на главную
Карта сайта
English version
Вы читаете:

Зарядное устройство для аккумуляторной батареи

Электропитание
3 недели назад

Зарядное устройство для аккумуляторной батареи 12 В


В садовом опрыскивателе, используемом автором, установлена батарея из трёх Li-Ion аккумуляторов с встроенной платой, защищающей её от перезарядки и переразрядки. Штатное зарядное устройство для этой батареи вышло из строя, возможный вариант его построения описан в статье.

В садовом опрыскивателе установлена аккумуляторная батарея 12V8AH. Маркировка на ней не соответствует её реальным параметрам - напряжение 12 В на ней присутствует практически только сразу после зарядки, в процессе разрядки оно быстро снижается до 11,1В (3,7 x 3 = 11,1), а реальная ёмкость при разрядке током 2 А равна 5 А·ч. При разрядке до напряжения около 9 В защитная плата отключает нагрузку от батареи.

Штатное зарядное устройство обеспечивало ток около 1 А. У автора имелся в наличии импульсный источник питания 12 В, 2,5 А на микросхеме TOP244Y из демонстрационного набора фирмы Power Integrations. Непосредственно использовать его для зарядки аккумуляторной батареи нельзя, поскольку подключение источника питания к разряженной до 9 В батарее приводило к его выключению, а выходное напряжение недостаточно для полной зарядки. Необходимо было повысить его выходное напряжение и доработать источник так, чтобы при достижении необходимого тока он снижал своё выходное напряжение и переходил в режим стабилизации тока.

Схема использованного источника с произведённой доработкой

Рис. 1. Схема использованного источника с произведённой доработкой

 

Схема использованного источника с произведённой доработкой приведена на рис. 1. На схеме слева от транзистора VT1 и микросхемы DA2 - элементы импульсного источника питания, VT1, DA2 и связанные с ними детали - дополнительные элементы, обеспечивающие переход источника в режим стабилизации тока. Добавлены микросхема DA2, транзистор VT1, стабилитрон VD6, резисторы R8, R9 и вольтметр-амперметр Р1. Описание работы импульсных источников питания на микросхемах фирмы Power Integrations и их расчёт приведены в [1] и [2]. В использованном устройстве стабилизация выходного напряжения производится по варианту, приведённому в [1] на рис. 13,в. Для повышения выходного напряжения с 12 до 13,5 В стабилитрон VD5 на 10 В заменён на аналогичный прибор на 12 В.

Схема источника традиционна для рекомендуемых фирмой Power Integrations. Особенностью преобразователя является наличие делителя напряжения R1R2, подключённого к входу М микросхемы TOP244Y Эта цепь обеспечивает зависимость тока ограничения ключевого транзистора микросхемы от входного напряжения, что облегчает режим работы преобразователя в широком интервале входного напряжения сети - от 85 до 265 B.

В журнале "Радио" ранее было описано, как переводить импульсные преобразователи напряжения в режим стабилизации тока, если в них есть точка, которую можно считать входом подстройки и на которую можно подавать уменьшающий выходное напряжение втекающий ток [3]. В этом преобразователе такой точки нет, но для уменьшения его выходного напряжения и перевода в режим стабилизатора тока стабилитрон VD5, определяющий выходное напряжение, шунтируется транзистором VT1, ток коллектора которого увеличивается с увеличением выходного тока. В этом отношении используемая цепь стабилизации с преобразователем напряжения с датчика тока в ток на микросхеме ZXCT1009F очень похожа на аналогичную из [3], но используется коллекторный ток транзистора, а не напряжение с его эмиттера. Стабилитрон VD6 в цепи эмиттера транзистора VT1 служит для улучшения температурной стабильности выходного тока.

В качестве токоизмерительного шунта используются три резистора для поверхностного монтажа типоразмера 1206 с сопротивлением 0,1 Ом, соединённых параллельно. Для их установки на плате преобразователя широкий печатный проводник от плюса конденсатора С10 к выходному разъёму перерезан, и эти резисторы установлены над разрезом. Резистор R8 - типоразмера 0805. Транзистор VT1 - практически любой маломощный структуры n-p-n, для установки на используемую плату удобно применить транзисторы для поверхностного монтажа в таком же корпусе SOT-23, что и микросхема ZXCT1009F, например BC847C. Цифровой вольтметр-амперметр Р1 - четырёхразрядный, приобретён в интернет-магазине, его тонкий чёрный провод никуда подключать не надо.

Детали, используемые для доработки, установлены на печатной плате размерами 10,5x20,5 мм, приобретённой в интернет-магазине. На плате на расстоянии 7,62 мм друг от друга выполнены два ряда по восемь металлизированных отверстий с шагом 2,54 мм и пары контактов для элементов, предназначенных для поверхностного монтажа. На рис. 2 приведён схематичный чертёж установки элементов и перемычек на плате (для резистора R8 отведены два посадочных места для возможного подбора сопротивления), а на рис. 3 - фотография с установленными элементами до распайки перемычек.

Схематичный чертёж установки элементов и перемычек на плате

Рис. 2. Схематичный чертёж установки элементов и перемычек на плате

 

Вид платы с установленными элементами до распайки перемычек

Рис. 3. Вид платы с установленными элементами до распайки перемычек

 

Плата с установленными деталями крепится к плате преобразователя двумя отрезками медного провода диаметром 1 мм, один подпаян к контактной площадке 3 DA2 и к +Вых, второй - к аноду стабилитрона VD6 и к минусовому выводу конденсатора С10. Два других соединения выполнены тонким гибким изолированным проводом МГТФ (рис. 4).

Плата с установленными деталями

Рис. 4. Плата с установленными деталями

 

Зарядное устройство собрано в пластмассовом корпусе с габаритными размерами 142x82x39 мм. По периметру корпуса в его узких стенках для вентиляции насверлены отверстия диаметром 6 мм.

Налаживание устройства заключается в подборе стабилитрона VD5 для обеспечения выходного напряжения преобразователя на холостом ходу в пределах от 13 до 13,6 В (можно последовательно со штатным стабилитроном VD5 1N5240C включить два маломощных кремниевых диода) и установке зарядного тока, равного 2,1...2,4 А, при выходном напряжении 10 В. Если после сборки ток меньше, при установленном на плату резисторе R8 следует подобрать на длинных проводах обычный резистор, подключаемый параллельно ему для обеспечения необходимого тока, а затем впаять резистор для поверхностного монтажа ближайшего номинала на место рядом с установленным.

Экспериментальная зависимость выходного напряжения зарядного устройства от тока

Рис. 5. Экспериментальная зависимость выходного напряжения зарядного устройства от тока

 

На рис. 5 показана экспериментальная зависимость выходного напряжения изготовленного зарядного устройства от тока.

Таким образом, при подключении к зарядному устройству разряженной до 9 В батареи зарядный ток вначале равен 2,15 А, по мере зарядки и повышении напряжения на нём до 12,6 В ток уменьшается примерно до 2 А. Далее защитная плата аккумуляторной батареи прекращает зарядку, а выходное напряжение зарядного устройства скачком увеличивается до 13,6 В.

Цифровой вольтметр-амперметр Р1 позволяет следить за процессом зарядки. Не включая зарядное устройство в сеть, прибор Р1 можно также использовать как вольтметр для контроля степени зарядки батареи, подключив его к выходу зарядного устройства. Можно упростить и удешевить устройство, заменив вольтметр-амперметр Р1 на вольтметр, причём можно использовать как двухпроводный, так и трёхпроводный вольтметр. Можно вообще исключить измеритель Р1, установив вместо стабилитрона VD6 любой светодиод. В процессе зарядки он будет светиться, а после окончания погаснет. При установке светодиода вместо стабилитрона резистор R8 потребуется с меньшим сопротивлением.

Литература

1. Бирюков С. Сетевые обратноходовые источники питания на микросхемах серии ТОР22х. - Схемотехника, 2002, № 7, с. 6-10; № 8, с. 7-9; № 9, с. 7, 8.

2.Бирюков С. Сетевые обратноходовые источники питания на микросхемах TOPSwitch-FX. - Схемотехника, 2002, № 10, с. 14-17; № 11, с. 9-11.

3.Бирюкове. Зарядное устройство ... из кубиков. - Радио, 2021, № 12, с. 13, 14.

Автор: С. Бирюков, г. Москва


Рекомендуем к данному материалу ...

Мнения читателей

Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Поля, обязательные для заполнения

Изготовление печатных плат