Схемы универсальных зарядных устройств до 12 вольт: своими руками, какие заряжать, достоинства, недостатки

Трансформаторные ЗУ для автомобильных аккумуляторов с высоким КПД: простейшие на гасящих конденсаторах, а также импульсные на тиристорах, симисторах и мощных полевых транзисторах.

Спаяв схему, приведённую на Рис. 1 слева, и озадачившись соблюдением техники безопасности, а также полярности подключения ЗУ к АКБ, получаем вполне себе работоспособное устройство, обеспечивающее нормированный и постоянный ток заряда подопечного аккумулятора.

Ещё одна простая и бюджетная схема зарядного устройства для аккумулятора с рабочим напряжением 12 или 6 В и электрической ёмкостью от 10 до 120 А/ч представлена на Рис.

Рис.2

Устройство состоит из понижающего трансформатора Т1 и мощного выпрямителя, собранного на диодах VD2-VD5. Установка зарядного тока производится переключателями S2-S5, при помощи которых в цепь питания первичной обмотки трансформатора подключаются гасящие конденсаторы C1-C4.
Благодаря кратному «весу» каждого переключателя, различные комбинации позволяют ступенчато регулировать ток зарядки в пределах 1–15 А с шагом 1 А. Этого достаточно для выбора оптимального тока зарядки.

В конструкции можно использовать любой силовой трансформатор мощностью около 300 Вт, в том числе и самодельный. Он должен выдавать на вторичной обмотке напряжение 22–24 В при токе до 10–15 А. На месте VD2-VD5 подойдут любые выпрямительные диоды, выдерживающие прямой ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 40 В. Подойдут Д214 или Д242. Их следует установить через изолирующие прокладки на радиатор с площадью рассеяния не менее 300 кв.

Конденсаторы С2-С5 обязательно должны быть неполярные бумажные с рабочим напряжением не ниже 300 В. Подойдут, к примеру, МБЧГ, КБГ-МН, МБГО, МБГП, МБМ, МБГЧ. Подобные конденсаторы, имеющие форму кубиков, широко использовались как фазосдвигающие для электромоторов бытовой техники. В качестве PU1 использован вольтметр постоянного тока типа М5−2 с пределом измерения 30 В. PA1 — амперметр того же типа с пределом измерения 30 А.

Одними из первых импульсных ЗУ, появившихся на рынке, были тиристорные устройства.
Вообще, тиристор – это прибор достаточно капризный и требующий для надёжной работы соблюдения определённого набора условий. Именно поэтому – большинство простейших схем, приведённых в различных источниках, грешат не очень стабильной работой и необходимостью подбора элементов.

Из числа удачных простых разработок можно привести схему тиристорного зарядного устройства из книги уважаемого Т. Ходасевича “Зарядные устройства”, многократно повторённую многочисленной радиолюбительской братвой и изображённую на Рис.3.


Рис.3

Вот что пишет автор:

Зарядное устройство позволяет заряжать авто аккумуляторные батареи током от 0 до 10 А, а также может служить регулируемым источником питания для мощного низковольтного паяльника, вулканизатора, переносной лампы.
Зарядный ток по форме близок к импульсному, который, как считается, содействует продлению срока службы батареи.
Устройство работоспособно при температуре окружающей среды от — 35 °С до + 35°С.

Зарядное устройство представляет собой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего трансформатора Т1 через диодный мост VDI. ..VD4.
Узел управления тиристором выполнен на аналоге однопереходного транзистора VTI, VT2. Время, в течение которого конденсатор С2 заряжается до переключения однопереходного транзистора, можно регулировать переменным резистором R1. При крайнем правом по схеме положении его движка зарядный ток будет максимальным, и наоборот.

Конденсатор С2 – К73-11, ёмкостью от 0,47 до 1 мкФ, или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Транзистор КТ361А заменим на КТ361Б — КТ361Ё, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж – KT50IK, а КТ315Л – на КТ315Б + КТ315Д КТ312Б, КТ3102Л, КТ503В + КТ503Г, П307. Вместо КД105Б подойдут диоды КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 – СП-1, СПЗ-30а или СПО-1.
Амперметр РА1 – любой постоянного тока со шкалой на 10 А. Его можно сделать самостоятельно из любого миллиамперметра, подобрав шунт по образцовому амперметру.
Предохранитель F1 – плавкий, но удобно применять и сетевой автомат на 10 А либо автомобильный биметаллический на такой же ток. Диоды VD1… VP4 могут быть любыми на прямой ток 10 А и обратное напряжение не менее 50 В (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213).

Несколько лучше и надёжнее работают импульсные зарядные устройства, в которых коммутирующий элемент выполнен на симметричном (двухполярном) аналоге тиристора – симисторе.
На Рис.4 приведена схема подобного устройства из вышеупомянутой книги Т. Ходасевича.

Рис.4

Описываемое ниже простое зарядное устройство имеет широкие пределы регулирования зарядного тока – практически от 0 до 10А и может быть использовано для зарядки различных аккумуляторов на напряжение 12В.

Вместо резистора R6 можно установить лампу накаливания на напряжение 12В мощностью 10Вт.

Данную схему с диаграммами мы подробно рассмотрели на странице ссылка на страницу. Поэтому повторяться не буду, скажу лишь, что наличие снабберной цепи, показанной на схеме синим цветом – обязательно. В качестве нагрузки выступает первичная обмотка сетевого трансформатора.

В современных зарядных устройствах в качестве переключающего (регулирующего) элемента практически повсеместно используются мощные полевые транзисторы. Одно из подобных устройств было подробно описано в журнале Радио №5 2011г на странице 44.

Рис.6

Блок управления зарядным устройством представляет собой импульсный генератор, собранный на элементах DD1.1 и DD1.2 (см. схему на рис. 6) и позволяющий регулировать скважность импульсов, буферный усилитель – инвертор на элементах DD1.3 и DD1.4 и переключающий регулирующий элемент — полевой транзистор VT1.
При указанных на схеме номиналах элементов частота генератора — около 13 кГц. Так как сопротивление открытого канала транзистора VT1 очень мало (0,017 0м) и работает он в переключательном режиме, при токе зарядки до 5 А транзистор практически не нагревается — рассеиваемая тепловая мощность не превышает 0,55 Вт.
В качестве понижающего использован сетевой трансформатор габаритной мощностью 150 Вт с вторичной обмоткой, обеспечивающей постоянное напряжение 16… 17 В на конденсаторе С1 и зарядный ток до 6 А.
Выпрямительный мост собран на диодах Шоттки, VD1 — сдвоенный SBL4045PT, a VD2 и VD3 — одиночные 10TQ045.
Если вторичную обмотку сетевого трансформатора намотать с отводом от середины, число диодов в выпрямителе и тепловыделение от них можно уменьшить вдвое.
Чертёж платы представлен на Рис.7.

Рис.7

Описанный узел управления также можно использовать в осветительных и нагревательных приборах, для изменения частоты вращения коллекторных электродвигателей. При этом питающее напряжение устройств можно варьировать в широких пределах, определяемых максимально допустимыми параметрами для переключательного транзистора и, конечно же, выпрямителя. В частности, используемый в узле транзистор IRFZ46N имеет максимальную рассеиваемую мощность 107 Вт, максимальный ток через канал 53 А, максимальное напряжение сток—исток 55 В. Возможна его замена транзистором IRFZ44N.
Предлагаемое устройство позволяет регулировать мощность от нуля до максимального значения, а регулирующий транзистор не нуждается в эффективном отведении тепла при увеличении тока нагрузки до 5 А.

Рис.8

На Рис.8 приведено простое зарядное устройство, рассчитанное на использование вышеописанного способа. Схема обеспечивает импульсный зарядный ток до 10 А (используется для ускоренного заряда). Для восстановления и тренировки аккумуляторов лучше устанавливать импульсный зарядный ток 5 А. При этом ток разряда будет 0,5 А. Разрядный ток определяется величиной номинала резистора R4.
Схема выполнена так, что заряд аккумулятора производится импульсами тока в течение одной половины периода сетевого напряжения, когда напряжение на выходе схемы превысит напряжение на аккумуляторе. В течение второго полупериода диоды VD1, VD2 закрыты и аккумулятор разряжается через нагрузочное сопротивление R4.
Значение зарядного тока устанавливается регулятором R2 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает и через резистор R4 (10%), то показания амперметра РА1 должны соответствовать 1,8 А (для импульсного зарядного тока 5 А), так как амперметр показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.
В схеме предусмотрена защита аккумулятора от неконтролируемого разряда в случае случайного исчезновения сетевого напряжения. В этом случае реле К1 своими контактами разомкнет цепь подключения аккумулятора. Реле К1 применено типа РПУ-0 с рабочим напряжением обмотки 24 В или на меньшее напряжение, но при этом последовательно с обмоткой включается ограничительный резистор.

Для устройства можно использовать трансформатор мощностью не менее 150 Вт с напряжением во вторичной обмотке 22…25 В.
Измерительный прибор РА1 подойдет со шкалой 0…5 А (0…3 А), например М42100. Транзистор VT1 устанавливаются на радиатор площадью не менее 200 кв. см, в качестве которого удобно использовать металлический корпус конструкции зарядного устройства.

Сергей Чернов, Самара km450 (At) mail. ru

Описываемое устройство предназначено для автоматической зарядки аккумуляторов средней емкости до 7А/ч. Построено по принципу заряда аккумуляторов в источниках бесперебойного питания (UPS) фирмы APC (WWW.APC.COM). Питание устройства осуществляется от внешнего источника либо постоянного, либо переменного тока напряжением 18-24 вольт. Такое построение позволило получить достаточно малогабаритное устройство.

Зарядное устройство, несмотря на кажущуюся сложность схемы, не содержит дефицитных деталей и очень просто в налаживании. Заряжаемая батарея защищена от перезаряда благодаря ограничению напряжения на выходе при достижении заданного уровня напряжения на батарее. Более того, этот уровень можно подстраивать. Наконец, схема недорога и защищена от коротких замыканий.

Рис. 1. Принципиальная схема зарядного устройства (щелкните мышью для увеличения)

На микросхеме DA1 LM317T собран ограничитель зарядного тока, величина которого выбирается переключателем SB1. В зависимости от емкости аккумулятора можно выбрать ток заряда либо 0.4А (4.5-5А/Ч), либо 0.7А (6-7А/Ч). Можно заряжать аккумулятор емкостью и до 12А/Ч, только при этом время заряда увеличивается (либо применить другие номиналы резисторов R1, R2).

На микросхеме DA2 LM317T (Рис.1.) собран ограничитель зарядного напряжения. Для 6-ти вольтовых аккумуляторов оно составляет 6.88 вольт, для 12-ти – 13.76 (+/- 0.2) вольт, соотвественно устанавлемое резисторами RP2 и RP1. Ограничитель напряжения останавливает заряд аккумулятора, когда он полностью заряжен. Далее аккумулятор может оставаться подключенным сколь угодно долго без опасности перезарядки.

На компараторе DA4 собрана схема контроля за напряжением на зажимах аккумулятора, которая управляет режимом и индикацией заряда аккумулятора. В качестве индикатора применен двухцветный светодиод, красное свечение которого сигнализирует о разряде, а зеленое о заряде аккумулятора.

Если батарея разряжена, то напряжение на выходе 2 компаратора (выход с открытым коллектром) DA4.1 будет нулевым. Транзистор VT1 будет открыт, что приведет к свечению красной половинки светодиода VD6. На входы компараторов DA4.2 и DA4.4 подается опорное напряжение, стабилизируемое стабилитроном VD5 на 6 вольт. Номиналы резисторов подобраны таким образом, что VT2 будет закрыт, а транзистор VT3 будет открыт. VT3 работает в режиме ключа и при разряженном аккумуляторе отключает ограничитель напряжения. В данном случае работает только ограничитель тока для ускорения заряда аккумулятора.

Замечание. Транзистор VT3 работает не совсем в режиме ключа, а как истоковый повторитель. В этом случае на нем остается около 2.5 вольт. Просто такой был под рукой. Если применить другой тип (Р) проводимости канала, например IRFD9014, то он действительно будет работать в режиме ключа и падение напряжения на нем составят доли вольта. При этом в схеме переделок не требуется, только сток и исток поменять местами (на плате дорожки то же).

При достижении напряжения на зажимах аккумулятора близкое к зарядному – 6.4 и 12.8 вольт для соответствующего диапазона, соотвественно устанавлемое резисторами RP3 и RP4, наоборот выход компаратора DA4.1 установится в высокое напряжение. Транзистор VT1 будет закрыт, компараторы DA4.2 и DA4.4 переключатся в инверсное состояние. Транзистор VT2 будет открыт, что приведет к свечению зеленому свечению светодиода VD6, а транзистор VT3 будет закрыт, разрешая работу ограничителя напряжения.

На микросхеме DA3 7812 собран стабилизатор питания схемы управления и индикации, а также схемы управления вентилятора охлаждения радиатора. Схема включения вентилятора охлаждения (аналогично охлаждения процессора ПК или блоков питания ПК) собрана на компараторе DA4.3, транзисторе VT4 и терморезисторе RK1 с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. При нагреве радиатора его сопротивление уменьшается, срабатывает компаратор DA4.3, транзистор VT4 открывается и включается вентилятор охлаждения радиатора. Вентилятор подключен к разхему X1.

Конструкция, детали

Силовые элементы – DA1, DA2, DA4, транзисторы VT3, VT4 и терморезистор RK1 установлены на основании радиатора охлажения процессора ПК (у меня, например, от Socket370), сверху которого установлен вентилятор. Все это расположено в непосредственной близости от печатной платы. В качестве компаратора DA3 применена микросхема LM339D для поверхностного монтажа, что позволило сделать конструкцию малогабаритной. Конденсаторы C4 и C5 на 35 вольт, а C6 – 16 вольт Размеры печатной платы всего 65х70 мм. Размеры устройства (у меня) 145*75*50 мм, вес 350 грамм.

Рис.2. Расположение элементов на плате

Налаживание

Если печатная плата выполнена без ошибок и детали исправны, налаживание сводится только к регулировке узлов устройства. Подав на вход XS1 напряжение 20-22 вольта проверяют наличие 12 вольт на выходе DA3. Затем без аккумулятора на выходе зарядного устройства X2 в положении переключателя SB2 “6 вольт” установить подстроечным резистором RP2 напряжение 6.4 вольта и добиться срабатывания зеленого свечения светодиода VD6 подстроечным резистором RP4. Затем переключив SB2 на “12 вольт” установить подстроечным резистором RP1 напряжение 12.8 вольта и добиться срабатывания зеленого свечения светодиода VD6 подстроечным резистором RP3. После настройки схемы контроля установить на выходном разъеме X2 напряжение 6. 88 вольт резистором RP2 в положении переключателя SB2 “6 вольт” и напряжение 13.76 вольт резистором RP1 в положении переключателя SB2 “16 вольт”. Затем нагрев (можно и паяльником) до желаемой температуры радиатор добиться резистором RP5 срабатывания схемы вклчения вентилятора. После этого настройку можно считать законченной. Микросхемы DA1, DA2 и транзистор VT3 установить на радиатор обязательно через изолирующие прокладки. Транзистор VT3 имеет следующие параметры: U с-и – 30V, Iс – 35A, Pc – 60 Вт.

Чернов С.В. 2005.