Импульсное зарядное устройство для аккумуляторов своими руками

Импульсное зарядное устройство для аккумуляторов своими руками

У каждого автолюбителя есть зарядное устройство для АКБ 12 В. Все эти старые зарядки с различным успехом работают и выполняют свои функции, но есть у них общий недостаток — слишком большие габариты и вес. Это не удивительно, ведь один только силовой трансформатор на 200 ватт может весить до 5 кг. Поэтому и задумал собрать импульсное зарядное для автоаккумулятора. На просторах инета, точнее на форуме Kazus нашел схему этого ЗУ.

Схема принципиальная ЗУ — клик для увеличения размера

Собрал, работает прекрасно! Заряжал автомобильный аккумулятор, настроил зарядник на 14.8 в и на ток около 6 А, перезаряда или недозаряда нет, при достижении и напряжения на клемах аккумулятора 14.8 в, ток зарядки падает автоматически. Также заряжал гелиевый свинцовый аккумулятор от бесперебойника ПК — нормально. Замыканий на выходе данный зарядник не боится. А вот от переполюсации надо защиту делать, сам сделал на реле.

Печатная плата, даташиты на некоторые радиоэлементы и другие файлы смотрите на форуме.

В общем всем советую его сделать, так как у этого ЗУ много преимуществ: малые размеры, база радиоэлементов не дефицит, многое можно купить и в том числе готовый импульсный трансформатор. Сам его приобрёл в интернет магазине — прислали быстро и дёшево. Оговорюсь сразу, вместо диода Шоттки VD6 (термостабилизация), поставил просто сопротивление на 100 Ом, зарядное и с ним работает прекрасно! Схему собрал и испытал: Demo .

Всем нам уже все уши прожужжали, что литий-ионные аккумуляторы правильнее всего заряжать постоянным током до напряжения 4.2 В. По достижении данного значения считается, что аккумулятор набрал где-то 70-80% своей максимальной емкости. К слову сказать, этот момент наступает достаточно быстро и чем больше был ток заряда, тем быстрее.

Теперь остается зафиксировать на аккумуляторе это напряжение и подержать его так еще какое-то время. За это время аккумулятор должен набрать еще процентов 20 емкости. Ток заряда при этом будет неуклонно снижаться но, что немаловажно, до нуля так никогда и не дойдет. Окончанием заряда можно считать снижение тока до

0.05 от номинальной емкости (той, которая указана на этикетке).

Описанная логика по своей сути очень правильная и в первом приближении не имеет недостатков: быстрый набор основной емкости, четко заданные критерии перехода к фазе снижения тока и момента окончания зарядки. Но так ли это?

На самом деле, для описанной выше логике работы зарядных устройств порог в 4.2 вольта выбран далеко не случайно. Дело в том, что длительное прикладывание повышенного напряжение к li-ion аккумуляторам ведет к деградации их электродов и электродных масс (электролита) и, как следствие, потери емкости. А так как фаза заряда с фиксированным напряжением и падающим током обычно довольно длительная, то желательно ограничить напряжение сверху на уровне 4.2 (или 4.24В). Что и делается на практике.

Читайте также:  Ремонт мультиметра dt 832

Однако, более правильным было бы контролировать напряжение на аккумуляторе не тогда, когда через него протекает большой зарядный ток, а во время холостого хода. Дело в том, что в зависимости от величины внутреннего сопротивления батареи и тока, напряжение на аккумуляторе может запросто достигать 4.3 и даже 4.4 Вольта (если, конечно, нет PCB-модуля, который отрубит акб из-за перенапряжения). Таким образом, зарядное устройство перейдет в режим стабилизации напряжения немного раньше, чем хотелось бы, увеличивая тем самым общее время заряда.

Заряд импульсами тока с паузами между ними

Умная зарядка дейстовала бы следующим образом: сначала отключила бы зарядный ток, выждала бы небольшую паузу, измерила бы напряжение холостого хода на аккумуляторе и на основании этого приняла бы решение о своих дальнейших действиях. Чем ближе напряжение приблизилось к 4.15В (это напряжение полностью заряженного аккумулятора), тем более короткий импульс зарядного тока выдает зарядка. Как только напряжение достигнет заданного порога (4.15 вольта), импульсы тока совсем прекратятся.

Вот как это выглядит на графике:

В таком зарядном устройстве можно оставлять аккумулятор на сколь угодно длительное время, и он будет подзаряжаться по мере необходимости.

Мы только что описали еще один (более правильный) способ зарядки литиевых аккумуляторов — импульсный. Но такие зарядки менее распространены, так как для реализации этого алгоритма требуется микропроцессорное управление, что усложняет и удорожает схему.

Схема зарядника

Но не надо грустить! Оказывается, существует схема импульсного зарядного устройства для литий-ионных аккумуляторов БЕЗ МИКРОПРОЦЕССОРА. Вот она:

Как это ни удивительно эта несложная схема в полной мере реализует весь описанный выше алгоритм заряда при полном отсутствии "мозгов". Схема работает следующим образом.

С момент включения схема начинает заряжать аккумулятор постоянным током. Величина тока зависит от напряжения питания и сопротивления резистора RD.

В момент, когда напряжение на элементе при наличие зарядного тока начинает превышать 4,15 Вольта, компаратор (KA393 или KIA70XX) видит это и закрывает транзистор VT1. Далее следует пауза, за время которой напряжение на элементе снижается до своего истинного значения. Т.к. напряжение холостого хода на аккумуляторе ещё не достигло величины 4,15 В, оно вскоре упадет ниже этого значения. Компаратор, увидив это, вновь откроет зарядный ключ.

Процесс будет повторяться снова и снова, с той лишь разницей, что по мере зарядки аккумулятора импульсы зарядного тока будут всё время сокращаться, а длительность паузы между импульсами, наоборот, увеличиваться. То есть будет увеличиваться скважность импульсов.

Ближе к концу зарядки длительность импульса зарядного тока составляет доли процента от длительности паузы между ними, а напряжение на элементе будет практически равно 4,15 Вольта (конкретное значение выставляется потенциометром R1 при настройке схемы).

Теперь о деталях. Разумеется, можно использовать обычный трансформатор без средней точки. Прекрасно можно обойтись и однополупериодным выпрямителем. А еще проще взять в качестве питания какой-нибудь уже готовый 5-вольтовый зарядник от сотового телефона. Чтобы его не спалить возможно придется еще сильнее ограничить ток заряда, увеличив RD, например, до 0.47 Ом.

Читайте также:  Карбюратор к 151 настройка холостого хода

Транзисторы что-то типа KTA1273. Силовой полевик указан на схеме, но еще лучше взять PHB108NQ03LT (выпаять из старой материнской платы от компа).

Подстроечник 470 Ом. И не самых маленьких размеров, т.к. он все-таки должен рассеивать какую-то мощность. Брать более 470 ом не советую, т.к. это увеличивает гистерезис срабатывания микросхемы KIA (микросхема может просто вырубить зарядку вместо того, чтобы генерировать импульсы, как задумано).

Схемы можно объединять в последовательные цепочки. Это позволяет заряжать батареи из последовательно соединенных аккумуляторов.

Схему можно значительно упростить, выкинув необязательные цепи, а также заменив полевик на обычный биполярный транзистор. Вот, например, парочка вполне рабочих вариантов:

Транзистор можно заменить на наш дубовый КТ837. Питания лучше не делать больше 6 вольт, т.к. чем оно выше, тем сильнее все будет греться. Резистором R1 при сильно разряженном аккумуляторе нужно ограничить ток на уровне 700-800 мА, этого будет вполне достаточно для одного элемента li-ion. При подборе резистора главное не превысить максимальную мощность силового транзистора и способности источника питания.

Если не получилось найти микросхемы KIA70хх, их можно заменить другими детекторами напряжения, например, BD4730. Вот вариант зарядки с этой микросхемой:

Для того, чтобы настроить схему, необходимо отловить момент, когда напряжение на аккумуляторе станет ровно 4.2В и в этот момент выставить на 5-ом выводе микросхемы напряжение 2.99 Вольта (при помощи резистора R6). Если есть регулируемый блок питания, можно выставить на нем ровно 4.2 Вольта и на время настройки подключить его вместо аккумулятора.

Любая из этих схем позволяет заряжать литиевые аккумуляторы любых типоразмеров и емкостей (с учетом коррекции зарядного тока) — от небольших элементов в призматических корпусах до циллиндрических 18650 или гигантских 42120.

Такой блок питания был создан после того, как сгорел мой лабораторный БП, который прослужил всего пару месяцев. Было решено из подручных средств собрать мощный сетевой ИБП, который при желании можно было использовать в качестве зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов.

За основу была взята схема полумостового инвертора на драйвере IR2153. По идее, такой инвертор можно собрать из подручного хлама, почти все основные компоненты можно снять из компьютерного блока питания.

На входе питания собран простой сетевой фильтр, пленочные конденсаторы 0,1мкФ подобраны с рабочим напряжением 400 Вольт до и после дросселя, сам дроссель выпаян из платы компьютерного блока питания. На кольце намотаны две независимые обмотки проводом 0,9мм, количество витков каждой обмотки — 10.

Термистор на входе питания защищает полевые ключи от бросков напряжения во время включения схемы.
Диодный мост — можно взять готовый или же собрать из 4-х выпрямительных диодов с обратным напряжением не менее 400 вольт и током 1,5-3 А, в моем случае использован готовый диодный мост на 600 Вольт 4А.

Читайте также:  Рычаг кпп на ниву

От емкости электролитов зависит основная мощность, электролиты легко можно найти в любом компьютерном блоке питания. Мощность инвертора с таким раскладом компонентов составляет порядка 200ватт.

Трансформатор тоже был взят готовый, от того же компового блока питания. Поскольку ИБП должен работать в качестве лабораторного БП, то диапазон выходных напряжений должен быть широким. Трансформатор от компьютерного БП позволяет получить 24 Вольт без переделок, чего вполне достаточно для штатных радиолюбительских дел. Увеличить выходное напряжение можно двумя способами — повышением рабочей частоты генератора или же перемоткой импульсного трансформатора.

Ограничительный резистор 47К брать с мощностью 2 ватт, он обеспечивает питание микросхемы, номинал резистора может отклоняться на 10% в ту или иную сторону.
В качестве диодного выпрямителя использована мощная сборка Шоттки, которая в себе содержит два мощных диода по 30А.

После выпрямителя напряжение сглаживается конденсатором 50Вольт 1000мкФ, чего вполне достаточно, но при желании можно увеличить емкость.

Полевые ключи обязательно должны быть высоковольтными, можно использовать ключи типа IRF740/IRF840 и другие.
Хочу также заметить, что мощность такого блока питания можно поднять до 400 ватт, при этом заменяя только электролиты, крайне не советую повышать мощность более 500 ватт.

Какой же блок питания без защиты от КЗ? Изначально думал реализовать защиту в первичной цепи схемы, но это будет уже трудно настраиваемая схема, поскольку у многих возникают проблемы связанные именно с защитой, а поскольку изначально мне захотелось собрать устройство, которое бы могли повторить радиолюбители не имеющие нужного опыта работы с ИИП, то решил отказаться от идеи, этим не портить и не усложнять основную схему.

Сама защита реализована на отдельной плате, состоит из двух транзисторов. Номиналом шунта можно грубо настроить ток срабатывания защиты, номиналом переменника, можно более точно настроить на нужный ток срабатывания.

При КЗ и перегрузке блока питания, загорится индикатор и питание отключается, блок выходит из защиты моментально, при отсутствии кз или перегруза на выходе.

Полевой транзистор практически любой, с током 20-100A, можно использовать ключи типа irfz44, irfz40, irfz24, irfz46, irfz48, irf3205 и другие.
Регулятор мощности — одна из важнейших частей блока питания. За основу взял схему ШИМ регулятора, поскольку такое управление имеет очень много плюсов.

.

ШИМ — регулятор построен на таймере 555 и мощном ключе IRFZ44, напряжение плавно можно регулировать от . до максимального выходного напряжения с трансформатора.

Данный блок справляется с любыми задачами, которые могут возникнуть в радиолюбительской практике — легкий, мощный и компактный, вольт/амперметр будет цифровым, заказан отдельно на интернет магазине, будет установлен на блок в ближайшее время.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector