Для зарядки стартерних акумуляторних батарей застосовують самі автолюбителі різноманітні пристрої, більшість яких побудовано з використанням понижуючого мережевого трансформатора. Таким пристроям властиві порівняно низький ККД, великі габарити і маса. І якщо ККД можна хоч якось підняти, то поліпшити інші показники подібних пристроїв практично не вдається. Істотно підвищити експлуатаційні якості зарядного пристрою можна, якщо побудувати його за принципом імпульсного інвертора напруги.
Імпульсні електричні зарядні станції, що випускаються за кордоном (фірми Bosch, Telwin та ін), мають чудові технічні показники, але по вартості недоступні більшості наших автомобілістів. Разом з цим і самостійне виготовлення подібних пристроїв під силу далеко не кожному радіоаматорові, особливо тим, хто не має необхідного досвіду в області імпульсної схемотехніки та налагодження таких приладів.
Проте не слід вважати імпульсні зарядні пристрої непереборно складними. Так, в [1] описано радиолюбительское пристрій, побудований на основі обратноходового перетворювача.
Безсумнівне достоїнство таких перетворювачів, їх відносна простота і малі габарити. Однак є в них і недоліки. Один з найбільш серйозних з них - подмагничивание магнітопровода трансформатора, із-за чого доводиться використовувати магнітопровід перерізом у 2...2,5 рази більшим, ніж для двотактних перетворювачів.
Крім того, викиди напруги на комутуючим елементі обратноходовых перетворювачів, як правило, значно перевищують напругу живлення, що вимагає введення додаткових пригнічують і рекупераційних ланцюгів. Енергетичні втрати в них найбільш відчутно позначаються при великій вихідний потужності, тому однотактні перетворювачі застосовують у вузлах живлення потужністю, що не перевищує сотні ватт.
Батарею свинцовокислотных акумуляторів зазвичай заряджають одним з трьох способів: при стабільній напрузі, при стабільному струмі і за так званим правилом ампер-годин. Зарядку стабільним напругою реалізувати досить просто, але вона не гарантує стовідсоткового використання ємності батареї. Зарядку за правилом ампер-годин (за Вудбриджу) можна вважати ідеальним способом, проте він не отримав широкого розповсюдження із-за схемної складності.
Найбільш оптимальним визнаний спосіб зарядки стабільним зарядним струмом. Пристрою, що реалізують цей спосіб, легко оснастити вузлами, які дозволяють автоматизувати процес зарядки. До цієї групи зарядних пристроїв відноситься і описуване нижче.
В основу пристрою (див. схему) покладено двотактний полумостовой імпульсний перетворювач (інвертор) на потужних транзисторах VT4 і VT5, керований широтноимпульсным контролером DA1 по низьковольтної стороні. Такі перетворювачі, стійкі до підвищення напруги і зміни опору навантаження, добре зарекомендували себе в джерелах живлення сучасних комп'ютерів. Оскільки в ШИ контролері К1114ЕУ4 [2] знаходяться два підсилювача помилки, для контролю зарядного струму і вихідної напруги не потрібно додаткових мікросхем.
(натисніть для збільшення)
Швидкодіючі діоди VD14, VD15 захищають колекторний перехід транзисторів VT4, VT5 від зворотної напруги на обмотку I трансформатора Т2 і відводять енергію викидів назад у джерело живлення. Діоди повинні володіти мінімальним часом включення.
Терморезистор R1 обмежує струм зарядки конденсаторів С4, С5 при включенні пристрою в мережу. Для придушення перешкод з боку перетворювача служить мережевий фільтр C1C2C3L1. Ланцюги R19R21C12VD8 і R20R22C13VD9 служать для форсування процесу закривання комутуючих транзисторів шляхом подачі в їх базову ланцюг мінусового напруги. Це дозволяє знизити комутаційні втрати і збільшити ККД перетворювача.
Конденсатор С8 запобігає подманичивание магнітопровода трансформатора Т2 з-за неоднакової ємності конденсаторів С4 і С5. Ланцюг R17C11 сприяє зменшення амплітуди викидів напруги на обмотку I трансформатора T2.
Трансформатор Т1 гальванічно розв'язує вторинні ланцюга від мережі і передає керуючі імпульси в базову ланцюг комутуючих транзисторів. Обмотка III забезпечує пропорційно струмове управління. Використання трансформаторної розв'язки дозволило зробити експлуатацію пристрою безпечною.
Випрямляч зарядного струму виконаний на діодах КД2997А (VD10, VD11), здатних працювати на порівняно високій робочій частоті перетворювача.
Резистор R25 - датчик струму. Напруга з цього резистора, подана на неінвертуючий вхід першого підсилювача помилки контролера DA1, порівнюється з напругою на його інвертуючому вході, встановлюється резистором R2 Зарядний ток". При зміні сигналу помилки змінюється шпаруватість керуючих імпульсів, час відкритого стану комутуючих транзисторів інвертора і, значить, передається в навантаження потужність.
Напруга з дільника R23R24, пропорційна напрузі на зарядженої батареї, надходить на неінвертуючий вхід другого підсилювача помилки порівнюється з напругою на резисторі R5, прикладеним до інвертуючого входу цього підсилювача. Таким чином відбувається регулювання вихідної напруги. Це дозволяє уникнути інтенсивного кипіння електроліту наприкінці зарядження шляхом зниження зарядного струму.
ШИ контролер має вбудований джерело стабільного напруги 5 В, який живить усі дільники напруги, що задають необхідні значення напруги на виході пристрої і зарядного струму.
Оскільки харчування на мікросхему DA1 робите виходу пристрою, неприпустимо зниження вихідної напруги пристрою до 8 - в цьому випадку припиняється стабілізація зарядного струму і він може перевищити гранично допустиме значення. Подібні ситуації виключає вузол, зібраний на транзисторі VT3 і стабілітроні VD12, - він блокує включення зарядного пристрою, якщо його навантажити несправної або сильно розрядженою батареєю (з ЕРС менше 9 В). Стабілітрон, а значить, і транзистор вузла залишаються закритими, а вхід DTC (висновок 4) мікросхеми DA1 - підключеним через резистор R7 до виходу Uref вбудованого джерела зразкового напруги (вивід 14). Напруга на вході DTC при цьому - не менше 3 В, і формування імпульсів заборонено.
При підключенні до виходу пристрою справної батареї відкривається стабілітрон VD12 і слідом за ним транзистор VT3, замикаючи на загальний провід вхід контролера DTC і тим самим дозволяючи формування імпульсів на виходах С1, С2 (відкритий колектор). Частота слідування імпульсів - близько 60 кГц. Після підсилення по струму транзисторами VT1, VT2 вони через трансформатор Т1 передаються на базу комутуючих транзисторів VT4 і VT5. Частоту повторення імпульсів визначають елементи R10 і С9. Її розраховують за формулою F=1,1/R10·C9.
Діоди КД257Б можна замінити на RL205, КД2997А - на інші, у тому числі на діоди Шоткі з зворотним напругою понад 50 В і випрямленою струмом понад 20 A, FR155 - на швидкодіючі імпульсні діоди FR205, FR305, а також UF4005. ШИ контролер К1114ЕУ4 має безліч зарубіжних аналогів - TL494IN [3], DBL494, ГЛРС494, IR2M02, КА7500. Замість КТ886А-1 підійдуть транзистори КТ858А, КТ858Б або КТ886Б-1.
Трансформатори - найвідповідальніші і трудомісткі елементи будь-якого імпульсного перетворювача. Від якості їх виготовлення залежать не тільки характеристики пристрої, але і взагалі його працездатність
Трансформатор Т1 намотаний на кільцевому магнітопроводі типорозміру К20х12х6 з фериту М2000НМ. Обмотка I намотана дротом ПЕВ-2 0,4 рівномірно по всьому кільця і містить 2x28 витків; обмотки II і IV - по 9 витків дроту ПЕВ-2 0,5. Обмотка III - два витка проводу МГТФ-0,8. Обмотки ізольовані одна від іншої і від магнітопровода двома шарами тонкої фторопластовою стрічки.
Трансформатор Т2 намотаний на броневом магнітопроводі Ш10х10 з фериту М2000НМ (або, ще краще, M2500HMC); годиться і кільцевий магнітопровід аналогічного перерізу. Обмотка I містить 35 витків дроту ПЕВ-2 0,8, а обмотка II - 2x4 витки джгута перетином не менш 4 мм2 з декількох проводів ПЕВ-2 або ПЕЛ. Якщо примусово охолоджувати трансформатор, перетин джгута можна зменшити.
Слід зазначити, що від якості межобмоточной ізоляції трансформаторів залежить не тільки надійність пристрою, але і безпеку його експлуатації, оскільки саме вона ізолює вторинні ланцюга від напруги мережі. Тому не слід виконувати її з підручних матеріалів - обгорткового паперу, канцелярського скотчу і т. д. - і вже тим більше нехтувати їй, як іноді роблять малодосвідчені радіоаматори. Краще всього застосовувати тонку стрічку або фторопластову конденсаторну папір з високовольтних конденсаторів, укладаючи її в 2-3 шари.
Збирають пристрій в металевій коробці відповідних розмірів. Транзистори VT4 і VT5 встановлюють на радіатори з площею поверхні не менше 100 см2. Діоди VD10, VD11 також постачають загальним тепловідводом з площею поверхні не менше 200 см2. Використовувати в якості тепловідводу стінки коробки пристрою, а також загальний тепловідвід для діодів і транзисторів не випливає з міркувань безпеки експлуатації зарядного пристрою. Розміри тепловідводів можна суттєво зменшити, якщо примусово охолоджувати їх вентилятором.
Для налагодження перетворювача потрібні ЛАТР, осцилограф, справна акумуляторна батарея і два вимірювача - вольтметр і амперметр (до 20). Якщо у розпорядженні радіоаматора виявиться розв'язують трансформатор 220 х 220 В потужністю не менше 300 Вт, слід включити пристрій через нього - працювати буде безпечніше.
Спочатку через тимчасовий токоограничительный резистор опором 1 Ом потужністю не менше 75 Вт (або автомобільну лампу потужністю 40-60 Вт) підключають до виходу пристрою батарею і переконуються в наявності плюсового напруги 5 В на вихід Uret (вивід 14) ШИ контролера. Підключають осцилограф до виходів С1 і С2 (висновки 8 і 11) контролера і спостерігають імпульси управління. Движок резистора R2 встановлюють у крайнє нижнє за схемою становище (мінімальний зарядний струм) і подають від Латр на мережевий вхід пристрою напруга 36.. .48 Ст. Транзистори VT4 і VT5 не повинні сильно нагріватися. Осцилографом контролюють напругу між емітером і колектором цих транзисторів. При наявності викидів на фронті імпульсів слід застосувати більш швидкодіючі діоди VD14, VD15 або точніше підібрати елементи R17 і С11 демпфуючої ланцюга.
Необхідно мати на увазі, що далеко не всі осцилографи допускають виміру ланцюгах, гальванічно зв'язаних з мережею. Крім цього, пам'ятайте, що частина елементів пристрою знаходиться під мережевим напругою - це небезпечно!
Якщо все в порядку, напруга на мережевому вході плавно підвищують Латр до 220 В і контролюють роботу транзисторів VT4, VT5 по осцилографу. Вихідний струм при це не повинен перевищувати 3 А. Обертаючи движок резистора R2, переконуються в плавному зміні струму на виході пристрою.
Далі з вихідний ланцюга видаляють тимчасовий токоограничительный резистор (або лампу) і підключають батарею безпосередньо до виходу пристрою. Підбирають резистори R4, R6 так, щоб межі зміни зарядного струму регулятором R2 були рівні 0,5 і 25 А. Встановлюють максимальна вихідна напруга рівним 15В підбіркою резистора R5.
Ручку регулятора R2 забезпечують шкалою, проградуйованій в значеннях зарядного струму. Можна оснастити пристрій амперметром. Коробка і всі металеві нетоковедущие частини зарядного пристрою на час його роботи повинні бути надійно заземлені. Не рекомендується залишати працююче зарядний пристрій на тривалий час без нагляду.
Література
Автор: Ст. Сорокоумов, р. Сергієв Посад