У статті описана приставка, призначена для спільної роботи з зарядним пристроєм, що не мають функції відключення від мережі після закінчення зарядки акумуляторної батареї. Ця приставка повинна зацікавити, в першу чергу, тих автолюбителів, які, маючи найпростіше зарядний пристрій заводського виготовлення або саморобний, хотіли б з мінімальними витратами часу і коштів забезпечити автоматизацію зарядного процесу.
Відомо, що напруга на висновках, що заряджається стабільним струмом кислотно-свинцевої акумуляторної батареї майже перестає збільшуватися, як тільки вона отримає повний заряд. З цього моменту практично вся надходить на батарею енергія витрачається тільки на електроліз і нагрівання електроліту. Таким чином, момент припинення збільшення зарядного напруги можна було б відключати зарядний пристрій від мережі. Інструкція по експлуатації автомобільних акумуляторних батарей [1] рекомендує, правда, продовжувати зарядку в такому режимі ще дві години. Саме так працює автоматичний зарядний пристрій, описане мною раніше [2]. Однак практика показує, що ця дозарядка дійсно необхідна тільки при щорічному проведенні контрольно-профілактичного зарядноразрядного циклу з метою визначення технічного стану батареї.
У повсякденній експлуатації цілком достатньо витримати батарею під незмінним напругою протягом 15...30 хв. Такий підхід дозволяє значно спростити автоматичний зарядний пристрій без помітного впливу на повноту зарядки батареї. Якщо ж заряджати батарею нестабілізованим струмом, то разом з плавним збільшенням зарядного напруги (виражений слабше, ніж у першому випадку) відбувається зменшення струму зарядки. Свідченням повної зарядженості батареї служить припинення зміни напруги і струму.
Цей принцип і покладено в основу пропонованої роботи приставки. Вона містить компаратор, на один із входів якого подана напруга, пропорційно збільшується при збільшенні зарядного напруги на батареї (і зменшуване при зменшенні) і одночасно пропорційно зменшуване при збільшенні (збільшується при зменшенні) зарядного струму. На другий вхід подано той же саме напруга, що і на перший, але зі значною затримкою в часі. Інакше кажучи, поки буде збільшуватися напруга на батареї і (або) зменшуватися струм зарядки, значення напруги на другому вході компаратора буде менше значення напруги на першому, і ця різниця пропорційна швидкості зміни зарядної напруги та струму. Коли напруга на батареї і струм зарядки стабілізуються (що буде свідчити про повну зарядженості батареї), значення напруги на входах компаратора зрівняються, він переключиться і дасть сигнал на відключення зарядного пристрою. Ця ідея запозичена з [3].
Приставка виконана на широко поширених елементах. Максимальний робочий струм дорівнює 6 А, однак при необхідності його можна легко збільшити.
Принципова схема приставки зображена на рис. 1.
Пристрій складається з вхідного ОУ DA1, двох компараторів напруги на ОП DA2.1, DA2.2, двувходового електронного реле VT1 - VT3, К1 і блоку живлення, що складається з мережевого трансформатора Т1, діодів VD1-VD4, згладжуючого конденсатора С6 і параметричного стабілізатора напруги VD5R19. Вихід зарядного пристрою підключають до затискачів Х1, Х3, а заряжаемую батарею - до затискачів Х2, Х3. Мережну штекер зарядного пристрою включають в розетку Х5 приставки.
При натисканні на кнопку SB1 напруга мережі надходить до зарядного пристрою та на мережеву обмотку I трансформатора Т1 приставки. Нестабілізованим напругою з діодного моста VD1-VD4 живиться електронне реле, а вихідною напругою параметричного стабілізатора - мікросхема DA2 (DA1 живиться від зарядного пристрою). Починається зарядка акумуляторної батареї.
Падіння напруги, створюване струмом зарядки на резисторі R1, надходить на вхід ОУ DA1, включеного за схемою інвертуючого підсилювача. Напруга на його виході при зменшенні струму зарядки буде збільшуватися. З іншого боку, вихідна напруга ОУ пропорційно його напрузі живлення. А оскільки підсилювач живиться безпосередньо з зарядженої батареї, то вихідна напруга ОУ буде функцією як напруги на затискачах зарядженої батареї, так і струму зарядки. Таке побудова приставки дало можливість використати її спільно з самими різними зарядними пристроями, в тому числі і найпростішими.
До виходу ОУ підключений ФНЧ R4C2, з якого напруга через інтегруючі ланцюги R7C3 і R5R6R8C4 надходить на входи компаратора, виконаного на ОП DA2.2. Ланцюг R8C4 має постійну часу, у багато разів більшу, ніж ланцюг R7C3, тому напруга на неінвертуючому вході цього компаратора буде менше, ніж на інвертуючому, і на виході встановиться низький рівень.
Компаратор на ОП DA2.1 являє собою звичайне порогове пристрій, на інвертуючий вхід якого подано зразкове напруга з резистивного дільника R15R16, а на неінвертуючий - з дільника R11R12R13, підключеного до зарядженої акумуляторної батареї. Компаратор перемикається при досягненні на батареї напруги 14,4 В і служить для виключення можливості передчасного відключення зарядного пристрою в умовах незначної динаміки зміни напруги на батареї.
У результаті, поки напруга на зарядженої батареї не досягне зазначеного значення, приставка не відключить зарядний пристрій, навіть якщо переключився компаратор DA2.2. Така ситуація можлива при встановленні заниженої значення зарядного струму і, як наслідок, при дуже повільному зміні зарядних напруги і струму. Спочатку на виході компаратора DA2.1 також діє напруга низького рівня.
Виходи обох компараторів через резистивні дільники R17R18 і R20R21 з'єднані з базами транзисторів VT2 і VT1. Таким чином, при натисканні на кнопку SB1 ці транзистори залишаються закритими, a VT3 відкривається. Спрацьовує реле К1 і контактами К1.1 блокує контакти кнопки. Приставка залишається включеною після відпускання кнопки.
Оскільки транзистори VT1 і VT2 включені за логічною схемою І, вони відкриваються тільки при високому рівні напруги на виході компараторів DA2.1, DA2.2. Це може статися тільки тоді, коли батарея повністю заряджена. При цьому транзистор VT3 закривається і реле К1 відпускає якір, ланцюг розмикаючи харчування приставки і зарядного пристрою.
На рис. 2 показані графіки зміни напруги на входах компаратора DA2.2, а також зарядного струму в процесі дозарядки акумуляторної батареї 6СТ-60 з допомогою найпростішого зарядного пристрою з нестабілізованим струмом зарядки. Первісна ступінь зарядженості батареї - близько 75 %.
У разі, коли приставка буде працювати в умовах сильних перешкод, ланцюг живлення ОУ DA2 слід шунтувати керамічним конденсатором ємністю 0,1 мкФ.
Приставка відрізняється зниженою чутливістю до коливань напруги мережі. Якщо воно, наприклад, збільшується, то збільшується напруга на зарядженої батареї, але одночасно збільшиться і струм зарядки. В результаті напруга на виході ОУ DA1 зміниться незначно.
Приставка змонтована в металевій коробці розмірами 140x100x70 мм. На її лицьовій панелі розміщені затискачі Х1-Х3, запобіжник FU1 і розетка Х5. Велика частина деталей приставки розміщена на друкованій платі розмірами 76x60 мм, виконаної з фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм Креслення плати зображений на рис. 3. Трансформатор Т1 і реле К1 змонтовані окремо поруч з платою. Резистор R1 припаяний безпосередньо до затискачів Х1, Х2.
Резистор R1 складено з двох паралельно з'єднаних резисторів С5-16В опором по 0,1 Ом і номінальною потужністю розсіювання 1 Вт; інші постійні - МЛТ. Підстроювальні резистори R9, R12 - СПЗ-16в.
Конденсатор С1 - КМ5, решта - К50-35. Конденсатор С4 бажано перед установкою на плату піддати тренуванні, підключивши його на кілька годин до джерела постійної напруги 10...12 Ст.
Замість КД105Б можна використовувати діоди КД106А, а замість КД522Б - будь-який з серії КД521. Стабілітрон VD5 - будь-який малопотужний з напругою стабілізації 11... 13 Ст.
Транзистори КТ3102Б замінні будь малопотужними відповідної структури з статичним коефіцієнтом передачі струму бази не менше 50, а при заміні транзистора VT3 слід орієнтуватися на струм спрацьовування наявного реле К1. При виборі заміни ОУ К553УД2 необхідно враховувати, що не всі операційні підсилювачі допускають роботу з вхідною напругою, рівним живлячої.
У приставці використаний готовий малопотужний мережевий трансформатор з перемінним напругою вторинної обмотки 14 В при струмі навантаження до 120 мА. Реле К1 - РМУ, паспорт РС4.523.303, але підійде будь-яке з напругою спрацьовування 12...14, контакти якого розраховані на комутацію змінної напруги 220 В при струмі 0,3...0,5 А.
Для налагодження приставки потрібні стабілізований джерело напруги, регульованого в межах 10... 15 В, і цифровий вольтметр з межею виміру 20 Ст. Спочатку движок резистора R12 встановлюють нижнє, a R9 - в ліве по схемою становище. До затискачів Х1 і Х3 підключають джерело, встановлюють на його виході напруга 14,4 В і включають приставку в мережу.
Натискають на кнопку SB1, при цьому повинно спрацювати реле К1. Переконуються в тому, що на виходах ОУ DA2.1 і DA2.2 (висновки 10 і 12) присутній низький рівень напруги (1,3... 1,5 В). Потім вимірюють напругу на виході ОУ DA1 (висновок 10). Воно має бути приблизно рівним напрузі підключений до джерела живлення.
Замикають на 30.. .40 із висновки резистора R8, забезпечуючи швидку зарядку конденсатора С4, а потім після десятихвилинної витримки вольтметр підключають до виходу ОУ DA2.2 і плавно обертають ручку резистора R9 до моменту перемикання компаратора, тобто стрибкоподібного збільшення напруги на його виході до 11... 11,5 Ст. Потім вимірюють напруга на інвертуючому вході ОП DA2.2 і резистором R9 зменшують його на 15...20 мВ.
Слід зазначити, що вимірювати напругу у вхідних ланцюгах компаратора потрібно цифровим вольтметром з вхідним опором не менше 5...10 МОм, щоб не допускати розрядки конденсатора C3. Оскільки вхідний опір багатьох популярних цифрових авометров не перевищує 1 МОм, можна включити на вході наявного вольтметра десятимегаомный резистор, утворює разом з вхідним опором приладу дільник напруги з коефіцієнтом 1:10.
На закінчення обертають ручку резистора R12 до моменту перемикання ОУ DA2.1. При це реле К1 має відпустити якір.
Якщо у радіоаматора відсутній цифровий вольтметр і немає джерела живлення, налагодити приставку можна безпосередньо в процесі реальної зарядки батареї. Для цього підключають до приставки зарядний пристрій і акумуляторну батарею, вимикач зарядного пристрою встановлюють в положення "Включено", а движки резисторів R9, R12 приставки - як зазначено вище. Натискають на кнопку SB1, переконуються у спрацьовуванні реле К1 і встановлюють зарядний струм у відповідності з інструкцією по експлуатації зарядного пристрою.
Далі ведуть контроль за процесом зарядки батареї, періодично вимірюючи напруга на виводах. Коли воно досягне 14,4 В, обертають ручку резистора R12 до моменту перемикання ОУ DA2.1.
Коли напруга перестане збільшуватися, продовжують зарядку в такому режимі ще 20...30 хв і потім плавно обертають ручку резистора R9 до спрацьовування ОУ DA2.2 і відключення приставки і зарядного пристрою від мережі. На цьому налагодження закінчують.
На закінчення слід зазначити, що для гарантії повної зарядки акумуляторної батареї бажано встановлювати максимально допустимі значення зарядного струму з тим, щоб забезпечити хорошу динаміку зміни напруги на виході ОУ DA1. Особливо це стосується зарядних пристроїв з нестабілізованим вихідним струмом і сильно розряджених батарей.
Література
Автор: К. Купріянов, р. Санкт-Петербург