Главная » Питание
Призовой фонд
на октябрь 2018 г.
1. Осциллограф DSO138
Паяльник
2. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
3. 350 руб.
От пользователей

Похожие статьи:


Простое бюджетное зарядное устройство для гелевых кислотных аккумуляторов малой и средней емкости

Минус на минус дает плюс
(математическое правило)

Кислотные аккумуляторы выпускаются в широчайшем ассортименте емкостей и напряжений. Если для автомобильных аккумуляторов емкостью более 50 А·ч известно множество схем зарядных устройств (ЗУ) различного уровня сложности, то ниша гелевых кислотных аккумуляторов 1…12 А·ч не может похвастаться таким же их разнообразием. Аккумуляторы такой емкости широко применяются, например, в фонарях, как тяговые для детских автомобилей и т.п. Применение для их зарядки ЗУ, предназначенных для «старшей» емкостной линейки, экономически нецелесообразно ввиду избыточности зарядного тока и стоимости.

Если рассматривать режим заряда кислотных аккумуляторов стабильным током, то можно заметить, что он подобен аналогичному режиму заряда стабильным током литиевых аккумуляторов. Отличие касается только максимального напряжения, до которого следует заряжать тот и другой типы аккумуляторов: 4,15…4,2 В для литиевых и 13,5…13,8 В для кислотных 12-вольтовых аккумуляторов при резервном их применении или 14,4…15 В — в качестве тяговых.

Практичной могло бы быть ЗУ, построенное на базе обратноходового импульсного инвертора (Flyback), однако ее никак нельзя отнести к «простым и бюджетным», удобным для повторения начинающими из «бросовых» деталей, как это определено в заглавии данной статьи. Учитывая требования электробезопасности, такое ЗУ следует строить на базе сетевого понижающего трансформатора. Однако, исходя из принципов «простоты и бюджетности» и к нему предъявляются определенные специфические требования, главное из которых — доступность и отсутствие необходимости перемотки. С этой точки зрения интерес представляют трансформаторы из серии ТН (Трансформатор Накальный), имеющие по крайней мере две вторичных обмотки по 6,3 В, с которых, соединенных последовательно, после выпрямления и фильтрации можно получить около 15…16 В постоянного напряжения. Однако, такое напряжение, в свою очередь, выдвигает свои требования к схеме стабилизации зарядного тока. Например, известная из даташита на LM317 [1] схема простого стабилизатора тока с ограничением максимального напряжения (Рис. 1) требует входного напряжения не менее, чем на 4,25 В больше (1,25 В на резисторе Rs и 3 В на самом стабилизаторе), чем максимальное напряжение на аккумуляторе в конце его заряда.

Простая схема ЗУ со стабилизацией тока на LM317
Рис 1 Простая схема ЗУ со стабилизацией тока на LM317 [1]

Применение т.н. «Low Dropout» (LDO) стабилизаторов с низким падением напряжения (AMS1085, LT1085, LM2940 и т.п.) К сожалению, картину существенно не меняет: падение напряжения все равно остается в пределах 2…2,25 В, чего 15…16 В выпрямленного напряжения не обеспечивают.

Падение напряжения на стабилизаторе тока, построенном с применением LM317 с токостабилизирующим узлом на резисторном токоизмерительном шунте и биполярном транзисторе [1, 2] (Рис. 2, 3), меньше, чем в вышеописанной схеме, всего на 0,55 В.

Зарядное устройство на LM317 с транзисторным датчиком тока
Рис 2  Зарядное устройство на LM317 с транзисторным датчиком тока [1]

Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов
Рис. 3 Зарядное устройство для литиевых аккумуляторов [2]

Конечно, применение трансформатора с выходным переменным напряжением 15 В, снимает эти ограничения, но «доставабельность» таких трансформаторов сомнительна.

По приведенным выше причинам внимание было обращено на LDO стабилизатор напряжения, выполненный на TL431 с регулирующим биполярным транзистором P-N-P структуры [3] (Рис. 4).

LDO стабилизатор напряжения на TL431
Рис. 4  LDO стабилизатор напряжения на TL431 и регулирующем биполярным транзисторе P-N-P структуры

Похожая по построению схема, но на полевом регулирующем транзисторе с P-каналом, описана в [4], а также независимо рассматривается в [1]. Ее главным достоинством является крайне низкое собственное падение напряжения, составляющее порядка 0,1 В и даже меньше, что позволяет полностью использовать выпрямленное напряжение 12-вольтового трансформатора. К сожалению, она совершенно не защищена от превышения выходным током максимально допустимого для регулирующего транзистора значения (в частности, при коротком замыкании выхода). Введение же в нее токочувствительного узла, аналогичного схемам на Рис. 2, 3, лишает ее свойства LDO (малого падения напряжения).

Схема, показанная на Рис 4, обладает существенно худшими параметрами. Так, собственное падение напряжения на ней при указанных на рисунке номиналах деталей, составляет 0,34…0,4 В, на резисторе R3 падает не менее 0,25 Вт мощности, а нагрев VT1 током, проходящим через R3, ведет к нестабильности (снижению) выходного напряжения. На первый взгляд, в ней также нет никаких токочувствительных узлов и она тоже должна была бы страдать от чрезмерных выходных токов. Короче, всё казалось бы, плохо. Однако, китайский иероглиф, обозначающий «кризис», обозначает также «возможность». Минусы, присущие данной схеме, оказываются жирными плюсами, если ее применить в качестве ЗУ.

Рассмотрим, за счет чего это достигается.

Биполярный транзистор является токовым п/проводниковым прибором. Т.е., ток коллектора пропорционален току базы, умноженному на коэффициент усиления. Таким образом, выходной ток никогда не превысит значение, заданное током, протекающим через резистор R3. Естественно, коэффициент усиления зависит от коллекторного тока, напряжения коллектор-эмиттер, температуры кристалла транзистора и поэтому может изменяться в определенных пределах. Для других применений это было бы критично, но для ЗУ совершенно несущественно. Главное, чтобы при наихудших условиях зарядный ток не превышал значения, допустимого для данного типа аккумуляторов. Для гелевых кислотных это обычно порядка 0,3 С (где «С» — емкость в А·ч), Рис. 5.

Параметры режимов заряда гелевого кислотного аккумулятора емкостью 5 А·ч
Рис. 5 Параметры режимов заряда гелевого кислотного аккумулятора емкостью 5 А·ч

Далее. Пока в процессе заряда выходное напряжение меньше установленного резистором R5 максимального (14,4…15 В), напряжение на регулирующем выводе шунтового регулятора TL431 меньше референтных 2,5 В и он полностью заперт. Соответственно, полностью заперт и не участвует в работе транзистор VT1. Выходной ток определяется только компонентами R3 и VT2. Светодиод HL1 не светится.

По достижении напряжения на клеммах заряжаемого аккумулятора выставленного на холостом ходу 14,4…15 В напряжение на регулирующем выводе шунтового регулятора TL431 достигает референтных 2,5 В, он и, соответственно, транзистор VT1 включаются в работу. VT 1 начинает приоткрываться, шунтируя базо-эмиттерный переход VT2 и тем самым ограничивая дальнейший рост выходного напряжения. Светодиод HL1 начинает светиться за счет тока, протекающего через шунтовый регулятор DA1 свидетельствуя об окончании зарядки. При этом на аккумулятор поступает только ток, равный току саморазряда. В таком состоянии он может оставаться подключенным к ЗУ сколь угодно долгое время.

Схемы, показанные на Рис. 2 (полная схема показана на Рис. 6) и Рис. 4, были изготовлены и апробированы с питанием от трансформатора ТС10-1, обеспечивающем на выходе переменное напряжение 12,8 В при токе до 0,7 А. Печатные платы показаны на Рис. 7 и 8, соответственно.

ЗУ со стабилизацией тока на LM317/MC33269aj и транзисторе
Рис. 6 ЗУ со стабилизацией тока на LM317/MC33269aj и транзисторе

Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока на MC33269aj и транзисторе
Рис. 7 Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока на MC33269aj и транзисторе

Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения
Рис. 8 Печатная плата ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения (по Рис. 4)

При апробации подтвердились недостатки схемы на регулируемых 3-выводных стабилизаторах по Рис. 6, описанные выше. Схемы, настроенные на ток 0,7 А, не смогли выдать более 0,42 А с использованием LM317 и 0,5А с использованием MC33269. Вторая, кстати, не выдержала эксплуатации и пробилась накоротко через несколько часов работы, из-за чего конечное напряжение на заряжаемом аккумуляторе достигло 15,7 В(!!!). К счастью, на нем сработал предохранительный клапан.

Cхема по Рис. 4, обеспечила заряд второго такого же частично заряженного аккумулятора током 0,65 А. Исходное напряжение на нем составляло 12,3 В. Напряжение 14,4 В было достигнуто в течение 3-х часов. При этом регулирующий транзистор VT2, НЕ установленный на радиатор, оставался практически холодным. Радиатор на плату поставлен окончательно только потому, что он был уже вырезан (Рис. 9). Не выбрасывать же?!

ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения
Рис. 9 ЗУ со стабилизацией тока LDO стабилизаторе напряжения,
частично собранный, в корпусе сетевого адаптера

Чертежи печатной платы для обоих апробированных вариантов схем, приаттачены, однако, должен заметить, что они годятся только для данного корпуса. Для другого их придется переразводить по-новому.

Литература:

  1. Евгений (EVA) Li-ion и Li-polymer аккумуляторы в наших конструкциях https://datagor.ru/practice/diy-tech/2812-li-ion-i-li-polymer-akkumulyatory-v-nashih-konstrukciyah.html
  2. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317.pdf
  3. Low Dropout линейный стабилизатор на TL431: http://forum.cxem.net/index.php?/topic/176155-low-dropout-линейный-стабилизатор-на-tl431/
  4. С.Рюмик. Экономичный ограничитель напряжения батареи. – Радио, 2006.– № 11.– С.38.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
ЗУ на трехвыводном стабилизаторе
DA1 Линейный регулятор
LM317
1 MC33269aj; AMS1085; LT1085; LM2940 и т.п.Поиск в Utsource В блокнот
VT1 Биполярный транзистор
2SC945
1 Любой маломощный n-p-n структурыПоиск в Utsource В блокнот
VD1 ДиодSY360/14 1N4001-1N4007Поиск в Utsource В блокнот
C1 Конденсатор1000мкФ 25В1 ЭлектролитПоиск в Utsource В блокнот
C2, C3 Конденсатор100 нФ1 КерамикаПоиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
100 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор
1 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R3 Резистор
240 Ом
1 Поиск в Utsource В блокнот
R4 Подстроечный резистор4.7 кОм1 Поиск в Utsource В блокнот
HL1 Светодиод1 ЗеленыйПоиск в Utsource В блокнот
T1 ТрансформаторТС10-11 С выходным напряжением 12...15 ВПоиск в Utsource В блокнот
 
ЗУ на LDO стабилизаторе
DA1 Шунтовый регуляторTL4311 uPC1093 или подобные аналогиПоиск в Utsource В блокнот
VT1 Транзистор2SB7901 Любой p-n-p структуры средней мощностиПоиск в Utsource В блокнот
VT2 ТранзисторКТ837У1 КТ837Т; КТ837Ф или любой мощный p-n-p структурыПоиск в Utsource В блокнот
VD1 ДиодSY360/11 Поиск в Utsource В блокнот
C1 Конденсатор1000мкФ 25В1 ЭлектролитПоиск в Utsource В блокнот
C2 Конденсатор100 нФ1 КерамикаПоиск в Utsource В блокнот
C3 Конденсатор47 нФ1 КерамикаПоиск в Utsource В блокнот
R1 Резистор
430 Ом
1 390...470 ОмПоиск в Utsource В блокнот
R2 Резистор
4.3 кОм
1 3,9k...4,7kПоиск в Utsource В блокнот
R3 Резистор
1 кОм
1 0,91k...1,5k обратно пропорционально усилению транзистора VT2Поиск в Utsource В блокнот
R4 Резистор
20 кОм
1 16k...24k Ограничение диапазона R5Поиск в Utsource В блокнот
R5 Подстроечный резистор10 кОм1 Поиск в Utsource В блокнот
R6 Резистор
4.7 кОм
1 Поиск в Utsource В блокнот
T1 ТрансформаторТС10-11 С выходным напряжением 12...15 ВПоиск в Utsource В блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 1
Я собрал 0 Участие в конкурсе 0
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Комментарии (16) | Я собрал (0) | Подписаться

+1
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
AleksN #
А C1 зачем такой ёмкости на рис.6?
Отредактирован 28.08.2017 07:55
Ответить
0
Дмитрий #
Я смотрю, Falconist, в LDO вы немного изменили подключение резисторов R1, R2 к базе VT1 по сравнению с первоначальным вариантом. Так даже лучше.
Ответить
0

[Автор]
Falconist #
Ну, так в железе же проверял. Да и в симуляторе тоже. В исходной теме об этой схеме отписался.
Ответить
0
Дмитрий #
Подключение АКБ к схеме, отключенной от питания, чревато повреждением ИМС-стабилизатора, особенно при большой входной ёмкости. Что даташит рекомендует? Поставить шунтирующий выпрямительный диод 1-3 А между входом и выходом, анодом к выходу. То же можно сказать и про LDO.
Ответить
0

[Автор]
Falconist #
С какого перепуга?
Ответить
0
Дмитрий #
С того самого, что входной конденсатор (разряженный, почти КЗ) довольно большой ёмкости будет скачком заряжаться через цепи ИМС. Амплитуда броска тока может повредить её. Об этом сказано в даташите, открывали, надеюсь?
Между К и Э транзистора вашего LDO, пусть и кратковременно, при подключении к выходу АКБ (без наличия сети) - будет приложено обратное напряжение. Такое тоже допускать нельзя. К-Э надо шунтировать диодом.
Ответить
0

[Автор]
Falconist #
О какой схеме, собственно, речь-то ведется?
Ответить
0
Евгений #
Схема на рис 6 обеспечивает правильный режим заряда: сначала постоянным током (акк набирает 70-80% емкости), потом постоянным напряжением (с уменьшением тока) до 100%. А вот схема по рис 4 - отключается при достижении заданного напряжения, то есть второго этапа вообще нет. То есть никогда она полностью не зарядит аккумулятор. в результате срок службы его сократится. Убивать аккумулятор, оправдываясь тем, что не нашел подходящего трансформатора - по меньшей мере несерьезно.
Ответить
0

[Автор]
Falconist #
Евгений, Ваш комментарий напоминает анекдо про двух полуглухих:
-- Привет, ты куда, в баню?
-- Да не, я в баню.
-- А-а-а... А я думал, что в баню.
Такое впечатление, что текст статьи Вы вообще не читали - так, слегонца пробежались по схемам и "слона-то и не приметили": "При апробации подтвердились недостатки схемы на регулируемых 3-выводных стабилизаторах по Рис. 6".
Отредактирован 20.05.2018 10:20
Ответить
0
Евгений #
Недостаток у схемы 6 только один - вы не смогли найти нужный трансформатор. А вот недостаток предложенной вами схемы - она не работает так, как положено зарядному устройству. Нет правильного цикла зарядки, будет постоянный недозаряд, в результате акк умрет раньше срока. Я не нашел молоток, поэтому буду забивать не гвозди, а шурупы и не молотком, а кирпичем. На рис 4 - это не зарядное, а недозарядное устройство.
Ответить
0

[Автор]
Falconist #
Хорошо, что майский жук не знает, что его подъемная сила меньше единицы. Потому и спокойно летает.
Этот зарядник прекрасно заряжает аккумуляторы для детского автомобиля уже более полугода. После чего он ездит раза в полтора дольше, чем после зарядки китайским нонеймовым зарядником, прилагавшимся к этому автомобилю в комплекте.
Такие вот реалии, противоречащие теории...
Ответить
0
Евгений #
Вы сравнили плохое зарядное с очень плохим. Следуя вашей логике можно сказать, что дрянное китайское зарядное намного лучше, чем вообще акк не заряжать. Почитайте на досуге как рекомендуется заряжать аккумулятор, что бы он прослужил свой срок. Как вариант - С. ГОЛОВ "Автоматическое зарядное устройство для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи". Я лично не против всяких разных схем, в том числе и ущербных, но существенный недостаток вашей схемы должен быть указан в описании, что бы люди, хотя бы знали, что устройство по рис 4 не обеспечивает полного режима заряда и ведет к сокращению срока службы аккумулятора. Стоимость аккумулятора многократно может превышать те сомнительные плюсы от реализации схемы по рис 4. Сначала сэкономим 50 рублей на трансформаторе, а потом потеряем 500 рублей на аккумуляторе.
Ответить
0

[Автор]
Falconist #
Почему это не обеспечивает? Как раз и обеспечивает. Вы просто эту схему плохо проанализировали. После достижения напряжения стабилизации схема переходит в ЛИНЕЙНЫЙ режим подзаряда постоянным напряжением. http://forum.cxem.net/index.php?/topic/176155-low-dropout-линейный-стабилизатор-на-tl431/
Ответить
0
Евгений #
Если я плохо проанализировал, то вы плохо описали работу схемы. Получается, что буковок много, а сама работа схемы не описана. Я читаю первоисточник:
По достижении напряжения на клеммах заряжаемого аккумулятора ... 14,4…15 В напряжение на регулирующем выводе шунтового регулятора TL431 достигает референтных 2,5 В .... Светодиод HL1 начинает светиться ... свидетельствуя об окончании зарядки. При этом на аккумулятор поступает только ток, равный току саморазряда.
Все. Акк заряжен на 70% и зарядка прекращена. Так по вашему описанию.
Не вижу я дальше слов:
... после окончания заряда стабильным током наступает второй этап: зарядка постоянным напряжением. При этом напряжение на аккумуляторе поддерживается на уровне 14,2 вольта за счет элемента схемы ZZZ, а ток по мере зарядки постепенно падает, что обеспечивается элементом схемы УУУ. И вот при уменьшении тока ниже ХХ мА, что фиксирует элемент схемы ХХХХ, наступает третий этап: .. и далее по тексту "При этом на аккумулятор поступает только ток, равный току саморазряда."
* ХХХ, УУУ и ZZZ - элементы вашей схемы, которые и обеспечивают такой режим зарядки.
Я понимаю, что в своей неправоте вы никогда не сознаетесь, засим позвольте откланяться.
Ответить
0

[Автор]
Falconist #
По моему описанию на аккумулятор поступает ток, формируемый разностью потенциалов напряжения стабилизации и напряжения на аккумуляторе. Если это непонятно - тогда миль пардон. Как гласит следствие из третьего закона Чизхолма: "Если ясность вашего изложения не предусматривает возможности ложного толкования - всё равно кто-то поймет его неправильно".
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическая мощность?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Регулятор мощности 2 кВт
Регулятор мощности 2 кВт
USB осциллограф DSO-2090 Конструктор для сборки: предусилитель на лампе 6N3
вверх