Na fotografii je samočinne vyrobená automatická nabíjačka na nabíjanie 12 V autobatérií s prúdom do 8 A, zostavená v puzdre z milivoltmetra B3-38.
Prečo potrebujete nabíjať autobatériu
nabíjačka
Batéria v aute sa nabíja elektrickým generátorom. Na ochranu elektrických zariadení a spotrebičov pred zvýšeným napätím generovaným autogenerátorom je za ním inštalovaný relé-regulátor, ktorý obmedzuje napätie v palubnej sieti automobilu na 14,1 ± 0,2 V. Na úplné nabitie batérie je potrebné napätie najmenej 14,5 AT.
Nie je teda možné úplne nabiť batériu z generátora a pred príchodom chladného počasia je potrebné batériu dobiť z nabíjačky.
Analýza obvodov nabíjačky
Schéma výroby nabíjačky z počítačového zdroja vyzerá atraktívne. Štrukturálne schémy počítačových zdrojov sú rovnaké, ale elektrické sú odlišné a na zdokonalenie je potrebná vysoká rádiotechnická kvalifikácia.
Zaujal ma kondenzátorový obvod nabíjačky, účinnosť je vysoká, nevyžaruje teplo, poskytuje stabilný nabíjací prúd bez ohľadu na stupeň nabitia batérie a výkyvy v sieti, nebojí sa skratu na výstupe obvodov. Má to však aj nevýhodu. Ak sa počas nabíjania stratí kontakt s batériou, napätie na kondenzátoroch sa niekoľkokrát zvýši (kondenzátory a transformátor tvoria rezonančný oscilačný obvod s frekvenciou siete) a prerazia sa. Bolo potrebné odstrániť iba tento jediný nedostatok, čo sa mi podarilo.
Výsledkom je obvod nabíjačky bez vyššie uvedených nevýhod. Už viac ako 16 rokov s ním nabíjam akékoľvek kyselinové batérie 12 V. Prístroj funguje bezchybne.
Schematická schéma nabíjačky do auta
Schéma domácej nabíjačky je so zdanlivou zložitosťou jednoduchá a pozostáva len z niekoľkých kompletných funkčných jednotiek.
Ak sa vám schéma opakovania zdala komplikovaná, môžete ich zostaviť viac, ktoré fungujú na rovnakom princípe, ale bez funkcie automatického vypnutia pri plnom nabití batérie.
Obvod obmedzovača prúdu na predradných kondenzátoroch
V autonabíjačke kondenzátorov je úprava hodnoty a stabilizácia prúdu nabíjania batérie zabezpečená sériovým zapojením predradných kondenzátorov C4-C9 výkonového transformátora T1 s primárnym vinutím napájacieho transformátora. Čím väčšia je kapacita kondenzátora, tým väčší prúd bude nabíjať batériu.
V praxi ide o hotovú verziu nabíjačky, batériu môžete pripojiť za diódový mostík a nabíjať, no spoľahlivosť takéhoto obvodu je nízka. Ak dôjde k prerušeniu kontaktu s pólmi batérie, kondenzátory môžu zlyhať.
Kapacita kondenzátorov, ktorá závisí od veľkosti prúdu a napätia na sekundárnom vinutí transformátora, môže byť približne určená vzorcom, ale je jednoduchšie navigovať z údajov v tabuľke.
Ak chcete upraviť prúd, aby sa znížil počet kondenzátorov, môžu byť zapojené paralelne v skupinách. Prepínam pomocou dvoch prepínačov, ale môžete umiestniť niekoľko prepínačov.
Schéma ochrany
z chybného zapojenia pólov batérie
Ochranný obvod proti prepólovaniu nabíjačky pri nesprávnom pripojení batérie na svorky je vyhotovený na relé P3. Ak je batéria nesprávne pripojená, dióda VD13 neprechádza prúdom, relé je bez napätia, kontakty relé K3.1 sú otvorené a na svorky batérie netečie žiadny prúd. Pri správnom pripojení sa relé aktivuje, kontakty K3.1 sa uzavrú a batéria sa pripojí k nabíjaciemu obvodu. Takýto ochranný obvod proti prepólovaniu je možné použiť s akoukoľvek nabíjačkou, tranzistorovou aj tyristorovou. Stačí ho zaradiť do prerušenia drôtu, ktorým sa batéria pripája k nabíjačke.
Obvod na meranie prúdu a napätia nabíjania batérie
Vďaka prítomnosti spínača S3 na schéme vyššie je možné pri nabíjaní batérie ovládať nielen množstvo nabíjacieho prúdu, ale aj napätie. Keď je S3 v hornej polohe, meria sa prúd, v dolnej polohe sa meria napätie. Ak nie je nabíjačka pripojená k sieti, voltmeter zobrazí napätie batérie a keď sa batéria nabíja, napätie nabíjania. Ako hlavica bol použitý mikroampérmeter M24 s elektromagnetickým systémom. R17 posúva hlavu v režime merania prúdu a R18 slúži ako delič pri meraní napätia.
Schéma automatického vypnutia pamäte
keď je batéria úplne nabitá
Na napájanie operačného zosilňovača a vytvorenie referenčného napätia bol použitý stabilizačný čip DA1 typu 142EN8G pre 9V. Tento mikroobvod nebol vybraný náhodou. Keď sa teplota puzdra mikroobvodu zmení o 10º, výstupné napätie sa nezmení o viac ako stotiny voltu.
Systém automatického vypnutia nabíjania pri dosiahnutí napätia 15,6 V je vytvorený na polovici čipu A1.1. Pin 4 mikroobvodu je pripojený na delič napätia R7, R8 z ktorého je naň privádzané referenčné napätie 4,5 V. Pin 4 mikroobvodu je pripojený k ďalšiemu deliču na odporoch R4-R6, rezistor R5 je trimr pre nastavenie prah stroja. Hodnota odporu R9 nastavuje nabíjačku na prahovú hodnotu 12,54 V. Vďaka použitiu diódy VD7 a odporu R9 je zabezpečená potrebná hysterézia medzi zapnutým a vypnutým napätím nabíjania batérie.
Schéma funguje nasledovne. Keď je k nabíjačke pripojená autobatéria, ktorej napätie na svorkách je menšie ako 16,5 V, na kolíku 2 mikroobvodu A1.1 sa nastaví napätie dostatočné na otvorenie tranzistora VT1, tranzistor sa otvorí a relé P1 sa zapne. aktivované, pripojenie kontaktov K1.1 k sieti cez blok kondenzátorov primárne vinutie transformátora a začne sa nabíjanie batérie.
Akonáhle nabíjacie napätie dosiahne 16,5 V, napätie na výstupe A1.1 klesne na hodnotu nedostatočnú na udržanie tranzistora VT1 v otvorenom stave. Relé sa vypne a kontakty K1.1 prepoja transformátor cez pohotovostný kondenzátor C4, pri ktorom bude nabíjací prúd 0,5 A. Obvod nabíjačky zostane v tomto stave, kým napätie na batérii neklesne na 12,54 V. As akonáhle bude napätie nastavené na 12,54 V, relé sa opäť zapne a nabíjanie bude pokračovať špecifikovaným prúdom. V prípade potreby je možné spínačom S2 vypnúť automatický riadiaci systém.
Systém automatického sledovania nabíjania batérie teda vylúči možnosť prebitia batérie. Batériu je možné nechať pripojenú k priloženej nabíjačke minimálne celý rok. Tento režim je relevantný pre motoristov, ktorí jazdia iba v lete. Po skončení rally sezóny môžete batériu pripojiť k nabíjačke a vypnúť ju až na jar. Aj keď dôjde k výpadku sieťového napätia, keď sa objaví, nabíjačka bude pokračovať v nabíjaní batérie v normálnom režime
Princíp činnosti obvodu pre automatické vypnutie nabíjačky v prípade prepätia z dôvodu nedostatku záťaže, namontovaného na druhej polovici operačného zosilňovača A1.2, je rovnaký. Len prah pre úplné odpojenie nabíjačky od siete je zvolený na 19 V. Ak je nabíjacie napätie nižšie ako 19 V, napätie na výstupe 8 čipu A1.2 postačuje na udržanie otvoreného tranzistora VT2, pri ktorom napätie je privedené na relé P2. Akonáhle nabíjacie napätie presiahne 19 V, tranzistor sa zopne, relé uvoľní kontakty K2.1 a prívod napätia do nabíjačky sa úplne zastaví. Akonáhle je batéria pripojená, bude napájať automatizačný obvod a nabíjačka sa okamžite vráti do pracovného stavu.
Štruktúra automatickej nabíjačky
Všetky časti nabíjačky sú umiestnené v puzdre miliampérmetra B3-38, z ktorého bol okrem ukazovacieho zariadenia vybratý všetok jeho obsah. Inštalácia prvkov, s výnimkou automatizačného okruhu, sa vykonáva kĺbovou metódou.
Dizajn miliampérmetrového púzdra pozostáva z dvoch pravouhlých rámov spojených štyrmi rohmi. V rohoch sú vytvorené otvory s rovnakým stúpaním, ku ktorým je vhodné pripevniť diely.
Výkonový transformátor TN61-220 je upevnený štyrmi skrutkami M4 na hliníkovej doske s hrúbkou 2 mm, doska je zasa pripevnená skrutkami M3 k spodným rohom skrine. Výkonový transformátor TN61-220 je upevnený štyrmi skrutkami M4 na hliníkovej doske s hrúbkou 2 mm, doska je zasa pripevnená skrutkami M3 k spodným rohom skrine. C1 je tiež inštalovaný na tejto platni. Nižšie uvedená fotografia zobrazuje nabíjačku.
Doska zo sklenených vlákien s hrúbkou 2 mm je tiež pripevnená k horným rohom puzdra a sú k nej priskrutkované kondenzátory C4-C9 a relé P1 a P2. Do týchto rohov je priskrutkovaná aj doska plošných spojov, na ktorej je prispájkovaný obvod automatického riadenia nabíjania batérie. V skutočnosti počet kondenzátorov nie je šesť, ako podľa schémy, ale 14, pretože na získanie kondenzátora s požadovaným menovitým výkonom ich bolo potrebné zapojiť paralelne. Kondenzátory a relé sú pripojené k zvyšku obvodu nabíjačky cez konektor (modrý na fotografii vyššie), čo uľahčilo prístup k ostatným prvkom počas inštalácie.
Na vonkajšej strane zadnej steny je inštalovaný rebrovaný hliníkový chladič na chladenie výkonových diód VD2-VD5. Ďalej je tu poistka Pr1 na 1 A a zástrčka (prevzatá zo zdroja počítača) pre napájanie napätia.
Výkonové diódy nabíjačky sú upevnené dvoma upínacími lištami k chladiču vo vnútri puzdra. Na tento účel je v zadnej stene puzdra vytvorený obdĺžnikový otvor. Toto technické riešenie umožnilo minimalizovať množstvo tepla generovaného vo vnútri puzdra a ušetriť miesto. Vývody diódy a zvodové vodiče sú prispájkované k voľnej tyči vyrobenej zo sklolaminátu potiahnutého fóliou.
Na fotografii je na pravej strane domáca nabíjačka. Inštalácia elektrického obvodu sa vykonáva farebnými vodičmi, striedavé napätie - hnedé, kladné - červené, záporné - modré vodiče. Prierez vodičov vedúcich od sekundárneho vinutia transformátora ku svorkám na pripojenie batérie musí byť aspoň 1 mm2.
Ampérmetrový bočník je asi centimeter dlhý kus vysokoodporového konštantanového drôtu, ktorého konce sú prispájkované do medených pásikov. Dĺžka bočného vodiča sa volí pri kalibrácii ampérmetra. Zobral som drôt z bočníka vyhoreného testera spínačov. Jeden koniec medených pásikov je prispájkovaný priamo na kladnú výstupnú svorku, na druhý pásik, prichádzajúci z kontaktov relé P3, je prispájkovaný hrubý vodič. Žlté a červené vodiče idú do ukazovacieho zariadenia zo skratu.
Obvodová doska automatizácie nabíjačky
Obvod pre automatickú reguláciu a ochranu pred nesprávnym pripojením akumulátora k nabíjačke je prispájkovaný na doske plošných spojov z fóliového sklolaminátu.
Fotografia zobrazuje vzhľad zostaveného obvodu. Vzor plošného spoja obvodu automatického riadenia a ochrany je jednoduchý, otvory sú vyrobené s rozstupom 2,5 mm.
Na fotke vyššie pohľad na plošný spoj z inštalačnej strany dielov s dielmi označenými červenou farbou. Takýto výkres je vhodný pri montáži dosky plošných spojov.
Vyššie uvedený výkres PCB sa vám bude hodiť pri výrobe pomocou technológie laserovej tlačiarne.
A tento výkres dosky s plošnými spojmi je užitočný pri ručnom nanášaní prúdových dráh dosky plošných spojov.
Stupnica ukazovacieho prístroja milivoltmetra V3-38 nezodpovedala požadovaným mieram, musel som si na počítači nakresliť vlastnú verziu, vytlačiť ju na hrubý biely papier a moment prilepiť lepidlom na štandardnú stupnicu.
Vzhľadom na väčšiu mierku a kalibráciu prístroja v oblasti merania bola presnosť odčítania napätia 0,2 V.
Drôty na pripojenie AZU k batérii a sieťovým svorkám
Na vodičoch na pripojenie autobatérie k nabíjačke sú na jednej strane nainštalované krokosvorky a na druhej strane rozdelené hroty. Červený vodič je vybraný na pripojenie kladného pólu batérie, modrý vodič je vybraný na pripojenie záporného pólu. Prierez vodičov na pripojenie batérie k zariadeniu musí byť aspoň 1 mm2.
Nabíjačka sa pripája do elektrickej siete pomocou univerzálneho kábla so zástrčkou a zásuvkou, ako sa používa na pripojenie počítačov, kancelárskej techniky a iných elektrospotrebičov.
O častiach nabíjačky
Používa sa výkonový transformátor T1 typu TN61-220, ktorého sekundárne vinutia sú zapojené do série, ako je znázornené na schéme. Keďže účinnosť nabíjačky je minimálne 0,8 a nabíjací prúd zvyčajne nepresahuje 6 A, postačí akýkoľvek 150-wattový transformátor. Sekundárne vinutie transformátora by malo poskytovať napätie 18-20 V pri zaťažovacom prúde do 8 A. Ak neexistuje hotový transformátor, môžete si vziať akýkoľvek vhodný výkon a previnúť sekundárne vinutie. Pomocou špeciálnej kalkulačky môžete vypočítať počet závitov sekundárneho vinutia transformátora.
Kondenzátory C4-C9 typu MBGCH pre napätie najmenej 350 V. Môžu sa použiť kondenzátory akéhokoľvek typu určené na prevádzku v striedavých obvodoch.
Diódy VD2-VD5 sú vhodné pre akýkoľvek typ, dimenzované na prúd 10 A. VD7, VD11 - akýkoľvek impulzný kremík. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 a VD13 ľubovoľné, odolávajúce prúdu 1 A. LED VD1 - ľubovoľné, použil som VD9 typ KIPD29. Charakteristickým znakom tejto LED je, že pri prepólovaní zapojenia mení farbu žiaru. Na jeho spínanie sa používajú kontakty K1.2 relé P1. Keď sa nabíja hlavný prúd, LED dióda svieti žlto a pri prepnutí do režimu nabíjania batérie sa rozsvieti zelená. Namiesto binárnej LED môžete nainštalovať dve ľubovoľné jednofarebné LED tak, že ich spojíte podľa schémy nižšie.
Ako operačný zosilňovač bol zvolený KR1005UD1, analóg zahraničného AN6551. Takéto zosilňovače boli použité v zvukovej a video jednotke vo videorekordéri VM-12. Zosilňovač je dobrý, pretože nepotrebuje bipolárne napájanie, korekčné obvody a zostáva prevádzkyschopný s napájacím napätím 5 až 12 V. Môžete ho nahradiť takmer akýmkoľvek podobným. Dobre sa hodí na výmenu mikroobvodov, napríklad LM358, LM258, LM158, ale majú iné číslovanie kolíkov a budete musieť vykonať zmeny v dizajne dosky s plošnými spojmi.
Relé P1 a P2 sú ľubovoľné pre napätie 9-12 V a kontakty určené pre spínaný prúd 1 A. R3 pre napätie 9-12 V a spínací prúd 10 A, napríklad RP-21-003. Ak je v relé niekoľko kontaktných skupín, je vhodné ich spájať paralelne.
Spínač S1 akéhokoľvek typu, určený na prevádzku pri napätí 250 V a s dostatočným počtom spínacích kontaktov. Ak nepotrebujete krok regulácie prúdu 1 A, potom môžete dať niekoľko prepínačov a nastaviť nabíjací prúd, povedzme, 5 A a 8 A. Ak nabíjate iba autobatérie, potom je toto rozhodnutie plne opodstatnené. Spínač S2 slúži na deaktiváciu systému riadenia úrovne nabitia. Ak sa batéria nabíja vysokým prúdom, systém môže fungovať skôr, ako bude batéria úplne nabitá. V takom prípade môžete systém vypnúť a pokračovať v nabíjaní v manuálnom režime.
Vhodná je akákoľvek elektromagnetická hlavica pre merač prúdu a napätia s celkovou odchýlkou prúdu 100 μA, napríklad typ M24. Ak nie je potrebné merať napätie, ale iba prúd, môžete nainštalovať hotový ampérmeter navrhnutý pre maximálny konštantný merací prúd 10 A a ovládať napätie pomocou externého číselníka alebo multimetra pripojením k kontakty batérie.
Nastavenie jednotky automatického nastavenia a ochrany AZU
Pri bezchybnej montáži dosky a prevádzkyschopnosti všetkých rádiových prvkov bude obvod fungovať okamžite. Zostáva iba nastaviť prah napätia pomocou odporu R5, po dosiahnutí ktorého sa nabíjanie batérie prepne do režimu nabíjania s nízkym prúdom.
Nastavenie je možné vykonať priamo počas nabíjania batérie. Napriek tomu je lepšie sa uistiť, skontrolovať a nastaviť automatický riadiaci a ochranný obvod AZU pred jeho inštaláciou do puzdra. K tomu potrebujete jednosmerný zdroj, ktorý má schopnosť regulovať výstupné napätie v rozsahu od 10 do 20 V, určený pre výstupný prúd 0,5-1 A. Z meracích prístrojov budete potrebovať akýkoľvek voltmeter , tester alebo multimeter určený na meranie jednosmerného napätia s limitom merania 0 až 20 V.
Kontrola regulátora napätia
Po osadení všetkých dielov na dosku plošných spojov je potrebné na spoločný vodič (mínus) a pin 17 čipu DA1 (plus) priviesť napájacie napätie 12-15 V zo zdroja. Zmenou napätia na výstupe napájacieho zdroja z 12 na 20 V sa musíte pomocou voltmetra uistiť, že napätie na výstupe 2 čipu regulátora napätia DA1 je 9 V. Ak sa napätie líši alebo mení, potom DA1 je chybný.
Mikroobvody série K142EN a analógy majú ochranu proti skratu na výstupe a ak je jeho výstup skratovaný na spoločný vodič, mikroobvod prejde do ochranného režimu a nezlyhá. Ak test ukázal, že napätie na výstupe mikroobvodu je 0, potom to vždy neznamená, že nefunguje správne. Je celkom možné, že medzi dráhami dosky plošných spojov je skrat, alebo je chybný jeden z rádiových prvkov zvyšku obvodu. Na kontrolu mikroobvodu stačí odpojiť jeho výstup 2 od dosky a ak sa na ňom objaví 9 V, potom mikroobvod funguje a je potrebné nájsť a odstrániť skrat.
Kontrola systému prepäťovej ochrany
Rozhodol som sa začať popisovať princíp činnosti obvodu s jednoduchšou časťou obvodu, na ktorú nie sú kladené prísne normy pre odozvové napätie.
Funkciu odpojenia AZU od siete v prípade odpojenia batérie plní časť obvodu zostavená na operačnom diferenciálnom zosilňovači A1.2 (ďalej OU).
Princíp činnosti operačného diferenciálneho zosilňovača
Bez znalosti princípu fungovania operačného zosilňovača je ťažké pochopiť fungovanie obvodu, preto uvediem stručný popis. OU má dva vstupy a jeden výstup. Jeden zo vstupov, ktorý je na diagrame označený znamienkom „+“, sa nazýva neinvertujúci a druhý vstup, ktorý je označený znamienkom „-“ alebo krúžkom, sa nazýva invertujúci. Slovo diferenciálny operačný zosilňovač znamená, že napätie na výstupe zosilňovača závisí od rozdielu napätia na jeho vstupoch. V tomto obvode je operačný zosilňovač zapnutý bez spätnej väzby, v režime komparátora - porovnávanie vstupných napätí.
Ak sa teda napätie na jednom zo vstupov nemení a na druhom sa zmení, tak v momente prechodu cez bod rovnosti napätí na vstupoch sa napätie na výstupe zosilňovača náhle zmení.
Kontrola obvodu prepäťovej ochrany
Vráťme sa k diagramu. Neinvertujúci vstup zosilňovača A1.2 (pin 6) je pripojený k napäťovému deliči zhromaždenému na rezistoroch R13 a R14. Tento delič je pripojený na stabilizované napätie 9 V a preto sa napätie v mieste pripojenia rezistorov nikdy nemení a je 6,75 V. Druhý vstup operačného zosilňovača (vývod 7) je pripojený k druhému deliča napätia, zostavenému na rezistoroch R11 a R12. Tento delič napätia je pripojený k zbernici, ktorá vedie nabíjací prúd a napätie na ňom sa mení v závislosti od veľkosti prúdu a stavu nabitia batérie. Preto sa zodpovedajúcim spôsobom zmení aj hodnota napätia na kolíku 7. Odpory deliča sú zvolené tak, že keď sa napätie nabíjania batérie zmení z 9 na 19 V, napätie na kolíku 7 bude menšie ako na kolíku 6 a napätie na výstupe operačného zosilňovača (kolík 8) bude vyššie. ako 0,8 V a blízko napájacieho napätia operačného zosilňovača. Tranzistor bude otvorený, napätie bude privedené na vinutie relé P2 a zopne kontakty K2.1. Výstupné napätie tiež uzavrie diódu VD11 a odpor R15 sa nebude podieľať na činnosti obvodu.
Akonáhle nabíjacie napätie presiahne 19 V (toto sa môže stať len pri odpojení batérie od výstupu AZU), napätie na kolíku 7 sa zvýši ako na kolíku 6. V tomto prípade napätie na výstupe op. -amp náhle klesne na nulu. Tranzistor sa zatvorí, relé sa vypne a kontakty K2.1 sa otvoria. Napájacie napätie do RAM bude prerušené. V okamihu, keď napätie na výstupe operačného zosilňovača klesne na nulu, dióda VD11 sa otvorí, a teda R15 bude paralelne pripojený k R14 deliča. Napätie na kolíku 6 sa okamžite zníži, čo eliminuje falošné pozitíva v momente rovnosti napätí na vstupoch operačného zosilňovača v dôsledku zvlnenia a šumu. Zmenou hodnoty R15 môžete zmeniť hysteréziu komparátora, teda napätie, pri ktorom sa obvod vráti do pôvodného stavu.
Po pripojení batérie k RAM sa napätie na kolíku 6 opäť nastaví na 6,75 V a na kolíku 7 bude menšie a obvod začne normálne fungovať.
Na kontrolu činnosti obvodu stačí zmeniť napätie na napájacom zdroji z 12 na 20 V a pripojením voltmetra namiesto relé P2 sledovať jeho hodnoty. Keď je napätie nižšie ako 19 V, voltmeter by mal ukazovať napätie 17-18 V (časť napätia klesne cez tranzistor) a pri vyššej hodnote - nula. Stále je vhodné pripojiť vinutie relé k obvodu, potom sa skontroluje nielen činnosť obvodu, ale aj jeho výkon a kliknutím na relé bude možné ovládať činnosť automatizácie bez voltmetra.
Ak obvod nefunguje, musíte skontrolovať napätie na vstupoch 6 a 7, výstupe operačného zosilňovača. Ak sa napätia líšia od vyššie uvedených, musíte skontrolovať hodnoty rezistorov zodpovedajúcich deličov. Ak deličové odpory a dióda VD11 fungujú, potom je operačný zosilňovač chybný.
Na kontrolu obvodu R15, D11 stačí vypnúť jeden zo záverov týchto prvkov, obvod bude fungovať iba bez hysterézie, to znamená zapnutie a vypnutie pri rovnakom napätí dodávanom z napájacieho zdroja. Tranzistor VT12 sa dá ľahko skontrolovať odpojením jednej zo svoriek R16 a monitorovaním napätia na výstupe operačného zosilňovača. Ak sa napätie na výstupe operačného zosilňovača zmení správne a relé je stále zapnuté, dôjde k poruche medzi kolektorom a emitorom tranzistora.
Kontrola obvodu vypnutia batérie, keď je plne nabitá
Princíp činnosti operačného zosilňovača A1.1 sa nelíši od činnosti A1.2, s výnimkou možnosti zmeniť prah napätia pomocou ladiaceho odporu R5.
Na kontrolu činnosti A1.1 sa napájacie napätie dodávané zo zdroja postupne zvyšuje a znižuje v rozmedzí 12-18 V. Keď napätie dosiahne 15,6 V, relé P1 by sa malo vypnúť a kontakty K1.1 prepnú AZU do režimu nabíjania s malým prúdom cez kondenzátor C4. Keď úroveň napätia klesne pod 12,54 V, relé by malo zopnúť a prepnúť AZU do nabíjacieho režimu s prúdom danej hodnoty.
Prahové napätie pri zapnutí 12,54 V je možné upraviť zmenou hodnoty odporu R9, nie je to však potrebné.
Pomocou spínača S2 je možné vypnúť automatickú prevádzku priamym zopnutím relé P1.
Obvod nabíjačky kondenzátora
bez automatického vypnutia
Pre tých, ktorí nemajú dostatočné skúsenosti s montážou elektronických obvodov alebo nepotrebujú na konci nabíjania akumulátora automaticky vypínať nabíjačku, ponúkam zjednodušenú verziu zariadenia na nabíjanie kyselinových autobatérií. Charakteristickým znakom obvodu je jeho jednoduchosť pre opakovanie, spoľahlivosť, vysoká účinnosť a stabilný nabíjací prúd, prítomnosť ochrany proti nesprávnemu pripojeniu batérie, automatické pokračovanie nabíjania v prípade výpadku prúdu.
Princíp stabilizácie nabíjacieho prúdu zostal nezmenený a je zabezpečený zahrnutím bloku kondenzátorov C1-C6 do série so sieťovým transformátorom. Na ochranu pred prepätím na vstupnom vinutí a kondenzátoroch sa používa jeden z párov normálne otvorených kontaktov relé P1.
Keď nie je pripojená batéria, kontakty relé P1 K1.1 a K1.2 sú otvorené a aj keď je nabíjačka pripojená k sieti, do obvodu netečie prúd. To isté sa stane, ak batériu pripojíte omylom v polarite. Pri správnom pripojení batérie prúd z nej preteká cez diódu VD8 do vinutia relé P1, relé sa aktivuje a jeho kontakty K1.1 a K1.2 sa zatvoria. Cez uzavreté kontakty K1.1 je sieťové napätie privádzané do nabíjačky a cez K1.2 je nabíjací prúd privádzaný do batérie.
Na prvý pohľad sa zdá, že kontakty relé K1.2 nie sú potrebné, ale ak tam nie sú, ak je batéria pripojená omylom, prúd bude prúdiť z kladného pólu batérie cez záporný pól. nabíjačky, potom cez diódový mostík a potom priamo na záporný pól batérie a diódy zlyhá pamäťový mostík.
Navrhovaná jednoduchá schéma nabíjania batérií je ľahko prispôsobená na nabíjanie batérií pri 6 V alebo 24 V. Stačí vymeniť relé P1 za príslušné napätie. Na nabíjanie 24V batérií je potrebné zabezpečiť výstupné napätie zo sekundárneho vinutia transformátora T1 minimálne 36V.
V prípade potreby môže byť obvod jednoduchej nabíjačky doplnený o zariadenie na indikáciu nabíjacieho prúdu a napätia, ktoré sa zapne ako v obvode automatickej nabíjačky.
Ako nabíjať autobatériu
automatická vlastnoručná pamäť
Batériu vybratú z auta je potrebné pred nabíjaním očistiť od nečistôt a utrieť vodným roztokom sódy, aby sa odstránili zvyšky kyselín. Ak je na povrchu kyselina, potom vodný roztok sódy napení.
Ak má batéria zátky na plnenie kyseliny, potom je potrebné odskrutkovať všetky zátky, aby plyny vznikajúce v batérii počas nabíjania mohli voľne unikať. Nezabudnite skontrolovať hladinu elektrolytu a ak je nižšia, ako sa vyžaduje, pridajte destilovanú vodu.
Ďalej je potrebné pomocou prepínača S1 na nabíjačke nastaviť hodnotu nabíjacieho prúdu a pripojiť batériu pri dodržaní polarity (kladná svorka batérie musí byť spojená s kladnou svorkou nabíjačky) na jej svorky. Ak je prepínač S3 v spodnej polohe, potom šípka zariadenia na nabíjačke okamžite ukáže napätie, ktoré batéria produkuje. Zostáva zasunúť napájací kábel do zásuvky a začne sa proces nabíjania batérie. Voltmeter už začne ukazovať nabíjacie napätie.
Na fotografii je samočinne vyrobená automatická nabíjačka na nabíjanie 12 V autobatérií s prúdom do 8 A, zostavená v puzdre z milivoltmetra B3-38.
Prečo potrebujete nabíjať autobatériu
nabíjačka
Batéria v aute sa nabíja elektrickým generátorom. Na ochranu elektrických zariadení a spotrebičov pred zvýšeným napätím generovaným autogenerátorom je za ním inštalovaný relé-regulátor, ktorý obmedzuje napätie v palubnej sieti automobilu na 14,1 ± 0,2 V. Na úplné nabitie batérie je potrebné napätie najmenej 14,5 AT.
Nie je teda možné úplne nabiť batériu z generátora a pred príchodom chladného počasia je potrebné batériu dobiť z nabíjačky.
Analýza obvodov nabíjačky
Schéma výroby nabíjačky z počítačového zdroja vyzerá atraktívne. Štrukturálne schémy počítačových zdrojov sú rovnaké, ale elektrické sú odlišné a na zdokonalenie je potrebná vysoká rádiotechnická kvalifikácia.
Zaujal ma kondenzátorový obvod nabíjačky, účinnosť je vysoká, nevyžaruje teplo, poskytuje stabilný nabíjací prúd bez ohľadu na stupeň nabitia batérie a výkyvy v sieti, nebojí sa skratu na výstupe obvodov. Má to však aj nevýhodu. Ak sa počas nabíjania stratí kontakt s batériou, napätie na kondenzátoroch sa niekoľkokrát zvýši (kondenzátory a transformátor tvoria rezonančný oscilačný obvod s frekvenciou siete) a prerazia sa. Bolo potrebné odstrániť iba tento jediný nedostatok, čo sa mi podarilo.
Výsledkom je obvod nabíjačky bez vyššie uvedených nevýhod. Už viac ako 16 rokov s ním nabíjam akékoľvek kyselinové batérie 12 V. Prístroj funguje bezchybne.
Schematická schéma nabíjačky do auta
Schéma domácej nabíjačky je so zdanlivou zložitosťou jednoduchá a pozostáva len z niekoľkých kompletných funkčných jednotiek.
Ak sa vám schéma opakovania zdala komplikovaná, môžete ich zostaviť viac, ktoré fungujú na rovnakom princípe, ale bez funkcie automatického vypnutia pri plnom nabití batérie.
Obvod obmedzovača prúdu na predradných kondenzátoroch
V autonabíjačke kondenzátorov je úprava hodnoty a stabilizácia prúdu nabíjania batérie zabezpečená sériovým zapojením predradných kondenzátorov C4-C9 výkonového transformátora T1 s primárnym vinutím napájacieho transformátora. Čím väčšia je kapacita kondenzátora, tým väčší prúd bude nabíjať batériu.
V praxi ide o hotovú verziu nabíjačky, batériu môžete pripojiť za diódový mostík a nabíjať, no spoľahlivosť takéhoto obvodu je nízka. Ak dôjde k prerušeniu kontaktu s pólmi batérie, kondenzátory môžu zlyhať.
Kapacita kondenzátorov, ktorá závisí od veľkosti prúdu a napätia na sekundárnom vinutí transformátora, môže byť približne určená vzorcom, ale je jednoduchšie navigovať z údajov v tabuľke.
Ak chcete upraviť prúd, aby sa znížil počet kondenzátorov, môžu byť zapojené paralelne v skupinách. Prepínam pomocou dvoch prepínačov, ale môžete umiestniť niekoľko prepínačov.
Schéma ochrany
z chybného zapojenia pólov batérie
Ochranný obvod proti prepólovaniu nabíjačky pri nesprávnom pripojení batérie na svorky je vyhotovený na relé P3. Ak je batéria nesprávne pripojená, dióda VD13 neprechádza prúdom, relé je bez napätia, kontakty relé K3.1 sú otvorené a na svorky batérie netečie žiadny prúd. Pri správnom pripojení sa relé aktivuje, kontakty K3.1 sa uzavrú a batéria sa pripojí k nabíjaciemu obvodu. Takýto ochranný obvod proti prepólovaniu je možné použiť s akoukoľvek nabíjačkou, tranzistorovou aj tyristorovou. Stačí ho zaradiť do prerušenia drôtu, ktorým sa batéria pripája k nabíjačke.
Obvod na meranie prúdu a napätia nabíjania batérie
Vďaka prítomnosti spínača S3 na schéme vyššie je možné pri nabíjaní batérie ovládať nielen množstvo nabíjacieho prúdu, ale aj napätie. Keď je S3 v hornej polohe, meria sa prúd, v dolnej polohe sa meria napätie. Ak nie je nabíjačka pripojená k sieti, voltmeter zobrazí napätie batérie a keď sa batéria nabíja, napätie nabíjania. Ako hlavica bol použitý mikroampérmeter M24 s elektromagnetickým systémom. R17 posúva hlavu v režime merania prúdu a R18 slúži ako delič pri meraní napätia.
Schéma automatického vypnutia pamäte
keď je batéria úplne nabitá
Na napájanie operačného zosilňovača a vytvorenie referenčného napätia bol použitý stabilizačný čip DA1 typu 142EN8G pre 9V. Tento mikroobvod nebol vybraný náhodou. Keď sa teplota puzdra mikroobvodu zmení o 10º, výstupné napätie sa nezmení o viac ako stotiny voltu.
Systém automatického vypnutia nabíjania pri dosiahnutí napätia 15,6 V je vytvorený na polovici čipu A1.1. Pin 4 mikroobvodu je pripojený na delič napätia R7, R8 z ktorého je naň privádzané referenčné napätie 4,5 V. Pin 4 mikroobvodu je pripojený k ďalšiemu deliču na odporoch R4-R6, rezistor R5 je trimr pre nastavenie prah stroja. Hodnota odporu R9 nastavuje nabíjačku na prahovú hodnotu 12,54 V. Vďaka použitiu diódy VD7 a odporu R9 je zabezpečená potrebná hysterézia medzi zapnutým a vypnutým napätím nabíjania batérie.
Schéma funguje nasledovne. Keď je k nabíjačke pripojená autobatéria, ktorej napätie na svorkách je menšie ako 16,5 V, na kolíku 2 mikroobvodu A1.1 sa nastaví napätie dostatočné na otvorenie tranzistora VT1, tranzistor sa otvorí a relé P1 sa zapne. aktivované, pripojenie kontaktov K1.1 k sieti cez blok kondenzátorov primárne vinutie transformátora a začne sa nabíjanie batérie.
Akonáhle nabíjacie napätie dosiahne 16,5 V, napätie na výstupe A1.1 klesne na hodnotu nedostatočnú na udržanie tranzistora VT1 v otvorenom stave. Relé sa vypne a kontakty K1.1 prepoja transformátor cez pohotovostný kondenzátor C4, pri ktorom bude nabíjací prúd 0,5 A. Obvod nabíjačky zostane v tomto stave, kým napätie na batérii neklesne na 12,54 V. As akonáhle bude napätie nastavené na 12,54 V, relé sa opäť zapne a nabíjanie bude pokračovať špecifikovaným prúdom. V prípade potreby je možné spínačom S2 vypnúť automatický riadiaci systém.
Systém automatického sledovania nabíjania batérie teda vylúči možnosť prebitia batérie. Batériu je možné nechať pripojenú k priloženej nabíjačke minimálne celý rok. Tento režim je relevantný pre motoristov, ktorí jazdia iba v lete. Po skončení rally sezóny môžete batériu pripojiť k nabíjačke a vypnúť ju až na jar. Aj keď dôjde k výpadku sieťového napätia, keď sa objaví, nabíjačka bude pokračovať v nabíjaní batérie v normálnom režime
Princíp činnosti obvodu pre automatické vypnutie nabíjačky v prípade prepätia z dôvodu nedostatku záťaže, namontovaného na druhej polovici operačného zosilňovača A1.2, je rovnaký. Len prah pre úplné odpojenie nabíjačky od siete je zvolený na 19 V. Ak je nabíjacie napätie nižšie ako 19 V, napätie na výstupe 8 čipu A1.2 postačuje na udržanie otvoreného tranzistora VT2, pri ktorom napätie je privedené na relé P2. Akonáhle nabíjacie napätie presiahne 19 V, tranzistor sa zopne, relé uvoľní kontakty K2.1 a prívod napätia do nabíjačky sa úplne zastaví. Akonáhle je batéria pripojená, bude napájať automatizačný obvod a nabíjačka sa okamžite vráti do pracovného stavu.
Štruktúra automatickej nabíjačky
Všetky časti nabíjačky sú umiestnené v puzdre miliampérmetra B3-38, z ktorého bol okrem ukazovacieho zariadenia vybratý všetok jeho obsah. Inštalácia prvkov, s výnimkou automatizačného okruhu, sa vykonáva kĺbovou metódou.
Dizajn miliampérmetrového púzdra pozostáva z dvoch pravouhlých rámov spojených štyrmi rohmi. V rohoch sú vytvorené otvory s rovnakým stúpaním, ku ktorým je vhodné pripevniť diely.
Výkonový transformátor TN61-220 je upevnený štyrmi skrutkami M4 na hliníkovej doske s hrúbkou 2 mm, doska je zasa pripevnená skrutkami M3 k spodným rohom skrine. Výkonový transformátor TN61-220 je upevnený štyrmi skrutkami M4 na hliníkovej doske s hrúbkou 2 mm, doska je zasa pripevnená skrutkami M3 k spodným rohom skrine. C1 je tiež inštalovaný na tejto platni. Nižšie uvedená fotografia zobrazuje nabíjačku.
Doska zo sklenených vlákien s hrúbkou 2 mm je tiež pripevnená k horným rohom puzdra a sú k nej priskrutkované kondenzátory C4-C9 a relé P1 a P2. Do týchto rohov je priskrutkovaná aj doska plošných spojov, na ktorej je prispájkovaný obvod automatického riadenia nabíjania batérie. V skutočnosti počet kondenzátorov nie je šesť, ako podľa schémy, ale 14, pretože na získanie kondenzátora s požadovaným menovitým výkonom ich bolo potrebné zapojiť paralelne. Kondenzátory a relé sú pripojené k zvyšku obvodu nabíjačky cez konektor (modrý na fotografii vyššie), čo uľahčilo prístup k ostatným prvkom počas inštalácie.
Na vonkajšej strane zadnej steny je inštalovaný rebrovaný hliníkový chladič na chladenie výkonových diód VD2-VD5. Ďalej je tu poistka Pr1 na 1 A a zástrčka (prevzatá zo zdroja počítača) pre napájanie napätia.
Výkonové diódy nabíjačky sú upevnené dvoma upínacími lištami k chladiču vo vnútri puzdra. Na tento účel je v zadnej stene puzdra vytvorený obdĺžnikový otvor. Toto technické riešenie umožnilo minimalizovať množstvo tepla generovaného vo vnútri puzdra a ušetriť miesto. Vývody diódy a zvodové vodiče sú prispájkované k voľnej tyči vyrobenej zo sklolaminátu potiahnutého fóliou.
Na fotografii je na pravej strane domáca nabíjačka. Inštalácia elektrického obvodu sa vykonáva farebnými vodičmi, striedavé napätie - hnedé, kladné - červené, záporné - modré vodiče. Prierez vodičov vedúcich od sekundárneho vinutia transformátora ku svorkám na pripojenie batérie musí byť aspoň 1 mm2.
Ampérmetrový bočník je asi centimeter dlhý kus vysokoodporového konštantanového drôtu, ktorého konce sú prispájkované do medených pásikov. Dĺžka bočného vodiča sa volí pri kalibrácii ampérmetra. Zobral som drôt z bočníka vyhoreného testera spínačov. Jeden koniec medených pásikov je prispájkovaný priamo na kladnú výstupnú svorku, na druhý pásik, prichádzajúci z kontaktov relé P3, je prispájkovaný hrubý vodič. Žlté a červené vodiče idú do ukazovacieho zariadenia zo skratu.
Obvodová doska automatizácie nabíjačky
Obvod pre automatickú reguláciu a ochranu pred nesprávnym pripojením akumulátora k nabíjačke je prispájkovaný na doske plošných spojov z fóliového sklolaminátu.
Fotografia zobrazuje vzhľad zostaveného obvodu. Vzor plošného spoja obvodu automatického riadenia a ochrany je jednoduchý, otvory sú vyrobené s rozstupom 2,5 mm.
Na fotke vyššie pohľad na plošný spoj z inštalačnej strany dielov s dielmi označenými červenou farbou. Takýto výkres je vhodný pri montáži dosky plošných spojov.
Vyššie uvedený výkres PCB sa vám bude hodiť pri výrobe pomocou technológie laserovej tlačiarne.
A tento výkres dosky s plošnými spojmi je užitočný pri ručnom nanášaní prúdových dráh dosky plošných spojov.
Stupnica ukazovacieho prístroja milivoltmetra V3-38 nezodpovedala požadovaným mieram, musel som si na počítači nakresliť vlastnú verziu, vytlačiť ju na hrubý biely papier a moment prilepiť lepidlom na štandardnú stupnicu.
Vzhľadom na väčšiu mierku a kalibráciu prístroja v oblasti merania bola presnosť odčítania napätia 0,2 V.
Drôty na pripojenie AZU k batérii a sieťovým svorkám
Na vodičoch na pripojenie autobatérie k nabíjačke sú na jednej strane nainštalované krokosvorky a na druhej strane rozdelené hroty. Červený vodič je vybraný na pripojenie kladného pólu batérie, modrý vodič je vybraný na pripojenie záporného pólu. Prierez vodičov na pripojenie batérie k zariadeniu musí byť aspoň 1 mm2.
Nabíjačka sa pripája do elektrickej siete pomocou univerzálneho kábla so zástrčkou a zásuvkou, ako sa používa na pripojenie počítačov, kancelárskej techniky a iných elektrospotrebičov.
O častiach nabíjačky
Používa sa výkonový transformátor T1 typu TN61-220, ktorého sekundárne vinutia sú zapojené do série, ako je znázornené na schéme. Keďže účinnosť nabíjačky je minimálne 0,8 a nabíjací prúd zvyčajne nepresahuje 6 A, postačí akýkoľvek 150-wattový transformátor. Sekundárne vinutie transformátora by malo poskytovať napätie 18-20 V pri zaťažovacom prúde do 8 A. Ak neexistuje hotový transformátor, môžete si vziať akýkoľvek vhodný výkon a previnúť sekundárne vinutie. Pomocou špeciálnej kalkulačky môžete vypočítať počet závitov sekundárneho vinutia transformátora.
Kondenzátory C4-C9 typu MBGCH pre napätie najmenej 350 V. Môžu sa použiť kondenzátory akéhokoľvek typu určené na prevádzku v striedavých obvodoch.
Diódy VD2-VD5 sú vhodné pre akýkoľvek typ, dimenzované na prúd 10 A. VD7, VD11 - akýkoľvek impulzný kremík. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 a VD13 ľubovoľné, odolávajúce prúdu 1 A. LED VD1 - ľubovoľné, použil som VD9 typ KIPD29. Charakteristickým znakom tejto LED je, že pri prepólovaní zapojenia mení farbu žiaru. Na jeho spínanie sa používajú kontakty K1.2 relé P1. Keď sa nabíja hlavný prúd, LED dióda svieti žlto a pri prepnutí do režimu nabíjania batérie sa rozsvieti zelená. Namiesto binárnej LED môžete nainštalovať dve ľubovoľné jednofarebné LED tak, že ich spojíte podľa schémy nižšie.
Ako operačný zosilňovač bol zvolený KR1005UD1, analóg zahraničného AN6551. Takéto zosilňovače boli použité v zvukovej a video jednotke vo videorekordéri VM-12. Zosilňovač je dobrý, pretože nepotrebuje bipolárne napájanie, korekčné obvody a zostáva prevádzkyschopný s napájacím napätím 5 až 12 V. Môžete ho nahradiť takmer akýmkoľvek podobným. Dobre sa hodí na výmenu mikroobvodov, napríklad LM358, LM258, LM158, ale majú iné číslovanie kolíkov a budete musieť vykonať zmeny v dizajne dosky s plošnými spojmi.
Relé P1 a P2 sú ľubovoľné pre napätie 9-12 V a kontakty určené pre spínaný prúd 1 A. R3 pre napätie 9-12 V a spínací prúd 10 A, napríklad RP-21-003. Ak je v relé niekoľko kontaktných skupín, je vhodné ich spájať paralelne.
Spínač S1 akéhokoľvek typu, určený na prevádzku pri napätí 250 V a s dostatočným počtom spínacích kontaktov. Ak nepotrebujete krok regulácie prúdu 1 A, potom môžete dať niekoľko prepínačov a nastaviť nabíjací prúd, povedzme, 5 A a 8 A. Ak nabíjate iba autobatérie, potom je toto rozhodnutie plne opodstatnené. Spínač S2 slúži na deaktiváciu systému riadenia úrovne nabitia. Ak sa batéria nabíja vysokým prúdom, systém môže fungovať skôr, ako bude batéria úplne nabitá. V takom prípade môžete systém vypnúť a pokračovať v nabíjaní v manuálnom režime.
Vhodná je akákoľvek elektromagnetická hlavica pre merač prúdu a napätia s celkovou odchýlkou prúdu 100 μA, napríklad typ M24. Ak nie je potrebné merať napätie, ale iba prúd, môžete nainštalovať hotový ampérmeter navrhnutý pre maximálny konštantný merací prúd 10 A a ovládať napätie pomocou externého číselníka alebo multimetra pripojením k kontakty batérie.
Nastavenie jednotky automatického nastavenia a ochrany AZU
Pri bezchybnej montáži dosky a prevádzkyschopnosti všetkých rádiových prvkov bude obvod fungovať okamžite. Zostáva iba nastaviť prah napätia pomocou odporu R5, po dosiahnutí ktorého sa nabíjanie batérie prepne do režimu nabíjania s nízkym prúdom.
Nastavenie je možné vykonať priamo počas nabíjania batérie. Napriek tomu je lepšie sa uistiť, skontrolovať a nastaviť automatický riadiaci a ochranný obvod AZU pred jeho inštaláciou do puzdra. K tomu potrebujete jednosmerný zdroj, ktorý má schopnosť regulovať výstupné napätie v rozsahu od 10 do 20 V, určený pre výstupný prúd 0,5-1 A. Z meracích prístrojov budete potrebovať akýkoľvek voltmeter , tester alebo multimeter určený na meranie jednosmerného napätia s limitom merania 0 až 20 V.
Kontrola regulátora napätia
Po osadení všetkých dielov na dosku plošných spojov je potrebné na spoločný vodič (mínus) a pin 17 čipu DA1 (plus) priviesť napájacie napätie 12-15 V zo zdroja. Zmenou napätia na výstupe napájacieho zdroja z 12 na 20 V sa musíte pomocou voltmetra uistiť, že napätie na výstupe 2 čipu regulátora napätia DA1 je 9 V. Ak sa napätie líši alebo mení, potom DA1 je chybný.
Mikroobvody série K142EN a analógy majú ochranu proti skratu na výstupe a ak je jeho výstup skratovaný na spoločný vodič, mikroobvod prejde do ochranného režimu a nezlyhá. Ak test ukázal, že napätie na výstupe mikroobvodu je 0, potom to vždy neznamená, že nefunguje správne. Je celkom možné, že medzi dráhami dosky plošných spojov je skrat, alebo je chybný jeden z rádiových prvkov zvyšku obvodu. Na kontrolu mikroobvodu stačí odpojiť jeho výstup 2 od dosky a ak sa na ňom objaví 9 V, potom mikroobvod funguje a je potrebné nájsť a odstrániť skrat.
Kontrola systému prepäťovej ochrany
Rozhodol som sa začať popisovať princíp činnosti obvodu s jednoduchšou časťou obvodu, na ktorú nie sú kladené prísne normy pre odozvové napätie.
Funkciu odpojenia AZU od siete v prípade odpojenia batérie plní časť obvodu zostavená na operačnom diferenciálnom zosilňovači A1.2 (ďalej OU).
Princíp činnosti operačného diferenciálneho zosilňovača
Bez znalosti princípu fungovania operačného zosilňovača je ťažké pochopiť fungovanie obvodu, preto uvediem stručný popis. OU má dva vstupy a jeden výstup. Jeden zo vstupov, ktorý je na diagrame označený znamienkom „+“, sa nazýva neinvertujúci a druhý vstup, ktorý je označený znamienkom „-“ alebo krúžkom, sa nazýva invertujúci. Slovo diferenciálny operačný zosilňovač znamená, že napätie na výstupe zosilňovača závisí od rozdielu napätia na jeho vstupoch. V tomto obvode je operačný zosilňovač zapnutý bez spätnej väzby, v režime komparátora - porovnávanie vstupných napätí.
Ak sa teda napätie na jednom zo vstupov nemení a na druhom sa zmení, tak v momente prechodu cez bod rovnosti napätí na vstupoch sa napätie na výstupe zosilňovača náhle zmení.
Kontrola obvodu prepäťovej ochrany
Vráťme sa k diagramu. Neinvertujúci vstup zosilňovača A1.2 (pin 6) je pripojený k napäťovému deliči zhromaždenému na rezistoroch R13 a R14. Tento delič je pripojený na stabilizované napätie 9 V a preto sa napätie v mieste pripojenia rezistorov nikdy nemení a je 6,75 V. Druhý vstup operačného zosilňovača (vývod 7) je pripojený k druhému deliča napätia, zostavenému na rezistoroch R11 a R12. Tento delič napätia je pripojený k zbernici, ktorá vedie nabíjací prúd a napätie na ňom sa mení v závislosti od veľkosti prúdu a stavu nabitia batérie. Preto sa zodpovedajúcim spôsobom zmení aj hodnota napätia na kolíku 7. Odpory deliča sú zvolené tak, že keď sa napätie nabíjania batérie zmení z 9 na 19 V, napätie na kolíku 7 bude menšie ako na kolíku 6 a napätie na výstupe operačného zosilňovača (kolík 8) bude vyššie. ako 0,8 V a blízko napájacieho napätia operačného zosilňovača. Tranzistor bude otvorený, napätie bude privedené na vinutie relé P2 a zopne kontakty K2.1. Výstupné napätie tiež uzavrie diódu VD11 a odpor R15 sa nebude podieľať na činnosti obvodu.
Akonáhle nabíjacie napätie presiahne 19 V (toto sa môže stať len pri odpojení batérie od výstupu AZU), napätie na kolíku 7 sa zvýši ako na kolíku 6. V tomto prípade napätie na výstupe op. -amp náhle klesne na nulu. Tranzistor sa zatvorí, relé sa vypne a kontakty K2.1 sa otvoria. Napájacie napätie do RAM bude prerušené. V okamihu, keď napätie na výstupe operačného zosilňovača klesne na nulu, dióda VD11 sa otvorí, a teda R15 bude paralelne pripojený k R14 deliča. Napätie na kolíku 6 sa okamžite zníži, čo eliminuje falošné pozitíva v momente rovnosti napätí na vstupoch operačného zosilňovača v dôsledku zvlnenia a šumu. Zmenou hodnoty R15 môžete zmeniť hysteréziu komparátora, teda napätie, pri ktorom sa obvod vráti do pôvodného stavu.
Po pripojení batérie k RAM sa napätie na kolíku 6 opäť nastaví na 6,75 V a na kolíku 7 bude menšie a obvod začne normálne fungovať.
Na kontrolu činnosti obvodu stačí zmeniť napätie na napájacom zdroji z 12 na 20 V a pripojením voltmetra namiesto relé P2 sledovať jeho hodnoty. Keď je napätie nižšie ako 19 V, voltmeter by mal ukazovať napätie 17-18 V (časť napätia klesne cez tranzistor) a pri vyššej hodnote - nula. Stále je vhodné pripojiť vinutie relé k obvodu, potom sa skontroluje nielen činnosť obvodu, ale aj jeho výkon a kliknutím na relé bude možné ovládať činnosť automatizácie bez voltmetra.
Ak obvod nefunguje, musíte skontrolovať napätie na vstupoch 6 a 7, výstupe operačného zosilňovača. Ak sa napätia líšia od vyššie uvedených, musíte skontrolovať hodnoty rezistorov zodpovedajúcich deličov. Ak deličové odpory a dióda VD11 fungujú, potom je operačný zosilňovač chybný.
Na kontrolu obvodu R15, D11 stačí vypnúť jeden zo záverov týchto prvkov, obvod bude fungovať iba bez hysterézie, to znamená zapnutie a vypnutie pri rovnakom napätí dodávanom z napájacieho zdroja. Tranzistor VT12 sa dá ľahko skontrolovať odpojením jednej zo svoriek R16 a monitorovaním napätia na výstupe operačného zosilňovača. Ak sa napätie na výstupe operačného zosilňovača zmení správne a relé je stále zapnuté, dôjde k poruche medzi kolektorom a emitorom tranzistora.
Kontrola obvodu vypnutia batérie, keď je plne nabitá
Princíp činnosti operačného zosilňovača A1.1 sa nelíši od činnosti A1.2, s výnimkou možnosti zmeniť prah napätia pomocou ladiaceho odporu R5.
Na kontrolu činnosti A1.1 sa napájacie napätie dodávané zo zdroja postupne zvyšuje a znižuje v rozmedzí 12-18 V. Keď napätie dosiahne 15,6 V, relé P1 by sa malo vypnúť a kontakty K1.1 prepnú AZU do režimu nabíjania s malým prúdom cez kondenzátor C4. Keď úroveň napätia klesne pod 12,54 V, relé by malo zopnúť a prepnúť AZU do nabíjacieho režimu s prúdom danej hodnoty.
Prahové napätie pri zapnutí 12,54 V je možné upraviť zmenou hodnoty odporu R9, nie je to však potrebné.
Pomocou spínača S2 je možné vypnúť automatickú prevádzku priamym zopnutím relé P1.
Obvod nabíjačky kondenzátora
bez automatického vypnutia
Pre tých, ktorí nemajú dostatočné skúsenosti s montážou elektronických obvodov alebo nepotrebujú na konci nabíjania akumulátora automaticky vypínať nabíjačku, ponúkam zjednodušenú verziu zariadenia na nabíjanie kyselinových autobatérií. Charakteristickým znakom obvodu je jeho jednoduchosť pre opakovanie, spoľahlivosť, vysoká účinnosť a stabilný nabíjací prúd, prítomnosť ochrany proti nesprávnemu pripojeniu batérie, automatické pokračovanie nabíjania v prípade výpadku prúdu.
Princíp stabilizácie nabíjacieho prúdu zostal nezmenený a je zabezpečený zahrnutím bloku kondenzátorov C1-C6 do série so sieťovým transformátorom. Na ochranu pred prepätím na vstupnom vinutí a kondenzátoroch sa používa jeden z párov normálne otvorených kontaktov relé P1.
Keď nie je pripojená batéria, kontakty relé P1 K1.1 a K1.2 sú otvorené a aj keď je nabíjačka pripojená k sieti, do obvodu netečie prúd. To isté sa stane, ak batériu pripojíte omylom v polarite. Pri správnom pripojení batérie prúd z nej preteká cez diódu VD8 do vinutia relé P1, relé sa aktivuje a jeho kontakty K1.1 a K1.2 sa zatvoria. Cez uzavreté kontakty K1.1 je sieťové napätie privádzané do nabíjačky a cez K1.2 je nabíjací prúd privádzaný do batérie.
Na prvý pohľad sa zdá, že kontakty relé K1.2 nie sú potrebné, ale ak tam nie sú, ak je batéria pripojená omylom, prúd bude prúdiť z kladného pólu batérie cez záporný pól. nabíjačky, potom cez diódový mostík a potom priamo na záporný pól batérie a diódy zlyhá pamäťový mostík.
Navrhovaná jednoduchá schéma nabíjania batérií je ľahko prispôsobená na nabíjanie batérií pri 6 V alebo 24 V. Stačí vymeniť relé P1 za príslušné napätie. Na nabíjanie 24V batérií je potrebné zabezpečiť výstupné napätie zo sekundárneho vinutia transformátora T1 minimálne 36V.
V prípade potreby môže byť obvod jednoduchej nabíjačky doplnený o zariadenie na indikáciu nabíjacieho prúdu a napätia, ktoré sa zapne ako v obvode automatickej nabíjačky.
Ako nabíjať autobatériu
automatická vlastnoručná pamäť
Batériu vybratú z auta je potrebné pred nabíjaním očistiť od nečistôt a utrieť vodným roztokom sódy, aby sa odstránili zvyšky kyselín. Ak je na povrchu kyselina, potom vodný roztok sódy napení.
Ak má batéria zátky na plnenie kyseliny, potom je potrebné odskrutkovať všetky zátky, aby plyny vznikajúce v batérii počas nabíjania mohli voľne unikať. Nezabudnite skontrolovať hladinu elektrolytu a ak je nižšia, ako sa vyžaduje, pridajte destilovanú vodu.
Ďalej je potrebné pomocou prepínača S1 na nabíjačke nastaviť hodnotu nabíjacieho prúdu a pripojiť batériu pri dodržaní polarity (kladná svorka batérie musí byť spojená s kladnou svorkou nabíjačky) na jej svorky. Ak je prepínač S3 v spodnej polohe, potom šípka zariadenia na nabíjačke okamžite ukáže napätie, ktoré batéria produkuje. Zostáva zasunúť napájací kábel do zásuvky a začne sa proces nabíjania batérie. Voltmeter už začne ukazovať nabíjacie napätie.
Túto nabíjačku som vyrobil na nabíjanie autobatérií, výstupné napätie je 14,5 voltov, maximálny nabíjací prúd je 6 A. Dokáže však nabíjať aj iné batérie, napríklad lítium-iónové, pretože výstupné napätie a výstupný prúd je možné nastaviť cez veľký rozsah. Hlavné komponenty nabíjačky boli zakúpené z webovej stránky Aliexpress.
Sú to tieto komponenty:
Ďalej budete potrebovať elektrolytický kondenzátor 2200 uF pri 50 V, transformátor pre nabíjačku TS-180-2 (pozrite sa, ako odspájkovať transformátor TS-180-2), vodiče, zástrčku, poistky, radiátor pre diódový mostík, krokodíly. Môžete použiť iný transformátor s výkonom aspoň 150 W (pre nabíjací prúd 6 A), sekundárne vinutie musí byť dimenzované na prúd 10 A a produkovať napätie 15 - 20 voltov. Diódový mostík môže byť zostavený z jednotlivých diód dimenzovaných na prúd aspoň 10A, napríklad D242A.
Drôty v nabíjačke by mali byť hrubé a krátke. Diódový mostík musí byť pripevnený k veľkému radiátoru. Je potrebné zvýšiť radiátory DC-DC meniča, prípadne použiť ventilátor na chladenie.
Zostava nabíjačky
Kábel so zástrčkou a poistkou pripojte k primárnemu vinutiu transformátora TC-180-2, nainštalujte diódový mostík na radiátor, pripojte diódový mostík a sekundárne vinutie transformátora. Prispájkujte kondenzátor na kladný a záporný pól diódového mostíka.
Pripojte transformátor k 220 voltovej sieti a zmerajte napätie pomocou multimetra. Dostal som tieto výsledky:
- Striedavé napätie na svorkách sekundárneho vinutia je 14,3 voltov (sieťové napätie je 228 voltov).
- Jednosmerné napätie po diódovom mostíku a kondenzátore 18,4 voltov (bez záťaže).
Na základe schémy pripojte na DC-DC diódový mostík znižovací menič a voltampérmeter.
Nastavenie výstupného napätia a nabíjacieho prúdu
Na doske DC-DC meniča sú nainštalované dva trimovacie odpory, jeden umožňuje nastaviť maximálne výstupné napätie, druhý môže nastaviť maximálny nabíjací prúd.
Zapojte nabíjačku do siete (k výstupným vodičom nie je nič pripojené), indikátor zobrazí napätie na výstupe zariadenia a prúd je nulový. Na výstupe nastavte potenciometer napätia na 5 voltov. Výstupné vodiče medzi sebou uzavrieme, potenciometrom prúdu nastavíme skratový prúd na 6 A. Potom skrat odstránime odpojením výstupných vodičov a napäťového potenciometra, výstup nastavíme na 14,5V.
Táto nabíjačka sa nebojí skratu na výstupe, ale môže zlyhať, ak je polarita obrátená. Na ochranu pred prepólovaním je možné do medzery kladného vodiča smerujúceho k batérii nainštalovať výkonnú Schottkyho diódu. Takéto diódy majú pri priamom pripojení nízky pokles napätia. Pri takejto ochrane, ak otočíte polaritu pri pripájaní batérie, nebude tiecť žiadny prúd. Je pravda, že túto diódu bude potrebné nainštalovať na radiátor, pretože cez ňu bude pri nabíjaní pretekať veľký prúd.
Vhodné diódové zostavy sa používajú v počítačových zdrojoch. V takejto zostave sú dve Schottkyho diódy so spoločnou katódou, budú musieť byť paralelizované. Pre našu nabíjačku sú vhodné diódy s prúdom minimálne 15 A.
Treba mať na pamäti, že v takýchto zostavách je katóda pripojená k puzdru, takže tieto diódy musia byť inštalované na radiátor cez izolačné tesnenie.
Je potrebné opäť upraviť hornú hranicu napätia, berúc do úvahy pokles napätia na ochranných diódach. Na tento účel musí byť potenciometer napätia na doske DC-DC meniča nastavený na 14,5 V merané multimetrom priamo na výstupných svorkách nabíjačky.
Ako nabíjať batériu
Batériu utrite handrou namočenou v roztoku sódy a potom ju osušte. Odskrutkujte zátky a skontrolujte hladinu elektrolytu, v prípade potreby pridajte destilovanú vodu. Počas nabíjania musia byť zástrčky vypnuté. Do vnútra batérie sa nesmú dostať nečistoty a nečistoty. Miestnosť, v ktorej sa batéria nabíja, musí byť dobre vetraná.
Pripojte batériu k nabíjačke a zapojte zariadenie do elektrickej siete. Počas nabíjania sa napätie postupne zvýši na 14,5 voltov, prúd sa časom zníži. Batériu možno podmienečne považovať za nabitú, keď nabíjací prúd klesne na 0,6 - 0,7 A.
Dodržiavanie prevádzkového režimu batérií a najmä režimu nabíjania zaručuje ich bezproblémovú prevádzku počas celej životnosti. Batérie sa nabíjajú prúdom, ktorého hodnotu je možné určiť podľa vzorca
kde I je priemerný nabíjací prúd, A., a Q je menovitá elektrická kapacita batérie, Ah.
Klasická nabíjačka autobatérií pozostáva zo znižovacieho transformátora, usmerňovača a regulátora nabíjacieho prúdu. Drôtové reostaty sa používajú ako prúdové regulátory (pozri obr. 1) a tranzistorové prúdové stabilizátory.
V oboch prípadoch sa na týchto prvkoch uvoľňuje značný tepelný výkon, čo znižuje účinnosť nabíjačky a zvyšuje pravdepodobnosť jej zlyhania.
Na nastavenie nabíjacieho prúdu môžete použiť zásobník kondenzátorov, ktoré sú zapojené do série s primárnym (sieťovým) vinutím transformátora a fungujú ako reaktancie, ktoré tlmia nadmerné sieťové napätie. Zjednodušená verzia takéhoto zariadenia je znázornená na obr. 2.
V tomto obvode sa tepelný (aktívny) výkon uvoľňuje iba na diódach VD1-VD4 usmerňovacieho mostíka a transformátora, takže zahrievanie zariadenia je zanedbateľné.
Nevýhodou na obr. 2 je potreba zabezpečiť, aby napätie na sekundárnom vinutí transformátora bolo jedenapolkrát väčšie ako menovité napätie záťaže (~ 18÷20V).
Nabíjací obvod, ktorý zabezpečuje nabíjanie 12-voltových batérií prúdom do 15 A, pričom nabíjací prúd je možné meniť od 1 do 15 A v krokoch po 1 A, je znázornený na obr. 3.
Po úplnom nabití batérie je možné zariadenie automaticky vypnúť. Nebojí sa krátkodobých skratov v zaťažovacom obvode a prestávok v ňom.
Pomocou spínačov Q1 - Q4 môžete pripojiť rôzne kombinácie kondenzátorov a tým regulovať nabíjací prúd.
Variabilný odpor R4 nastavuje prah odozvy K2, ktorý by mal fungovať, keď sa napätie na svorkách batérie rovná napätiu plne nabitej batérie.
Na obr. 4 je znázornená ďalšia nabíjačka, v ktorej je nabíjací prúd plynule nastaviteľný od nuly po maximálnu hodnotu.
Zmena prúdu v záťaži sa dosiahne nastavením uhla otvorenia trinistora VS1. Riadiaca jednotka je vyrobená na unijunkčnom tranzistore VT1. Hodnota tohto prúdu je určená polohou posúvača premenlivého odporu R5. Maximálny nabíjací prúd batérie je 10A, nastavený ampérmetrom. Zariadenie je zabezpečené na strane siete a záťaže poistkami F1 a F2.
Variant dosky plošných spojov nabíjačky (pozri obr. 4) s rozmermi 60x75 mm je znázornený na nasledujúcom obrázku:
V diagrame na obr. 4 sekundárne vinutie transformátora musí byť dimenzované na prúd trojnásobok nabíjacieho prúdu, a teda výkon transformátora musí byť tiež trojnásobkom výkonu spotrebovaného batériou.
Táto okolnosť je významnou nevýhodou nabíjačiek s trinistorom (tyristorom) regulátora prúdu.
Poznámka:
Diódy usmerňovacieho mostíka VD1-VD4 a tyristor VS1 musia byť inštalované na radiátoroch.
Prenesením riadiaceho prvku z obvodu sekundárneho vinutia transformátora do obvodu primárneho vinutia je možné výrazne znížiť výkonové straty v trinistore, a tým zvýšiť účinnosť nabíjačky. takéto zariadenie je znázornené na obr. 5.
V diagrame na obr. 5 je riadiaca jednotka podobná tej, ktorá bola použitá v predchádzajúcej verzii zariadenia. Trinistor VS1 je zahrnutý v uhlopriečke usmerňovacieho mostíka VD1 - VD4. Pretože prúd primárneho vinutia transformátora je približne 10-krát menší ako nabíjací prúd, na diódy VD1-VD4 a trinistor VS1 sa uvoľňuje relatívne malý tepelný výkon a nevyžadujú inštaláciu na radiátory. Okrem toho použitie trinistora v primárnom obvode transformátora umožnilo mierne zlepšiť tvar krivky nabíjacieho prúdu a znížiť hodnotu tvarového faktora krivky prúdu (čo vedie aj k zvýšeniu účinnosti nabíjačky). Nevýhodou tejto nabíjačky je galvanické prepojenie so sieťou prvkov riadiacej jednotky, s čím je potrebné počítať už pri vývoji konštrukcie (napríklad použiť variabilný odpor s plastovou osou).
Variant dosky plošných spojov nabíjačky na obrázku 5 s rozmermi 60 x 75 mm je znázornený na obrázku nižšie:
Poznámka:
Diódy usmerňovacieho mostíka VD5-VD8 musia byť inštalované na radiátoroch.
Na nabíjačke na obrázku 5 je diódový mostík VD1-VD4 typu KTs402 alebo KTs405 s písmenami A, B, C. Zenerova dióda VD3 typu KS518, KS522, KS524 alebo zložená z dvoch rovnakých zenerových diód s celkové stabilizačné napätie 16 ÷ 24 voltov (KS482, D808, KS510 atď.). Tranzistor VT1 je jednoprechodový, typ KT117A, B, C, D. Diódový mostík VD5-VD8 je tvorený diódami, s prac. prúd nie menší ako 10 ampérov(D242÷D247 a ďalšie). Diódy sú inštalované na radiátoroch s plochou najmenej 200 cm2 a radiátory sa veľmi zahrievajú, môžete nainštalovať ventilátor na fúkanie do puzdra nabíjačky.