 Схема ЗУ № 6 (UC3843)
  • 9 Схема ЗУ № 7 (TL494)
  • 10 Схема № 8
  • 11 Конструкция зарядного устройства

Предлагаемые ниже схемы ЗУ были разработаны для зарядки литий-ионных аккумуляторов, но существует возможность зарядки и других типов аккумуляторов и составных батарей (с применением однотипных элементов, далее — АБ).

Все представленные схемы имеют следующие основные параметры:

• входное напряжение 15-24 В; • ток заряда (регулируемый) до 4 А; • выходное напряжение (регулируемое) 0,7 — 18 В (при Uвх=19В).

Все схемы были ориентированы на работу с блоками питания от ноутбуков либо на работу с другими БП с выходными напряжениями постоянного тока от 15 до 24 Вольт и построены на широко распространенных компонентах, которые присутствуют на платах старых компьютерных БП, БП прочих устройств, ноутбуков и пр.

↑ Схема ЗУ № 1 (TL494)

Транзистор VT1, включенный параллельно затвору мощного ключа, обеспечивает необходимую скорость разрядки затворной емкости последнего, предотвращая «плавное» запирание VT2. При этом амплитуда выходного напряжения при отсутствии АБ (или прочей нагрузки) практически равна входному напряжению питания.

При активной нагрузке выходное напряжение будет определяться током через нагрузку (её сопротивлением), что позволит использовать эту схему в качестве драйвера тока.

При заряде АБ напряжение на выходе ключа (а, значит, и на самой АБ) в течении времени будет стремиться в росте к величине, определяемой входным напряжением (теоретически) и этого, конечно, допустить нельзя, зная, что величина напряжения заряжаемого литиевого аккумулятора должна быть ограничена на уровне 4,1 В (4,2 В). Поэтому в ЗУ применена схема порогового устройства, представляющего из себя триггер Шмитта (здесь и далее — ТШ) на ОУ КР140УД608 (IC1) или на любом другом ОУ.

При достижении необходимого значения напряжения на АБ, при котором потенциалы на прямом и инверсном входах (выводы 3, 2 — соответственно) IC1 сравняются, на выходе ОУ появится высокий логический уровень (практически равный входному напряжению), заставив зажечься светодиод индикации окончания зарядки HL2 и светодиод оптрона VH1 который откроет собственный транзистор, блокирующий подачу импульсов на выход U1. Ключ на VT2 закроется, заряд АБ прекратится.

По окончании заряда АБ он начнет разряжаться через встроенный в VT2 обратный диод, который окажется прямовключенным по отношению к АБ и ток разряда составит приблизительно 15-25 мА с учетом разряда кроме того через элементы схемы ТШ. Если это обстоятельство кому-то покажется критичным, в разрыв между стоком и отрицательным выводом АБ следует поставить мощный диод (лучше с малым прямым падением напряжения).

Гистерезис ТШ в этом варианте ЗУ выбран таким, что заряд вновь начнется при понижении величины напряжения на АБ до 3,9 В.

Это ЗУ можно использовать и для заряда последовательно соединенных литиевых (и не только) АБ. Достаточно откалибровать с помощью переменного резистора PR3 необходимый порог срабатывания. Так, например, ЗУ, собранный по схеме 1, функционирует с трехсекционной последовательной АБ от ноутбука, состоящей из сдвоенных элементов, которая была смонтирована взамен никель-кадмиевой АБ шуруповерта. БП от ноутбука (19В/4,7А) подключен к ЗУ, собранному в штатном корпусе ЗУ шуруповерта взамен оригинальной схемы. Зарядный ток «новой» АБ составляет 2 А. При этом транзистор VT2, работая без радиатора нагревается до температуры 40-42 С в максимуме. ЗУ отключается, естественно, при достижении напряжения на АБ=12,3В.

Гистерезис ТШ при изменении порога срабатывания остается прежним в ПРОЦЕНТНОМ отношении. Т.е., если при напряжении отключения 4,1 В, повторное включение ЗУ происходило при снижении напряжения 3,9 В, то в данном случае повторное включение ЗУ происходит при снижении напряжения на АБ до 11,7 В. Но при необходимости глубину гистерезиса можно изменить.

Простые схемы для зарядки самых разных аккумуляторов

Приветствую, Самоделкины!
Сегодня мы рассмотрим 3 простые схемы зарядных устройств, которые могут быть использованы для зарядки самых разных аккумуляторов.

Рассмотрим первую схему:

Микросхему обязательно устанавливают на массивный радиатор, на вход подается не стабилизированное напряжение до 30-35В, это чуть меньше максимально допустимого входного напряжения для микросхемы lm317. Нужно помнить, что микросхема lm317 может рассеять максимум 15-20Вт мощности, обязательно учитывайте это. Также нужно учитывать то, что максимальное выходное напряжение схемы будет на 2-3 вольта меньше входного.

Зарядка происходит стабильным напряжением, а ток не может быть больше выставленного порога. Данная схема может быть использована даже для зарядки литий-ионных аккумуляторов. При коротких замыканиях на выходе ничего страшного не произойдет, просто пойдет ограничение тока и, если охлаждение микросхемы хорошее, а разница входного и выходного напряжения небольшое, схема в таком режиме может проработать бесконечно долгое время.

Вторая схема

из себя представляет мощный стабилизированный источник питания с максимальным выходным током до 10А, была построена на базе первого варианта.

Теперь давайте рассмотрим принцип работы схемы. При малых значениях тока силовой транзистор закрыт. При увеличении выходного тока падение напряжения на указанном резисторе становится достаточным и транзистор начинает открываться, и весь ток будет протекать по открытому переходу транзистора.

Очень желательно и даже обязательно использование дополнительного вентилятора, если схема будет эксплуатироваться на больших токах. Для зарядки аккумуляторов, вращением подстроечного резистора нужно выставить напряжение окончания заряда и все. Максимальный ток заряда ограничен 10-амперами, по мере заряда батарей ток будет падать. Схема коротких замыканий не боится, при КЗ ток будет ограничен. Как и в случае первой схемы, если имеется хорошее охлаждение, то устройство сможет долговременно терпеть такой режим работы. Ну а теперь несколько тестов:

Как видим стабилизация свое отрабатывает, так что все хорошо. Ну и наконец
третья схема:

Рассмотрим схему.

Как видим все работает. Благодарю за внимание. До новых встреч! Источник (Source)

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

↑ Калибровка порога и гистерезиса зарядного устройства

Калибровка происходит при использовании внешнего регулятора напряжения (лабораторного БП). Выставляется верхний порог срабатывания ТШ.
1. Отсоединяем верхний вывод PR3 от схемы ЗУ. 2. Подключаем «минус» лабораторного БП (далее везде ЛБП) к минусовой клемме для АБ (самой АБ в схеме во время настройки быть не должно), «плюс» ЛБП — к плюсовой клемме для АБ. 3. Включаем ЗУ и ЛБП и выставляем необходимое напряжение (12,3 В, например). 4. Если горит индикация окончания заряда, вращаем движок PR3 вниз (по схеме) до гашения индикации (HL2). 5. Медленно вращаем движок PR3 вверх (по схеме) до зажигания индикации. 6. Медленно снижаем уровень напряжения на выходе ЛБП и отслеживаем значение, при котором индикация вновь погаснет. 7. Проверяем уровень срабатывания верхнего порога еще раз. Хорошо. Можно настроить гистерезис, если не устроил уровень напряжения, включающий ЗУ. 8. Если гистерезис слишком глубок (включение ЗУ происходит при слишком низком уровне напряжения — ниже, например, уровня разряда АБ, выкручиваем движок PR4 влево (по схеме) или наоборот, — при недостаточной глубине гистерезиса, — вправо (по схеме). При изменении глубины гистерезиса уровень порога может сместиться на пару десятых долей вольта. 9. Сделайте контрольный прогон, поднимая и опуская уровень напряжения на выходе ЛБП.

Настройка токового режима еще проще.

1. Отключаем пороговое устройство любыми доступными (но безопасными) способами: например, «посадив» движок PR3 на общий провод устройства или «закорачивая» светодиод оптрона. 2. Вместо АБ подключаем к выходу ЗУ нагрузку в виде 12-вольтовой лампочки (например, я использовал для настройки пару 12V ламп на 20 Вт). 3. Амперметр включаем в разрыв любого из проводов питания на входе ЗУ. 4. Устанавливаем на минимум движок PR1 (максимально влево по схеме). 5. Включаем ЗУ. Плавно вращаем ручку регулировки PR1 в сторону роста тока до получения необходимого значения. Можете попробовать поменять сопротивление нагрузки в сторону меньших значений ее сопротивления, присоединив параллельно, скажем, ещё одну такую же лампу или даже «закоротить» выход ЗУ. Ток при этом не должен измениться значительно.

В процессе испытаний устройства выяснилось, что частоты в диапазоне 100-700 Гц оказались оптимальными для этой схемы при условии использования IRF3205, IRF3710 (минимальный нагрев). Так как TL494 используется неполно в этой схеме, свободный усилитель ошибки микросхемы можно использовать, например, для работы с датчиком температуры.

Следует иметь в виду и то, что при неправильной компоновке даже правильно собранное импульсное устройство будет работать некорректно. Поэтому не следует пренебрегать опытом сборки силовых импульсных устройств, описанном в литературе неоднократно, а именно: все одноименные «силовые» соединения следует располагать на кратчайшем расстоянии относительно друг друга (в идеале — в одной точке). Так, например, точки соединения такие, как коллектор VT1, выводы резисторов R6, R10 (точки соединения с общим проводом схемы), вывод 7 U1 — следует объединить практически в одной точке либо посредством прямого короткого и широкого проводника (шины). То же касается и стока VT2, вывод которого следует «повесить» непосредственно на клемму «-» АБ. Выводы IC1 также должны находиться в непосредственной «электрической» близости к клеммам АБ.

↑ Схема ЗУ № 2 (TL494)

Ещё одно отличие от предыдущего устройства — использование второго усилителя ошибки TL494 в качестве порогового элемента (включенного по схеме ТШ), определяющего окончание зарядки АБ.

Ну, и, конечно, в качестве ключа использован транзистор р-проводимости, что упростило полное использование TL494 без применения дополнительных компонентов.

Методика настройки порогов окончания зарядки и токовых режимов такая же

, как и для настройки предыдущей версии ЗУ. Разумеется, для разного количества элементов, порог срабатывания будет меняться кратно.

При испытании этой схемы был замечен более сильный нагрев ключа на транзисторе VT2 (при макетировании использую транзисторы без радиатора). По этой причине следует использовать другой транзистор (которого у меня просто не оказалось) соответствующей проводимости, но с лучшими токовыми параметрами и меньшим сопротивлением открытого канала, либо удвоить количество указанных в схеме транзисторов, включив их параллельно с раздельными затворными резисторами.

Использование указанных транзисторов (в «одиночном» варианте) не критично в большинстве случаев, но в данном случае размещение компонентов устройства планируется в малогабаритном корпусе с использованием радиаторов малого размера или вовсе без радиаторов.

Описание работы и схема устройства

В процессе работы зарядное устройство постоянно контролирует напряжение на заряжаемом аккумуляторе и автоматически отключает ток при достижении полной зарядки. Оно позволяет одновременно и независимо заряжать и разряжать два аккумулятора типоразмера АА или ААА. Принципиальная схема устройства изображена на рисунке.

Принципиальная схема зарядного устройства

Функционально оно выполнено в виде двух каналов с общим питанием, имеющих по одному узлу зарядки

и
разрядки
. Все переключения для осуществления процессов зарядки и разрядки производятся переключателями
SA1
и
SA2
, а в качестве источника питания применено ЗУ сотового телефона с выходным стабилизированным напряжением 5 В и током не менее 1 А.

Функциональная схема подключения зарядного устройства

Рассмотрим работу одного канала и начнем с узла зарядки [2]. В процессе зарядки

контроль напряжения на заряжаемом аккумуляторе происходит непрерывно. На транзисторах
VT1
и
VT2
собран триггер Шмитта, который сравнивает напряжение на заряжаемом аккумуляторе
GB1
или
GB2
с образцовым, поступающим на базу
VT1
с движка подстроечного резистора
R2
.

Образцовое напряжение образовано стабилитроном VD1

, резисторами
R1
и
R2
. Резистором
R1
задается рабочий ток стабилитрона (около 10 mA), а резистором
R2
устанавливают нужное пороговое напряжение.

При подключении к зарядному устройству разряженного аккумулятора транзистор VT2

закрыт, а
VT1
и
VT3
открыты. Коллекторный ток транзистора
VT3
через замкнутый контакт
SA2.1
выключателя
SA2
заряжает аккумулятор.

Как только напряжение на аккумуляторе достигнет заданного порогового значения сработает триггер и транзисторы VT1

,
VT3
закроются, а
VT2
откроется и включит светодиод
HL1
, сигнализирующий об окончании зарядки.

Выключателем SА1

выбирают типоразмер аккумулятора и задают необходимый зарядный ток равный 110 или 260 mA.

В замкнутом положении контакта SA1.2

зарядка осуществляется током 110 mA, позволяющим заряжать аккумуляторы емкостью 850, 1100 и 1600 mA/ч. В замкнутом положении контакта
SA1.1
зарядка осуществляется током 260 mA, позволяющим заряжать аккумуляторы емкостью 2100, 2600, 2700 и 2850 mA/ч.

Выключателем SА2

устройство переводят в режимы
зарядки
или
разрядки
.

Кнопочный выключатель SB1

предназначен для принудительного запуска зарядного устройства, если аккумулятор разряжен не до конца. Нажатие выключателя приводит к установке триггера в состояние, соответствующее режиму зарядки.

Теперь рассмотрим работу узла разрядки

, который питается от разряжаемого аккумулятора и при достижении на нем напряжения 0,9 — 1.1 В автоматически прекращает процесс разрядки [3].

При кратковременном нажатии кнопки SB2

на базу транзистора
VT5
через резистор
R11
подается напряжение с аккумулятора
GB1
или
GB2
. Если оно превышает порог открывания транзистора
VT5
(примерно 0,6 В), он открывается и открывает транзистор
VT4
, через участок коллектор-эмиттер которого происходит разрядка аккумулятора.

По мере разрядки аккумулятора напряжение на нем снижается, и когда оно упадет ниже порога открывания транзистора VT5

, тот закрывается и закрывает
VT4
. Процесс разрядки прекращается. В качестве нагрузки и индикатора работы блока разрядки применена лампа накаливания
HL3
с номинальным напряжением 1 В. Также можно применить лампы на напряжение 1,5 и 2 В.

Вместо лампы можно установить резистор сопротивлением 20 – 30 Ом. В этом случае не будет индикации и придется периодически смотреть напряжение на разряжаемом аккумуляторе.

↑ Схема ЗУ № 4 (TL494)

Поделки своими руками для автолюбителей

Привет всем, в этой статье я расскажу, как можно сделать простой импульсный стабилизатор, который может быть использован в качестве автомобильной зарядки, источника питания или лабораторного блока питания.

Теперь несколько о самой схеме

Это импульсный стабилизатор с шим-управлением, то есть КПД куда больше, чем у обычных линейных схем. Транзистор работает в ключевом режиме управляясь шим-сигналом, это снижает нагрев силового ключа. Основной транзистор управляется маломощным ключом, такое включение обеспечивает большое усиление по току и разгружает микросхему ШИМ.

Обратите внимание на чёткое срабатывание функции ограничения, даже при коротком замыкании, ток не более 6.5 ампер. Регулируется довольно плавно, если использовать многооборотный резистор.

Токовый шунт или датчик тока…, тут хотел бы обратить ваше внимание на то, что входные и выходные земли разделяются шунтом, обратите на это внимание при сборке. В качестве шунта можно использовать отрезок нихромовый проволоки с нужным сопротивлением. В моём же варианте было использование snd-шунты, которые можно найти на платах защиты аккумуляторов от ноутбука.

Введите электронную почту и получайте письма с новыми поделками.

После настройки на нужную частоту, подстроечный резистор выпаивается, измеряется его сопротивление, прибавляется к полученному числу сопротивление дополнительного резистора в 1 ком и сборка заменяется одним постоянным резистором близкого сопротивления. Этим настройка завершена…

Силовой диод VD1 очень советую — шотки, с напряжение не менее 60 вольт и током от 10 ампер.

Я использовал обыкновенный трансформатор с диодным мостом. Ну вот вроде и всё, всем спасибо за внимание, печатка находиться в архиве.

Автор; АКА Касьян

Популярное;

  • Мощное зарядное устройство для любых аккумуляторов
  • Простой стабилизатор напряжения к зарядному устройству
  • Зарядное устройство из советских деталей для АКБ
  • Зарядное устройство из адаптера ноутбуков
  • Схемы зарядных устройств (с использованием LM317, LM338)
  • Схема простого зарядного устройства для АКБ
  • Простой лабораторный блок питания из старого компьютерного блока питания.
  • Схема простого зарядного для АКБ с автовыключением

↑ Схема ЗУ № 5 (MC34063)

Виды зарядных устройств Лягушка

Известно всего три вида универсальных зарядок:

  • та, которая подключается к прикуривателю в машине – автомобильная;
  • работает от USB;
  • подключается к обычной розетке в 220 вольт.

Также каждая из них подразделяется еще на 2 варианта:

  • автоматическую с тремя светодиодами;
  • полуавтоматическую с четырьмя светодиодами.

Сетевые

Сетевое универсальное устройство работает при напряжении 220 В. Оно имеет обычные вилки, которые вставляются в розетку.

Гибридные

Устроено таким образом, что зарядка происходит как с помощью вилки, так и с помощью USB-порта. Проблема различного напряжения решается отличиями тока при выдаче.

Автомобильные

Автомобильная лягушка для аккумулятора работает от автомобильного прикуривателя, входное напряжение которого составляет 12 В.

↑ Схема ЗУ № 6 (UC3843)

УНИВЕРСАЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

Иногда возникает необходимость зарядить какой-нибудь нестандартный аккумулятор, из МП-3 плеера, фотоаппарата, а зарядного устройства для него нет. Особенно часто такая ситуация возникает при ремонте различной РЭА. Поэтому настоятельно рекомендуется сделать небольшое универсальное зарядное устройство с возможностью регулировок его параметров, чтобы можно было заряжать практически любые (никель-кадмиевые, свинцовые, литиевые и т.д.) аккумуляторы с рабочим напряжением от 1,5 до 12 В и ёмкостью до 10 А/ч. При этом важно, чтоб зарядное устройство не допускало перезаряда и сигнализировало об окончании процесса зарядки. В результат экспериментов получилась такая несложная схема, доступная для повторения даже начинающими радиолюбителями:

Диодный мост выдерживающий ток более ампера. Конденсатор фильтра электролитический на емкость от 470 мкФ, и напряжением 25-50В. Трансформатор можно взять с мощностью 20-40 ватт и имеющим нужное нам напряжение на вторичной обмотке. Ток зарядки аккумулятора устанавливаем согласно формулы:

I = (0,5 … 0,7) / R2

Резистор R2 желательно ставить переменный (для возможности регулировки максимального начального тока заряда). Стабилизатор КРЕН12А (LM317) позволяет регулировать выходное напряжение зарядки в широких пределах (от 1,5 до 35 В).

Собранная схема на УНИВЕРСАЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

По мере зарядки аккумулятора напряжение на нем будет приближаться к напряжению стабилизатора и, соответственно, ток через транзистор (нижний по схеме) станет понижаться. Это приведет к его постепенному закрыванию, а светодиод плавно погаснет. Для контроля процесса зарядки, удобно использовать на выходе стрелочный индикатор. Хорошо подходят для этого индикаторы уровня записи старых магнитофонов.

В ЗУ ставим индикаторы уровня записи старых магнитофонов

Зарядка настроек не требует и при правильной сборке начинает работать сразу. При подключении к клеммам разряженного аккумулятора загорается светодиод и стрелка прибора отклоняется к концу шкалы, в зависимости от типа аккумулятора. С помощью переменного резистора R3 выставляем максимальный ток зарядки. По мере зарядки яркость светодиода будет постепенно понижаться, а стрелка прибора приближаться к началу шкалы. При полной зарядке, когда напряжения на аккумуляторе и выходе зарядного устройства сравняются, ток через аккумулятор станет нулевым. Это исключит всякий риск перезарядить аккумулятор.

Зарядка настроек не требует

Вместо переменного резистора R4 удобнее использовать переключатель с набором заранее подобранных сопротивлений. Тогда нужно будет лишь установить переключателем нужное нам напряжение заряда.

Подбирая сопротивления нижнего ряда резисторов, мы выставляем на выходе нужное нам напряжение. Таким способом легко подобрать любое напряжение. Зарядное устройство собрано на небольшой плате, размерами 2,5 х 3 см. Плата и расположение деталей универсального зарядного.

расположение деталей универсального зарядного

Вся зарядка размещена в корпусе от старого блока питания.

зарядка размещена в корпусе от старого блока питания

Для зарядки разных по размеру и форме аккумуляторов можно использовать батарейные отсеки от каких-либо устройств, или же сделать самодельные.

подключение различных аккумов

Вы можете разработать свой вариант, согласно имеющимся радиоэлементам, а можете изготовить этот, скачав архив с файлом. Автор конструкции: Андрей. Форум по схемотехнике ЗУ

↑ Схема ЗУ № 7 (TL494)

Применено реле для коммутации батареи из режима «заряд» в режим «нагрузка».

Работа с ЗУ аналогична работе с предыдущими устройствами. Калибровка осуществляется переводом тумблера в режим «калибровка». При этом контакт тумблера S1 подключает пороговое устройство и вольтметр к выходу интегрального регулятора IC2. Выставив необходимое напряжение для предстоящей зарядки конкретной АБ на выходе IC2, с помощью PR3 (плавно вращая) добиваются зажигания светодиода HL2 и, соответственно, срабатывания реле К1. Уменьшая напряжение на выходе IC2, добиваются гашения HL2. В обоих случаях контроль осуществляется встроенным вольтметром. После установки параметров срабатывания ПУ, тумблер переводится в режим заряда.

↑ Схема № 8

Применения калибровочного источника напряжения можно избежать, используя для калибровки собственно ЗУ. В этом случае следует отвязать выход ТШ от ШИ-регулятора, предотвратив его выключение при окончании заряда АБ, определяемым параметрами ТШ. АБ так или иначе будет отключена от ЗУ контактами реле К1. Изменения для этого случая показаны на схеме 8.

↑ Конструкция зарядного устройства

В конструкциях желательно в качестве переменных и подстроечных резисторов использование многооборотных потенциометров
во избежании мучений при установке необходимых параметров.

Спасибо за внимание!

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: