В статье рассматривается схема несложного устройства, дополнив которым ваше зарядное устройство (ЗУ), процесс зарядки может быть автоматизирован. Так же оно поможет содержать ваш аккумулятор в заряженном состоянии в период длительного хранения, что способствует значительному увеличению его срока службы.
Устройства представляет собой электронное реле, следящее за напряжением подключенного аккумулятора. Реле имеет два порога срабатывания по наибольшему и наименьшему значению напряжения, выставленным в процессе наладки.
Контактная группа К1.1 подключается в разрыв одного из проводов, идущего на клеммник для подключения аккумуляторной батареи. Устройство также запитано с этого клеммника.
Настройка устройства. Для настройки узла понадобится источник питания с регулируемым значением напряжения. Подаем питание на вход XS1 (рис. 1). Устанавливаем движок резистора R 2 в верхнее по схеме положение, а R3 в нижнее. Выставляем значение напряжения 14,5 В. При этом транзистор VT 2 должен быть закрыт, а реле К1 должно быть обесточено. Регулировкой R 3 добиваемся срабатывания реле К1. Теперь устанавливаем напряжение в 12,9 В, регулировкой R 2 добиваемся выключения К1.
Т.к контакты реле К1.2, в отключенном состоянии, шунтируют резистор R 2, настройки срабатывания и отключения К1 являются независимыми друг от друга.
О деталях устройства. Резисторы R 2, R 3 подстроечные, тип СП-5, прецизионный стабилитрон Д818 можно заменить на два включенных встречно Д814 с близкими значениями стабилизации напряжения. Реле К1 с напряжением питания 12 В, с двумя группами нормальнозамкнутых контактов. Контактная группу К1.1, должна быть рассчитанна на ток зарядки аккумулятора.
Зарядное устройство-приставка, т.е. зарядное устройство (ЗУ или ЗУ-приставка) не имеющее собственного источника питания.
Источником питания для устройства могут выступать ИИП, БП, трансформаторы, солнечные батареи, ветрогенераторы, аккумуляторы, бортсети транспорта, напряжением от 20 до 60 Вольт постоянного тока или от 18 до 42 Вольт переменного тока. Можно увеличить верхний диапазон, но для этого необходимо будет изменить номиналы комплектующих входного каскада и входное напряжение внутренних стабилизаторов напряжения на +12 и +5 В.
Зарядное устройство может работать в нескольких режимах:
- Заряжать/разряжать любые аккумуляторы, по выбранному, пользователем, алгоритму, токами и напряжениями, на каждом из этапов алгоритма, в диапазоне 0-40В и 0-50А. Разрядник до 18А, а при наличии внешней активной нагрузки, устанавливаемой вместо предохранителя F3 и замене номиналов токовых резисторов с 0.33 Ома на 0.15 Ома 10Вт, то до 40А.
- Выступать в роли лабораторного БП или программируемого источника питания, в диапазоне 0-40В и 0-50А.
- МРРТ-контроллер - заряд АКБ, когда источником является солнечные батареи или ветрогенератор (поддержано железом, но пока не реализовано в ПО)
- В холостую, быть включенным, но не выдавая на выход не чего - гальванически отключенная нагрузка и выключенный силовой преобразователь.
Алгоритмы заряда аккумуляторов:
- IUoU - поэтапная стабилизация, сначала тока ("I" - стабилизация тока) - этап основного заряда, до достижения, на клеммах АКБ, напряжения следующего этапа стабилизации по напряжению ("U" - стабилизация напряжения) - этап заряда при стабилизированном напряжении, стабилизация по напряжению удерживается до значения минимального зарядного тока ("о" - тока отключения), после отключения ЗУ, ожидается падение напряжения на клеммах АКБ до значения напряжения следующего этапа стабилизации напряжения ("U" - стабилизация напряжения) - этап хранения, удерживая значение напряжения на клеммах АКБ бесконечно долго, пока АКБ подключен к ЗУ. Если, на любом из этапов алгоритма, произойдёт отключение источника питания, то при возобновлении питания, ЗУ возобновит работу заданного алгоритма, с этапа, который был до выключения. Все программируемые значения токов, напряжений, алгоритма и его этапов хранятся в энергонезависимой памяти EEPROM.
- IUIoU - поэтапная стабилизация, сначала тока ("I" - стабилизация тока) - этап основного заряда, до достижения, на клеммах АКБ, напряжения следующего этапа стабилизации по напряжению ("U" - стабилизация напряжения) - этап заряда при стабилизированном напряжении, стабилизация по напряжению удерживается до значения зарядного тока следующего этапа стабилизации тока ("I" - стабилизация тока) - этап так называемой "добивки" и продолжается до тех пор пока напряжение на клеммах АКБ не достигнет значения ограничения напряжения или напряжение не будет расти в течении 2 часов, после чего происходит отключение АКБ от ЗУ ("о" - отключение), после отключения, ожидается падение напряжения на клеммах АКБ до значения напряжения следующего этапа стабилизации напряжения ("U" - стабилизация напряжения) - этап хранения, удерживая значение напряжения на клеммах АКБ бесконечно долго, пока АКБ подключен к ЗУ. Если, на любом из этапов алгоритма, произойдёт отключение источника питания, то при возобновлении питания, ЗУ возобновит работу заданного алгоритма, с этапа, который был до выключения. Все программируемые значения токов, напряжений, алгоритма и его этапов хранятся в энергонезависимой памяти EEPROM.
- IUo - тоже, что и в пункте 1, но без этапа хранения - АКБ отключается в конце заряда
- IUIo - тоже, что и в пункте 2, но без этапа хранения - АКБ отключается в конце заряда
- "Качели" - заряд с ограничением тока и напряжения, т.е. заряд заданным током, до заданного напряжения, с последующим отключением и ожиданием до заданного напряжения падения, далее по кругу (циклу), пока зарядный ток не упадет до заданного тока отключения.
- "Ассиметричный" - чередование, заряда заданным током, до заданного напряжения и разрядом заданным током, в соотношении времени заряд/разряд.
- Разряд заданным током, до заданного напряжения, при достижении которого напряжение стабилизируется, а ток уменьшается, до тех пор пока ток не упадёт до заданного значения.
- Комбинации алгоритмов - КТЦ (разряд заряженного АКБ + последующий заряд по алгоритму IUIo), три КТЦ подряд.
Схема подключения микроконтроллера:
Схема усиленного блока разряда (с увеличенным макс. током разряда):
Фото устройства:
Принцип работы устройства:
При включении устройства все ЦАП устанавливаются в нулевое значение, блокируются ШИМ-контроллер и драйвер полумоста, производится проверка, программно, нет ли не завершенных процессов, если есть включается их продолжение, если нет остаётся выключенным, программа (ПО) выходит в основное меню. Из основного меню пользователь задаёт значения напряжений и токов, для каждого из этапов, выбранного алгоритма работы с АКБ или указывает ток и напряжение для режима лабораторного БП. А так-же, из основного меню, пользователь может установить настройку даты и времени, откалибровать датчик тока и проверить работоспособность EEPROM.
Во время процессов работы МК задаёт, соответствующим ЦАП-ам, уровни напряжения, которые подаются на соответствующие ОУ-ошибки ШИМ-контроллера TL494 или ОУ разрядника. ОУ ошибки сравнивает уровни ЦАП-ов с уровнями поступающие с выходного каскада, выставляя соответствующую скважность ШИМ. Сигнал ШИМ поступает на драйвер полумоста IR2184 и поочерёдно включает/выключает ключи полумоста, с заданным мертвым временем. Тем самым обеспечивая работу синхронного понижающего DC-DC преобразователя (Чоппер). МК измеряет, при помощи АЦП, выходное напряжение, ток, напряжение источника, напряжение нагрузки, сравнивая с заданными значениями, пользователем, напряжений и тока, корректируя уровни заданных ЦАП-ов. МК отображает всю полученную информацию на дисплее, "в реальном времени". Пользователь во время процесса может корректировать значения заданных напряжений и тока. При возникновении не штатных ситуаций, МК отключает преобразователь, АКБ от ЗУ гальванически и информирует пользователя о, обрыве цепи АКБ, превышении значений напряжения или тока.
Пользователь самостоятельно может обновлять прошивку с компьютера по USB, при помощи программы AVRProg и бутлоадера в МК.
Схемы и прошивка (ПО) распространяются бесплатно только для индивидуального повтора, коммерческое использование запрещено.
Исходный код ПО (прошивки) не распространяется и является интеллектуальной собственностью Автора.
С Уважением Торопов Роман Юрьевич, г. Пермь.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Силовой блок устройства | |||||||
| VDS1, VD1, VD3, D6 и D7 | Диод Шоттки | 60CPQ150 | 8 | Любые диоды, желательно шоттке, током более 50А, напряжением более входного и как можно меньшим прямым напряжением | В блокнот | ||
| D1 | Диод Шоттки | SR560 | 1 | В блокнот | |||
| D2, D3 | Диод Шоттки | 1N5822 | 2 | В блокнот | |||
| VD2, VD4, D4, D5 | Выпрямительный диод | MUR120RLG | 4 | В блокнот | |||
| VT1, VT2, VT4 | Биполярный транзистор | BCR56 | 3 | В блокнот | |||
| VT3, VT5 | MOSFET-транзистор | IRFP4321PBF | 2 | В блокнот | |||
| IR2184 | Драйвер питания и MOSFET | IR2184 | 1 | Драйвер полумоста | В блокнот | ||
| TL494 | ШИМ контроллер | TL494 | 1 | ШИМ-контроллер | В блокнот | ||
| VR2, VR4 | DC/DC импульсный конвертер | LM2576HV | 2 | на +5В и на +12В | В блокнот | ||
| DA1 | Датчик тока | ACS758LCB-050B-PFF-T | 1 | двунаправленный Датчик тока на эффекте Холла +/- 50А | В блокнот | ||
| L1, L2 | Дроссель | 100 мкГн 3А | 2 | В блокнот | |||
| L3 | Дроссель | 30...60 мкГн 60А на частоте преобразования 95 КГц | 1 | ! | В блокнот | ||
| R11-R15, R17-R23, R25, R27, R29-R30 | SMD резисторы | 1% 0805 | 16 | 200R, 1K, 10K, 12K, 20K, 10M | В блокнот | ||
| R16, R24 | SMD резисторы | 5% 2512 | 2 | 5.6R | В блокнот | ||
| R26 | прецизионный резистор | 18КОм 0.05% | 1 | ! | В блокнот | ||
| R28 | прецизионный резистор | 2КОм 0.05% | 1 | ! | В блокнот | ||
| С24 | 10000мкФ * 63В | 2 | набор параллельных конденсаторов, при питании от стабилизированных источников - два по 10000мкФ*63В, в остальных случаях, выпрямленный пульсирующий ток - из расчета не менее 1000мкФ*63В на 1А нагрузки и паспортный ток одного конденсатора на их количество | В блокнот | |||
| С32 | Конденсаторы электролитические | 2700мкФ * 50В | 4 | 4-ре параллельных конденсатора Low ESR 4 ампера | В блокнот | ||
| C10, C16, C19, C30, C33 - C36 | 0805 0.1мкФ | 10 | В блокнот | ||||
| С28 | SMD конденсаторы керамические | 0805 1000пФ | 1 | В блокнот | |||
| C26 | SMD конденсаторы керамические | 1812 330нФ * 250В | 1 | В блокнот | |||
| C25, C31 | Конденсаторы пленочные с радиальными выводами | 330 нФ * 250В | 2 | В блокнот | |||
| C7 | Конденсаторы электролитические | 680 мкФ * 63В | 1 | В блокнот | |||
| C8, C18 | Конденсаторы электролитические | 1000мкФ * 16В | 2 | В блокнот | |||
| C27 | Конденсаторы электролитические | 10 мкФ * 16В | 1 | В блокнот | |||
| С29 | 10 мкФ * 16В | 1 | В блокнот | ||||
| С52 | SMD конденсаторы эл. танталовые | 1 мкФ * 16В | 1 | В блокнот | |||
| K1, K2 | Реле на одно переключение, 12В | 50А | 2 | электромагнитное, гальваническое переключение | В блокнот | ||
| Блок разрядника | |||||||
| VT6-VT8 | MOSFET-транзистор | IRL2910PBF | 6 | В блокнот | |||
| R43-R45 | Резистор проволочный 5Вт | 0.33R | 6 | В блокнот | |||
| R40-R42 | SMD резисторы 0805 | 1КОм | 6 | В блокнот | |||
| R35-R37 | SMD резисторы 0805 | 100R | 6 | В блокнот | |||
| R39 | SMD резисторы 0805 | 3.9 КОм | 1 | В блокнот | |||
| R34 | SMD резисторы 0805 | 1 КОм | 1 | В блокнот | |||
| C37-C41 | SMD конденсаторы керамические | 100 нФ | 8 | В блокнот | |||
| Блок клавиатуры и дисплея | |||||||
| WH2004A/B/D | LCD-дисплей 20 x 4 | WH2004A | 1 | В блокнот | |||
| R60 | SMD резисторы 0805 | 5.6R | 1 | В блокнот | |||
| C49 | SMD конденсаторы керамические | 100 нФ | 1 | В блокнот | |||
| R62 | Подстроечный резистор | 10 КОм | 1 | В блокнот | |||
| R7-R10 | SMD резисторы 0805 | 10 КОм | 4 | В блокнот | |||
| Кнопка тактовая | SWT-9 | 17 | В блокнот | ||||
| Блок управления (лудится и паяется припоем Sn96Ag04) | |||||||
| ATmega1284P-AU | МК AVR 8-бит | ATmega1284P | 1 | 20 МГц | В блокнот | ||
| DAC1, DAC2 | ЦАП | DAC8830 | 2 | 16 бит | |||
Дополнив имеющееся в вашем распоряжении зарядное устройство для автомобильной аккумуляторной батареи предлагаемым автоматом, можете быть спокойны за режим зарядки батареи - как только напряжение ва ее выводах достигнет (14,5±0,2)В, зарядка прекратится. При снижении напряжения до 12,8..13 В зарядка возобновится.
Приставка может быть выполнена в виде отдельного блока либо встроена в зарядное устройство. В любом случае необходимым условием для ее работы будет наличие пульсирующего напряжения на выходе зарядного устройства. Такое напряжение получается, скажем, при установке в устройстве двухполупериодного выпрямителя без сглаживающего конденсатора.
Схема приставки-автомата
Она состоит из тринистора VS1, узла управления тринистором А1, выключателя автомата SA1 и двух цепей индикации- на светодиодах HL1 и HL2. Первая цепь индицирует режим зарядки, вторая - контролирует надежность подключения аккумуляторной батареи к зажимам приставки-автомата.
Если в зарядном устройстве есть стрелочный индикатор - амперметр, первая цепь индикации не обязательна.
Узел управления содержит триггер на транзисторах VТ2, VТЗ и усилитель тока на транзисторе VТ1. База транзистора VТЗ подключена к движку подстроечного резистора R9, которым устанавливают порог переключения триггера, т. е. напряжение включения зарядного тока. «Гистерезис» переключения (разность между верхним н нижним порогами переключения) зависит в основном от резистора R7 и при указанном на схеме сопротивлении его составляет около 1,5 В.
Триггер подключен к проводникам, соединенным с выводами аккумуляторной батареи, и переключается в зависимости от напряжения на них.
Рис. I. Принципиальная схема приставки-автомата.
Транзистор VT1 подключен базовой цепью к триггеру и работает в режиме электронного ключа. Коллекторная же цепь транзистора соединена через резисторы R2, R3 и участок управляющий электрод - катод тринистора с минусовым выводом зарядного устройства. Таким образом, базовая и коллекторная цепи транзистор pa VT1 питаются от разных источников: базовая - от аккумуляторной батареи, а коллекторная - от зарядного устройства.
Тринистор VS1 выполняет роль коммутирующего элемента. Использование его вместо контактов электромагнитного реле, которое иногда применяют в этих случаях, обеспечивает большое число включений - выключений зарядного тока, необходимых для подзарядки ак-кумуляібрной батареи во время длительного хранения.
Как видно из схемы, тринистор подключен катодом к минусовому проводу зарядного устройства, а анодом-к минусовому выводу аккумуляторной батареи. При таком варианте упрощается управление тринистором: при возрастании мгновенного значения пульсирующего Напряжения на выходе зарядного устройства через управляющий электрод тринистора сразу начинает протекать ток (если, конечно, открыт транзистор VT1).
А когда на аноде тринистора появится положительное (относительно катода) напряжение, тринистор окажется надежно открытым. Кроме того," подобное включение выгодно тем, что тринистор можно крепить непосредственно к металлическому корпусу приставки-автомата или корпусу зарядного устройствя (в случае размещения приставки внутри его) как к теплоотводу.
Выключателем SA1 можно отключить приставку, поставив его в положение «Ручн.». Тогда контакты выключателя будут замкнуты, и через "резистор R2 управляющий электрод тринистора окажется" подключенным непосредственно к выводам зарядного устройства". Такой режим нужен, например, для быстрой зарядки аккумулятора перед установкой его на автомобиль.
Детали и конструкция
Транзистор VT1 может быть указанной на схеме серии с буквенными индексами А - Г; VГ2 и VТ3 - КТ603А - КТ603Г; диод VD1-любой из серий Д219, Д220 либо другой кремниевый; стабилитрон VD2 - Д814А, Д814Б, Д808, Д809; тринистор - серии КУ202 с буквенными индексами Г, Е, И, Л, Н, а также Д238Г, Д238Е; светодиоды - любые из серий АЛ 102, АЛ307 (ограничительными резисторами R1 и R11 устанавливают нужный прямой ток используемых светодиодов).
Постоянные резисторы - МЛТ-2 (R2), МЛТ-1 (R6), МЛТ-0,5 (Rl, R3, R8, R11), МЛТ-0,25 (остальные). Подстроечный резистор R9 - СП5-16Б, но подойдет другой, сопротивлением 330 Ом... 1,5 кОм.
Если сопротивление резистора больше указанного на схеме, параллельно его выводам подключают постоянный резистор такого сопротивления, чтобы общее сопротивление составило 330 Ом.
Детали узла управления монтируют на плате (рис. 2) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Подстроечный резистор укрепляют в отверстии диаметром 5,2 мм так, чтобы его ось выступала со стороны печати.
Плату укрепляют внутри корпуса подходящих габаритов либо, как было сказано выше, внутри корпуса зарядного устройства, но обязательно возможно дальше от нагревающихся деталей (выпрямительных диодов, трансформатора, тринистора). В любом случае напротив сси подстроечного резистора в стенке корпуса сверлят отверстие. На лицевой стенке корпуса укрепляют светодиоды и выключатель SA1.
Рис. 2. Печатная плата приставки-автомата.
Для установки тринистора можно изготовить теплоотвод общей площадью около 200 см2. Подойдет, например, пластина дюралюминия толщиной 3 мм и размерами 100X100 мм. Теплоотвод прикрепляют к одной из стенок корпуса (скажем, задней) на расстоянии около 10 мм - для обеспечения конвекции воздуха.
Допустимо прикрепить теплоотвод и к наружной стороне стенки, вырезав в корпусе отверстие под тринистор.
Перед креплением узла управления его нужно проверить и определить положение движка подстроечного резистора. К точкам 1, 2 платы подключают выпрямитель постоянного тока с регулируемым выходным напряжением до 15 В, а цепь индикации (резистор R1 и светодиод HL1) -к точкам 2 и 5. Движок подстроечного резистора устанавливают в нижнее по схеме положение и подают на узел управления напряжение около 13 В. Светодиод должен гореть. Перемещением движка подстроечного резистора вверх по схеме добиваются погасания светодиода. Плавно увеличивая напряжение питания узла управления до 15 В и уменьшая до 12 В, добиваются подстроечным резистором, чтобы светодиод зажигался при напряжении 12.8...13 В и погасал при 14,2...14,7 В.
А. Коробков.
Коробков Александр Васильевич - ведущий специалист одного из московских предприятий, родился в 1986 году. Радиолюбительством занялся в школе, где восьмиклассником собрал детекторный приемник. Через два года осилил супергетеродин. В 60-е годы разработал и собрал транзисторный магнитофон. К этому же периоду относятся первые публикации в журнале «Радио». Немного позже стал публиковаться и в сборнике ВРЛ. Основная тематика публикаций в последнее десятилетие - автомобильная влектроника.
Это очень простая схема приставки к вашему уже имеющемуся зарядному устройству. Которая будет контролировать напряжение заряда аккумуляторной батареи и при достижении выставленного уровня - отключать его от зарядника, тем самым предотвращая перезарядку аккумулятора.
Это устройство не имеет абсолютно никаких дефицитных деталей. Вся схема построена всего на одном транзисторе. Имеет светодиодные индикаторы, отображающие состояние: идет зарядка или батарея заряжена.
Кому пригодятся это устройство?
Такое устройство обязательно пригодится автомобилистам. Тем у кого есть не автоматическое зарядное устройство. Это приспособление сделает из вашего обычного зарядного устройства - полностью автоматический зарядник. Вам больше не придется постоянного контролировать зарядку вашей батареи. Все что нужно будет сделать, это поставить аккумулятор заряжаться, а его отключение произойдет автоматически, только после полной зарядки.Схема автоматического зарядного устройства
Вот собственно и сама схема автомата. Фактически это пороговое реле, которое срабатывает при превышении определенного напряжения. Порог срабатывания устанавливается переменным резистором R2. Для полностью заряженного автомобильного аккумулятора он обычно равен - 14,4 В.
Схему можете скачать здесь -
Печатная плата
Как делать печатную плату, решать Вам. Она не сложная и поэтому ее запросто можно накидать на макетной плате. Ну или можно заморочиться и сделать на текстолите с травлением.
Настройка
Если все детали исправные настройка автомата сводиться только к выставлению порогового напряжения резистором R2. Для этого подключаем схему к зарядному устройству, но аккумулятор пока не подключаем. Переводим резистор R2 в крайнее нижнее положение по схеме. Устанавливаем выходное напряжение на заряднике 14,4 В. Затем медленно вращаем переменный резистор до тех пор, пока не сработает реле. Все настроено.Поиграемся с напряжением, чтобы убедиться что приставка надежно срабатывает при 14,4 В. После этого ваш автоматический зарядник готов к работе.
В этом видео вы можете подробно посмотреть процесс всей сборки, регулировки и испытания в работе.
