Электрические схемы для самодельных зарядных устройств

Здравствуйте, в этой статье мы постараемся ответить на вопрос: «Электрические схемы для самодельных зарядных устройств». Если у Вас нет времени на чтение или статья не полностью решает Вашу проблему, можете получить онлайн консультацию квалифицированного юриста в форме ниже.

Свинцово-кислотные аккумуляторы заряжают постоянным (выпрямленным) напряжением, стабильным по уровню. Чтобы получить ток, втекающий в батарею, зарядное напряжение должно быть выше напряжения АКБ. Ток заряда в таком режиме зависит от разницы напряжений источника и батареи.

Большинство электронных компонентов лучше собрать на печатной плате. В домашних условиях плату можно изготовить методом ЛУТ или фотоспособом. Разработать рисунок можно в бесплатных программах, например LayOut или условно-бесплатной Eagle. А можно нарисовать дедовским способом на бумаге и нанести рисунок лаком на поверхность фольги. Плата травится в растворе хлорного железа или в следующем составе:

1. 100 мл аптечной перекиси водорода.
2. 30 г лимонной кислоты.
3. Две чайные ложки поваренной соли.

Силовые элементы монтируются на радиаторы достаточной площади. Устанавливать их надо на теплопроводящую пасту. Если теплоотводящая поверхность элемента не соединена с общим выводом, на теплоотвод деталь крепят через изолирующую прокладку – слюдяную или из упругого материала. Радиатором может служить металлическая стенка корпуса. Также можно сделать теплоотвод частью конструкции. Можно организовать обдув радиаторов – тогда их площадь можно значительно уменьшить. Для этого понадобится вентилятор на 12 вольт, который можно подключить к выходу диодного моста.

Корпус подбирается готовым или изготавливается самостоятельно. На передней панели крепятся:

• измерительные приборы;
• органы регулирования напряжения и тока;
• индикаторы включенного состояния.

Для подключения проводов, отходящих к аккумулятору, клеммы и разъемы лучше не использовать. Токи через них идут большие, поэтому потенциальный источник дополнительного переходного сопротивления нежелателен. Провода лучше подпаять к плате и вывести через отверстия в передней панели. Сечение проводников должно достаточным – не менее 2 кв.мм, а лучше 4 кв.мм. С другой стороны проводов надо припаять зажимы «крокодил».

Нужные параметры при зарядке постоянным током

Уже доказано, что производить заряд автомобильных свинцовых кислотных аккумуляторных батарей (в основном в автомобилях присутствуют именно такие) необходимо при помощи тока, не превышающего показателя в 10% от емкости всей батареи.

Так, в случае емкости АБ в 55 A/ч, максимальная подача тока заряда должна быть 5,5 А. По такому принципу высчитывается максимальный ток для любой батареи. Можно даже немного снизить подачу тока, но в таком случае процесс заряда будет идти немного медленнее. Накопление заряда будет происходить даже в случае, если ток заряда будет ближе к отметке 0,1 А. Но в таком случае для восстановления емкости необходимо будет очень много времени.

Минимальное время заряда АБ при уровне тока в 10% от заряда составляет 10 часов, но это в случае полного разряда батареи, которого допускать недопустимо. Поэтому на фактическое время до полного заряда влияет глубина разряда.

Автозарядка из блока питания

Самодельное подзарядное устройство можно сделать и из БП от компьютера. Придется его немного доработать, зато получается хорошее, почти заводское ЗУ. Возможно, блок питания можно найти в закромах.

В большинстве своем, БП построены на базе ШИМ модуля TL494. Он идеально подходит для автомобильных зарядок.

Далее нужно просто действовать по инструкции:

1. Все провода, кроме желтых и черных, нужно обрезать.
2. Спаиваем их между собой: желтые с желтыми, черные с черными.
3. На контроллере нужно перерезать дорожки, которые идут к пинам: 1, 14, 15, 16.
4. В корпусе необходимо сделать 2 отверстия под подстроечные резисторы (10 и 4,4 килоом).
5. Остается только собрать эту схему. Разводить плату не нужно, все делается навесным монтажом.

О деталях зарядного устройства

Силовой трансформатор Т1 применен типа ТН61-220, вторичные обмотки которого соединены последовательно, как показано на схеме. Так как КПД зарядного устройства не менее 0,8 и ток заряда обычно не превышает 6 А, то подойдет любой трансформатор мощностью 150 ватт. Вторичная обмотка трансформатора должна обеспечить напряжение 18-20 В при токе нагрузки до 8 А. Если нет готового трансформатора, то можно взять любой подходящий по мощности и перемотать вторичную обмотку. Рассчитать число витков вторичной обмотки трансформатора можно с помощью специального .

Конденсаторы С4-С9 типа МБГЧ на напряжение не менее 350 В. Можно использовать конденсаторы любого типа, рассчитанные на работу в цепях переменного тока.

Диоды VD2-VD5 подойдут любого типа, рассчитанные на ток 10 А. VD7, VD11 – любые импульсные кремневые. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 и VD13 любые, выдерживающие ток 1 А. Светодиод VD1 – любой, VD9 я применил типа КИПД29. Отличительная особенность этого светодиода, что он меняет цвет свечения при смене полярности подключения. Для его переключения использованы контакты К1.2 реле Р1. Когда идет зарядка основным током светодиод светит желтым светом, а при переключении в режим подзарядки аккумулятора – зеленым. Вместо бинарного светодиода можно установить любых два одноцветных, подключив их по ниже приведенной схеме.

В качестве операционного усилителя выбран КР1005УД1, аналог зарубежного AN6551. Такие усилители применяли в блоке звука и видео в видеомагнитофоне ВМ-12. Усилитель хорош тем, что не требует двухполярного питания, цепей коррекции и сохраняет работоспособность при питающем напряжении от 5 до 12 В. Заменить его можно практически любым аналогичным. Хорошо подойдут для замены микросхемы, например, LM358, LM258, LM158, но нумерация выводов у них другая, и потребуется внести изменения в рисунок печатной платы.

Реле Р1 и Р2 любые на напряжение 9-12 В и контактами, рассчитанными на коммутируемый ток 1 А. Р3 на напряжение 9-12 В и ток коммутации 10 А, например РП-21-003. Если в реле несколько контактных групп, то их желательно запаять параллельно.

Переключатель S1 любого типа, рассчитанный на работу при напряжении 250 В и имеющий достаточное количество коммутирующих контактов. Если не нужен шаг регулирования тока в 1 А, то можно поставить несколько тумблеров и устанавливать ток заряда, допустим, 5 А и 8 А. Если заряжать только автомобильные аккумуляторы, то такое решение вполне оправдано. Переключатель S2 служит для отключения системы контроля уровня зарядки. В случае заряда аккумулятора большим током, возможно срабатывание системы раньше, чем аккумулятор зарядится полностью. В таком случае можно систему отключить и продолжить зарядку в ручном режиме.

Если трансформатор не подходит

Далеко не всегда в гараже или дома вы встретите именно такой трансформатор, который будет питаться от 220В и выдавать на выходных клеммах 13 – 15В. Большинство моделей, используемых в обиходе, действительно имеют первичную катушку на 220В, но на выходе может быть любой номинал. Чтобы это исправить вам потребуется изготовить новую вторичку.

Для начала пересчитайте коэффициент трансформации по формуле: U₁/U₂ = N₁/N₂ ,

где U₁ и U₂ – напряжение на первичной и вторичной обмотке соответственно;

N₁ и N₂ – количество витков в первичке и вторичке соответственно.

К примеру, электрическая машина используется в качестве блока питания на 42В, а вы хотите получить для зарядного устройства 14В. Следовательно, вам необходимо при 480 витках в первичке, сделать 31 виток на вторичке зарядного. Этого можно добиться как путем сокращения числа витков, удалив лишние, так и путем намотки новой. Но первый вариант не всегда подходит, так как сечение обмотки трансформатора может не выдержать силу тока с меньшим числом витков.

U₁*I₁ = U₂*I_{2 ,}

Где U₁ и U₂ – напряжение на первичной и вторичной обмотке, I ₁ и I ₂ – ток, протекающий в первичке и вторичке.

Как видите, с понижением числа витков и напряжения на вторичной обмотке сила тока в ней пропорционально возрастет. Как правило, запаса по сечению не хватает, поэтому после определения силы тока под нее подбирают новый проводник из данных таблицы:

Таблица: выбор сечения, в зависимости от протекающего тока

Медный проводник	Алюминиевый проводник
Сечение жил. мм2	Ток, А	Сечение жил. мм2	Ток, А
0,5	11	–	–
0,75	15	–	–
1	17	–	–
1.5	19	2,5	22
2.5	27	4	28
4	38	6	36
6	46	10	50
10	70	16	60
16	80	25	85

Если расчетная величина тока на выходе зарядного устройства превышает нужные 10% от емкости аккумулятора, в цепь обязательно включается токоограничивающий резистор, величина которого подбирается пропорционально излишку тока.

Виды зарядных устройств

Разработано большое количество схем автомобильных зарядных устройств, использующих разные элементные базы и принципиальный подход. По принципу действия приборы заряда разделяются на две группы:

1. Пуско-зарядные, предназначенные для запуска двигателя при нерабочем аккумуляторе. Кратковременно подавая на клеммы аккумулятора ток большой величины, происходит включение стартера и запуск двигателя, а в дальнейшем заряд батареи происходит от генератора автомобиля. Они выпускаются только на определённое значение тока или с возможностью выставления его величины.
2. Предпусковые зарядные, к клеммам аккумуляторной батареи подключаются выводы с устройства и подаётся ток длительное время. Его значение не превышает десяти ампер, в течение этого времени происходит восстановление энергии батареи. В свою очередь, они разделяются: на постепенные (время зарядки от 14 до 24 часов), ускоренные (до трёх часов) и кондиционирующие (около часа).

По своей схемотехники выделяются импульсные и трансформаторные устройства. Первого вида используют в работе высокочастотный преобразователь сигнала, характеризуются малыми размерами и весом. Второго вида в качестве основы используют трансформатор с выпрямительным блоком, просты в изготовлении, но обладают большим весом и низким коэффициентом полезного действия (КПД).

Выполнено зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов своими руками или приобретено в торговой точке, требования, предъявляемые к нему одинаковы, а именно:

• стабильность выходного напряжения;
• высокое значение КПД;
• защита от короткого замыкания;
• индикатор контроля заряда.

Одной из главных характеристик прибора заряда является величина тока, которым заряжается батарея. Правильно зарядить аккумулятор и продлить его рабочие характеристики получится только при подборе нужного его значения. При этом важна и скорость заряда. Чем больше ток, тем выше и скорость, но высокое значение скорости приводит к быстрой деградации аккумулятора. Считается, что правильным значением тока будет величина равная десяти процентам от ёмкости батарейки. Ёмкость определяется как величина тока, отдаваемая АКБ за единицу времени, измеряется она в ампер-часах.

Настройка блока автоматической регулировки и защиты АЗУ

При безошибочной сборке платы и исправности всех радиоэлементов, схема заработает сразу. Останется только установить порог напряжения резистором R5, при достижении которого зарядка аккумулятора будет переведена в режим зарядки малым током.

Регулировку можно выполнить непосредственно при зарядке аккумулятора. Но все, же лучше подстраховаться и перед установкой в корпус, схему автоматического регулирования и защиты АЗУ проверить и настроить. Для этого понадобится блок питания постоянного тока, у которого есть возможность регулировать выходное напряжение в пределах от 10 до 20 В, рассчитанного на выходной ток величиной 0,5-1 А. Из измерительных приборов понадобится любой вольтметр, стрелочный тестер или мультиметр рассчитанный на измерение постоянного напряжения, с пределом измерения от 0 до 20 В.

Настройка блока автоматической регулировки и защиты АЗУ

При безошибочной сборке платы и исправности всех радиоэлементов, схема заработает сразу. Останется только установить порог напряжения резистором R5, при достижении которого зарядка аккумулятора будет переведена в режим зарядки малым током.

Регулировку можно выполнить непосредственно при зарядке аккумулятора. Но все, же лучше подстраховаться и перед установкой в корпус, схему автоматического регулирования и защиты АЗУ проверить и настроить. Для этого понадобится блок питания постоянного тока, у которого есть возможность регулировать выходное напряжение в пределах от 10 до 20 В, рассчитанного на выходной ток величиной 0,5-1 А. Из измерительных приборов понадобится любой вольтметр, стрелочный тестер или мультиметр рассчитанный на измерение постоянного напряжения, с пределом измерения от 0 до 20 В.

О деталях зарядного устройства

Силовой трансформатор Т1 применен типа ТН61-220, вторичные обмотки которого соединены последовательно, как показано на схеме. Так как КПД зарядного устройства не менее 0,8 и ток заряда обычно не превышает 6 А, то подойдет любой трансформатор мощностью 150 ватт. Вторичная обмотка трансформатора должна обеспечить напряжение 18-20 В при токе нагрузки до 8 А. Если нет готового трансформатора, то можно взять любой подходящий по мощности и перемотать вторичную обмотку. Рассчитать число витков вторичной обмотки трансформатора можно с помощью специального калькулятора.

Конденсаторы С4-С9 типа МБГЧ на напряжение не менее 350 В. Можно использовать конденсаторы любого типа, рассчитанные на работу в цепях переменного тока.

Диоды VD2-VD5 подойдут любого типа, рассчитанные на ток 10 А. VD7, VD11 — любые импульсные кремневые. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 и VD13 любые, выдерживающие ток 1 А. Светодиод VD1 – любой, VD9 я применил типа КИПД29. Отличительная особенность этого светодиода, что он меняет цвет свечения при смене полярности подключения. Для его переключения использованы контакты К1.2 реле Р1. Когда идет зарядка основным током светодиод светит желтым светом, а при переключении в режим подзарядки аккумулятора – зеленым. Вместо бинарного светодиода можно установить любых два одноцветных, подключив их по ниже приведенной схеме.

Как узнать состояние батареи?

Необходимость зарядки автомобильного аккумулятора зависит от уровня заряда. И метод проверки, который обычно называют «скручивание / не скручивание», — не самый удачный метод. Если аккумулятор «не крутится», например, перед троганием с места вы вообще не сможете завести машину, состояние «не крутится» критично и может иметь крайне негативные последствия для самого аккумулятора.

Самый эффективный и безопасный метод — измерить напряжение простейшим тестером. Итак, при температуре воздуха около 20 градусов зависимость степени заряда от напряжения на выводах отключенного от нагрузки аккумулятора выглядит следующим образом:

• 12.6-12.7 — аккумулятор полностью заряжен;
• 12.3-12.4 — уровень заряда около 75%;
• 12,0-12,1 — около 50%;
• 11,8-11,9 — 25%;
• 11.6-11.7 — аккумулятор разряжен;
• если показатель ниже отметки 11,6 В — значит глубокий разряд.

О тиристорном выпрямлении

Область применения управляемых тиристорных выпрямителей ограничена из-за создаваемых ими больших коммутационных помех на выпрямленном напряжении. Но в ЗУ эти помехи не помеха, АКБ погасит. Зато по прочим свойствам тиристорные выпрямители для заряда АКБ не просто подходят, но подходят идеально.

Дело в том, что после тиристорного выпрямления без сглаживания зарядный ток на АКБ подается короткими импульсами с обрезанным фронтом увеличенной (но не чрезмерно) амплитуды. Как следствие, зарядка для авто аккумулятора с тиристорным выпрямителем дает десульфатирующий эффект без каких-либо дополнительных премудростей. И, что тоже важно, вероятность ухода АКБ в саморазогрев при заряде от тиристорного ЗУ на порядок меньше: ненужная электрохимия успевает рассосаться в промежутках между импульсами. Еще плюс такой же, как у диодов Шоттки: радиатор для пары тиристоров нужен той же площади, что для сборки Шоттки.

Недостаток самодельного зарядного устройства для аккумулятора 12В заключается в том, что после полной зарядки АКБ автоматическое отключение прибора не происходит. Именно поэтому Вам придется периодически поглядывать на табло, чтобы вовремя выключить его. Еще один важный нюанс – проверять ЗУ «на искру» категорически запрещается.

Среди дополнительных мер предосторожности следует выделить такие:

• при подключении клемм следите за тем, чтобы не перепутать «+» и «-», иначе простое самодельное зарядное устройство для АКБ выйдет из строя;
• подключение к клеммам нужно осуществлять только в выключенном положении;
• мультиметр должен иметь шкалу измерения свыше 10 А.

Схемы простых мощных зарядных устройств для аккумуляторов.

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

Для начала давайте разомнёмся и забудем про такой параметр, как КПД. Предположим, что есть острое желание зарядить автомобильный АКБ, но нет возможности ввиду полного отсутствия зарядки. Также сделаем предположение, что в хозяйстве затерялись: лампа накаливания на 220 вольт, диодный мост с допустимым током, превышающим ток, при котором мы будем заряжать аккумулятор, либо, на худой конец, просто силовой (выпрямительный) диод с таким же допустимым током и максимальным обратным напряжением — не менее 300В.

Рис.1

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.
Поскольку 220 вольт — это действующее значение переменного напряжения сети, то силу тока, протекающую через АКБ можно рассчитать по простой формуле:
Iзар(А) = Pламп(Вт) / (220 — Uакб)(В) ≈ Pламп(Вт) / 220(В) .
Параллельное соединение двух ламп — удваивает зарядный ток, трёх — утраивает и т. д. до разумной бесконечности.
Схема, изображённая на Рис.1 справа, выдаёт ток, вдвое меньший по сравнению с предыдущей.
Большим преимуществом приведённых схем является возможность зарядки любых аккумуляторов, независимо от собственных значений их напряжений.

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.2.

Разновидности существующих зарядных устройств

В розничной продаже представлено много ЗУ для аккумуляторов от различных фирм производителей соответствующего оборудования. Неподготовленному покупателю достаточно сложно самому разобраться и выбрать оптимальный по всем основным параметрам образец.

Фактически, все имеющиеся в продаже зарядные устройства для автомобильных аккумуляторов условно подразделяются на 2 основные подгруппы:

1) Устройства зарядные. Они, как правило, используются чтобы обеспечить постепенный заряд автомобильных аккумуляторов, такой процесс продолжается в течение нескольких часов.

Для справки! Современные модели оснащены специальной защитной системой отключения. Она срабатывает при достижении полного заряда АКБ, а также в случае замыкания пластин.

2) Пускозарядные устройства. Отличительная особенность таких приборов заключается в возможности выдавать кратковременный ток большой мощности. Как правило, величина пускового тока рассчитывается так, чтобы завести автомобиль, используя энергию дополнительного внешнего источника.

Есть еще и специальные пусковые приборы, которые позволяют обеспечить запуск двигателя от полностью севшего аккумулятора. Данные устройства представляют собой понижающие трансформаторы с выпрямителями электрического тока. Трансформатор обеспечивает понижение напряжения от внешнего источника питания до рабочих показателей автомобиля. Разряд направляется прямо на клеммы аккумулятора, установленного на машине. После запуска автомобиля прибор необходимо отсоединить, а подзарядка севшего АКБ осуществляется при работе самого ДВС, в таком случае источником энергии выступает генератор.

При выборе зарядки необходимо учитывать условия использования, характеристики и необходимые дополнительные функции.

Изначально нужно определиться с типом устройства: достаточно ли вам просто зарядного или нужно пуско-зарядное устройство, более дорогое автоматическое или бюджетный ручной вариант?

Необходимо выбирать качественный вариант с соответствующим аккумулятору характеристиками (напряжением, емкостью).

При покупке обращайте внимание на наличие дополнительных функций: режим питания Boost, импульсная зарядка, встроенный накопитель, запоминающий результаты, режим десульфатации (для восстановления батареи) и др.

Обращайте внимание на длину проводов, качество клемм, стоимость и производителя изделия.

Выбирайте модели проверенных фирм, например Орион, Сонар, Парма. Помните – качественный вариант не может стоить очень дешево.

Похожие записи:

• Выплаты за звание ветеран военной службы в 2024 году в Москве
• Что продавать в интернете, чтобы заработать
• Переезд пенсионеров из районов Крайнего Севера