Каталог радиолюбительских схем

Зарядное устройство

Устройство предназначено для автоматической зарядки автомобильных аккумуляторных батарей, работает при изменении напряжения сети в диапазоне 160...250 В и обеспечивает автома тическую стабилизацию тока зарядки, а также ограничение максимального выходного напряжения. В устройстве применена защита от короткого замыкания и от неправильного подключения к аккумулятору Устройство имеет КПД не хуже 85 %.

Устройство выполнено по схеме прямоходового преобразователя, выполненного на основе ШИМ-контроллера [1]. Принципиальная схема приведена на рис. 1.

Рассмотрим функциональное назначение элементов и узлов. На микросхеме DA1 собран узел, выполняющий функции стабилизатора напряжения и тока. Формирователь импульсов, выполненный на базе микросхемы DA2, предназначен для управления затворами мощных полевых n-МОП транзисторов VT2, VT3. Демпфирующая цепь C12R20 обеспечивает безопасный режим работы транзисторов VT2, VT3 и снижает уровень помех, вызванных процессами коммутации. Использование магнитно-связанного двухоб-моточного дросселя L2 позволило обеспечить гальваническую развязку нагрузки от питающей сети без оптро-на в цепи обратной связи по напряжению. На интегральном регулируемом прецизионном стабилитроне DA3 [2] собран узел ограничения напряжения на аккумуляторной батарее для исключения возможности ее перезарядки.

При подключении устройства к питающей электросети происходит зарядка конденсатора С8 через токо-ограничивающий резистор R14. Когда напряжение на конденсаторе С8 достигнет 16 В (порог включения генератора на микросхеме DA1), запустится генератор пилообразного напряжения, и на выходе микросхемы DA1 появятся прямоугольные импульсы со скважностью 2 (меандр) частотой примерно 60 кГц. Частоту генерации задают элементы R5, СЗ. Первым рабочим импульсом открывается транзистор VT3. Через обмотку I трансформатора Т1 и диод VD2 от конденсатора С8 заряжается конденсатор С9, который является источником напряжения для управления транзистором VT2. Транзистор VT2 открывается и через обмотку I трансформатора Т1 начинает линейно нарастать ток. При увеличении этого тока до значения, при котором суммарное напряжение на выводе 3 микросхемы DA1 достигнет порогового уровня I В, напряжение на выводе 6 этой микросхемы станет равным нулю. Транзисторы VT2, VT3 закроются. Из-за ЭДС самоиндукции трансформатора Т1 открывается диод VD4 и на стоке транзистора VT3 относительно его истока начинает увеличиваться напряжение.

Демпфирующая цепь C12R20 после закрывания транзисторов некоторое время поддерживает протекание тока по замкнутому контуру через обмотку I трансформатора Т1, диод VD4, резисторы датчика тока R13, R17—R19 и демпфирующую цепь до тех пор, пока напряжение на конденсаторе С12 не достигнет напряжения питания. При дальнейшем увеличении напряжения открывается диод VD5, ограничивая напряжение на стоке транзистора VT3. Постепенно от обмоток II и III трансформатора Т1 через выпрямительные диоды VD6, VD7, диодную сборку VD8 и обмотки дросселя L2 заряжаются конденсаторы С13, С14. При достижении напряжения на выводе 2 микросхемы DA1 уровня 2,5 В начинает работать ОС по напряжению. Делитель Rl—R3 определяет напряжение стабилизации преобразователя. Нагрузочные резисторы R21, R22 служат для устойчивой работы преобразователя в режиме холостого хода.

При подключении аккумуляторной батареи к устройству узел, собранный на основе микросхемы DA3 и выполняющий функцию компаратора напряжения [2], сравнивает уровень, снимаемый с делителя R23R24R25R27 с образцовым внутренним источником 2,5 В. Если напряжение аккумуляторной батареи меньше верхнего порога, задаваемого переключателем SA1, транзисторы VT4, VT5 закрыты, транзистор VT6 открывается положительным напряжением, приложенным к его затвору через резистор R32, срабатывает электромагнитное реле К1 и своими контактами подключает преобразователь к аккумуляторной батарее. Преобразователь переходит в режим стабилизации по току, ограничивая ток зарядки на уровне 4,5 А (задается резисторами R13, R17—R19). При достижении порогового уровня 14 4 В (переключатель SA1 в положении «14 В») или 16 В (переключатель SA1 в положении «16 В») транзистор VT6 закрывается и реле К1 обесточивается, размыкая контакты К1.1. Процесс зарядки завершается. При снижении напряжения на аккумуляторной батарее приблизительно на 1,5 В от своего максимального значения (необходимый гистерезис устанавливают резистором R26) компаратор DA3 снимает управляющий сигнал и транзисторы VT4, VT5 закрываются, электромагнитное реле К1 срабатывает и процесс зарядки повторяется.

В устройстве можно применить резисторы С2-ЗЗН. Конденсатор СЗ — К10-176 с ТКЕ не хуже М47 или малогабаритный пленочный, т. к. от его стабильности зависит частота задающего генератора. Конденсаторы С1, С2, С6, С7, С9 — любые малогабаритные керамические, С12 — К15-5; С4, С5, СП — К73-17. Диодный мост VD3 — любой на рабочее напряжение не менее 400 В и ток 1 А. Диодную сборку VD8 устанавливают на радиатор, выполненный из алюминиевой пластины толщиной не менее 2 мм и площадью рассеивания 100 см2. Ее можно заменить двумя диодами КД2997, но при этом придется увеличить площадь радиатора. Светодиод HL1 зеленого цвета свечения из серии АЛ307 или аналогичный импортный. Транзисторы VT2, VT3 — КП787А, КП777А, IRF840, VT6 — КП745А.

Транзисторы VT2, VT3 устанавливают на радиаторе площадью 20 см2 через слюдяные прокладки. Микросхема DA1— КР1033ЕУ16, DA3 — КР142ЕН19. Электромагнитное реле К1 — любое на рабочее напряжение 12 В и допустимым током через его контакты 10 А. В авторском варианте использовалось электромагнитное реле стартера автомобиля (113.3747-10).

Трансформатор Т1 выполнен на кольце К28х16х9 из феррита М2000НМ1. Обмотку I наматывают проводом ПЭВТЛ-2 0 0,35, она содержит 150 витков. Обмотка II намотана проводом ПЭВТЛ-2 0 0,2, содержит 28 витков. Обмотку III наматывают жгутом из восьми проводов ПЭВТЛ-2 0,35, она также содержит 28 витков. Обмотки следует изолировать друг от друга слоем лакоткани. Дроссели L1 и L2 выполнены на магнитопроводе марки Б26 из феррита М2000НМ1. Обмотки дросселя L2 намотаны на каркасе, они содержат по 16 витков. Обмотка I намотана проводом ПЭВТЛ-2 0,2, обмотка II — жгутом из восьми проводов ПЭВТЛ-2 0,35. Обмотки следует изолировать друг от друга слоем лакоткани. Зазор между чашками обеспечивает бумажная прокладка толщиной 0,25±0,05 мм. Обмотки дросселя L1 наматывают на каркас в два провода до заполнения проводом ПЭВТЛ-2 0 0,35. Зазор между чашками обеспечивает бумажная прокладка толщиной 0,15±0,05 мм. Дроссели крепят к печатной плате латунными винтами.

Регулировка устройства заключается в установке напряжения 17 В на конденсаторе С14 при отключенной аккумуляторной батарее подборкой резистора R3.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Интегральные микросхемы: Микросхемы для импульсных источников питания и их применение. Издание 2-е. — М.: Додэка, 2000.

2. Интегральные микросхемы: Микросхемы для линейных источников питания и их применение. —М. Доджа, 1996.

Сергей Калюжный, Сергей Мищенко,

г. Воронеж

Схемотехника № 12, декабрь 2004