PWMコントローラーの充電器。 TL494 の車のバッテリー用充電器

06.10.2023

エンジン

電圧および電流レギュレーションを備えた UC3842/UC3843 用充電器

ここで説明する充電器は、鉛蓄電池を充電するように設計されています。調整には電圧と電流の 2 つがあります。これらの調整のいずれかがトリガーされると、対応する LED が点灯し、非常に便利です。回路とプリント基板は、radiocat フォーラムから取得したものです。

このデバイスは、共通の UC3842/UC3843 マイクロ回路上に組み立てられています。電源での使用についてはすでに説明しました。この回路では、1 ピンで調整が行われます。電源部分は標準であり、マイクロ回路は戻りストロークの別の巻線から電力を供給されます。

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電圧と電流の調整は、フォーラムメンバー FolksDoich の図に従って行われました。 TL431 には基準電圧源が含まれています。電圧と電流の調整は、LM358 オペアンプの半分で行われます。 VD6 および VD7 として LED を使用すると、現在の調整がその光りによって示されるため、便利です。たとえば、VD7 LED が点灯すると、電流制限が発生します。 VD6 も同様ですが、電圧の点で異なります。

この回路は、最大 6 アンペアの電流でバッテリーを充電するように設計されているため、出力で 4 つの電解コンデンサを並列にすることが提案されています。高電流では長時間動作しません。もちろん、それらはすべて低ESRである必要があります。

このスキームをどのように改善できるでしょうか? これを充電器ではなく、特定の制限内で調整可能な電源を組み立てるために使用する場合は、前の記事で説明した通常の改善を行うことができます。特に、ダイレクトモードで UC3842/UC3843 マイクロ回路に電力を供給し、別個のトランス巻線を使用してオペアンプと PC817 に電力を供給できます。これらすべては、電圧調整範囲を拡大する必要がある場合にのみ正当化されます。

LED に加えて、回路には電流計と電圧計、電圧と電流の値を表示するポインタとデジタルデバイスを追加することができ、場合によっては負荷電力を計算して冷却ファンを制御することもできます。

適切なパワー電界効果トランジスタを選択すれば、その発熱はわずかなものになるはずです。図では、ホット部分とコールド部分の間に 2.2 nF のコンデンサを描くのを忘れていたことに注意してください。

PCB:charger_12v_6a.lay6

このスキームには、次の形式の別のバリエーションもあります。

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FolksDoich のさまざまな電力のデバイス用のプリント回路基板、2 番目の基板 - 最大 10 アンペア。 UC384x チップは別の小さな基板上にあり、メイン基板に垂直に取り付けられています。

実際にバッテリーを充電する必要性に遭遇したことがなく、必要なパラメータを備えた充電器がないことに失望し、店で新しい充電器を購入するか、必要な回路を再組み立てすることを余儀なくされた人はいないでしょうか。
そのため、適切な充電器が手元にないときに、さまざまなバッテリーを充電するという問題を何度も解決する必要がありました。特定のバッテリーに関連して、簡単なものを素早く組み立てる必要がありました。

この状況は、大量の準備が必要になり、それに応じてバッテリーを充電する必要が生じるまでは耐えられました。安価で、幅広い入出力電圧と充電電流で動作するユニバーサル充電器をいくつか製造する必要がありました。

以下に提案する充電回路はリチウムイオン電池を充電するために開発されたものですが、他の種類の電池や複合電池（同じ種類のセルを使用、以下ABと呼びます）を充電することも可能です。

提示されたすべてのスキームには次の主なパラメーターがあります。
入力電圧 15-24 V;
充電電流 (調整可能) 最大 4 A。
出力電圧 (調整可能) 0.7 ～ 18 V (Uin=19V の場合)。

すべての回路は、ラップトップの電源、または DC 出力電圧 15 ～ 24 ボルトの他の電源で動作するように設計されており、古いコンピュータの電源や他のデバイスの電源のボードに存在する広範なコンポーネント上に構築されています。、ラップトップなど。

記憶回路No.1(TL494)

スキーム 1 のメモリは、数十ヘルツから数千ヘルツ (研究中に周波数は変動します) の範囲で動作する強力なパルス発生器であり、パルス幅は調整可能です。
バッテリーは、回路の共通線と電界効果トランジスタ VT2 (IRF3205) のスイッチのソースの間に接続された電流センサー R10、フィルター R9C2、ピン 1 によって形成されたフィードバックによって制限された電流パルスによって充電されます。 TL494 チップのエラーアンプの 1 つの「直接」入力。

同じ誤差増幅器の反転入力 (ピン 2) には、チップに組み込まれた基準電圧源 (ION - ピン 14) から、可変抵抗器 PR1 によって調整された比較電圧が供給され、入力間の電位差が変化します。エラーアンプの。
R10 の電圧値が TL494 マイクロ回路のピン 2 の電圧値 (可変抵抗器 PR1 によって設定される) を超えるとすぐに、充電電流パルスは中断され、マイクロ回路によって生成されるパルスシーケンスの次のサイクルでのみ再び再開されます。発生器。
このようにトランジスタ VT2 のゲートのパルス幅を調整することにより、バッテリーの充電電流を制御します。

強力なスイッチのゲートと並列に接続されたトランジスタ VT1 は、スイッチのゲート容量の必要な放電速度を提供し、VT2 の「スムーズな」ロックを防ぎます。この場合、バッテリ（または他の負荷）がない場合の出力電圧の振幅は、入力電源電圧とほぼ等しくなります。

アクティブ負荷の場合、出力電圧は負荷を流れる電流 (抵抗) によって決まり、この回路を電流ドライバとして使用できます。

バッテリーを充電するとき、スイッチ出力の電圧 (つまりバッテリー自体の電圧) は、時間の経過とともに入力電圧によって決定される値 (理論上) まで増加する傾向があります。もちろん、これは許容できません。充電するリチウム電池の電圧値は 4.1V (4.2V) に制限してください。したがって、メモリは、オペアンプ KR140UD608 (IC1) またはその他のオペアンプ上のシュミットトリガー (以下、TS) であるしきい値デバイス回路を使用します。

バッテリの必要な電圧値に達すると、IC1 の直接入力と逆入力 (それぞれピン 3、2) の電位が等しくなり、高論理レベル (入力電圧にほぼ等しい) が表示されます。これにより、HL2 の充電終了を示す LED が点灯し、フォトカプラ VH1 が点灯し、自身のトランジスタが開き、出力 U1 へのパルスの供給がブロックされます。 VT2 のキーが閉じ、バッテリーの充電が停止します。

バッテリーが充電されると、VT2 に組み込まれた逆ダイオードを介して放電が開始されます。この逆ダイオードはバッテリーに対して直接接続されており、放電電流は素子を介した放電も考慮すると約 15 ～ 25 mA になります。 TS回路の。この状況が誰かにとって重大であると思われる場合は、強力なダイオード（できれば順方向電圧降下が低いもの）をバッテリーのドレインとマイナス端子の間のギャップに配置する必要があります。

このバージョンの充電器の TS ヒステリシスは、バッテリの電圧が 3.9 V に低下したときに充電が再開されるように選択されています。

この充電器は、直列接続されたリチウム (およびその他) バッテリーの充電にも使用できます。可変抵抗器 PR3 を使用して、必要な応答しきい値を校正するだけで十分です。
したがって、たとえば、スキーム1に従って組み立てられた充電器は、ドライバーのニッケルカドミウムバッテリーを交換するために取り付けられた、二重要素からなるラップトップの3セクション直列バッテリーで動作します。
ラップトップからの電源 (19V/4.7A) は、元の回路の代わりにドライバー充電器の標準ケースに組み込まれた充電器に接続されます。「新しい」バッテリーの充電電流は 2 A です。同時に、ラジエーターなしで動作するトランジスタ VT2 は最高温度 40 ～ 42 C まで加熱します。
バッテリー電圧が 12.3V に達すると、当然のことながら充電器のスイッチがオフになります。

応答しきい値が変化したときの TS ヒステリシスは、PERCENTAGE と同じままです。つまり、シャットダウン電圧が 4.1 V で、電圧が 3.9 V に低下したときに充電器の電源が再びオンになった場合、この場合、バッテリの電圧が 11.7 V に低下したときに充電器の電源が再びオンになりました。ただし、必要な場合は、、ヒステリシスの深さは変化する可能性があります。

充電器のしきい値とヒステリシスの校正

校正は外部電圧調整器 (研究室用電源) を使用して行われます。
TS をトリガーするための上限しきい値が設定されます。
1. 上部ピン PR3 を充電器回路から切り離します。
2. 研究室用電源 (以下、LBP と呼びます) の「マイナス」をバッテリーのマイナス端子に接続します (セットアップ中にバッテリー自体が回路内にあってはなりません)。LBP の「プラス」を接続します。バッテリーのプラス端子に接続します。
3. 充電器と LBP の電源を入れ、必要な電圧 (たとえば 12.3 V) を設定します。
4. 充電終了表示が点灯している場合は、表示が消えるまで（図に従って）PR3 スライダーを下に回転させます（HL2）。
5. 表示が点灯するまで、PR3 エンジンをゆっくりと上方向（図に従って）に回転させます。
6. LBP 出力の電圧レベルをゆっくりと下げ、表示が再び消える値を監視します。
7. 上限閾値の動作レベルを再度確認します。大丈夫。充電器をオンにする電圧レベルに満足できない場合は、ヒステリシスを調整できます。
8. ヒステリシスが深すぎる場合 (充電器の電源が低すぎる電圧レベル、たとえばバッテリの放電レベルより低い電圧レベルでオンになっている場合)、PR4 スライダを (図に従って) 左に回すか、その逆に回転させます。ヒステリシスの深さが不十分 - 右 (図によると) ヒステリシスの深さを変更すると、しきい値レベルが数十分の 1 ボルトだけシフトする可能性があります。
9. LBP 出力の電圧レベルを上げたり下げたりしてテストを実行します。

現在のモードの設定はさらに簡単です。
1. 利用可能な (ただし安全な) 方法を使用して、しきい値デバイスをオフにします。たとえば、PR3 エンジンをデバイスの共通線に「接続」するか、フォトカプラの LED を「短絡」します。
2. バッテリーの代わりに、12 ボルトの電球の形の負荷を充電器の出力に接続します (たとえば、セットアップには 12 V 20 ワットのランプを 1 組使用しました)。
3. 電流計を充電器の入力にある電源線のいずれかの切れ目に接続します。
4. PR1 エンジンを最小に設定します (図に従って左最大)。
5. メモリをオンにします。必要な値が得られるまで、PR1 調整ノブを電流が増加する方向にスムーズに回転させます。
たとえば、別の同様のランプを並列に接続するか、充電器の出力を「短絡」することによって、負荷抵抗をより低い抵抗値に変更することを試みることができます。電流は大きく変化しないはずです。

デバイスのテスト中に、IRF3205、IRF3710 を使用する (最小限の発熱) 場合、この回路には 100 ～ 700 Hz の範囲の周波数が最適であることが判明しました。この回路では TL494 が十分に活用されていないため、IC 上の空きエラーアンプを温度センサーの駆動などに使用できます。

また、レイアウトが間違っていると、正しく組み立てられたパルスデバイスであっても正しく動作しないことにも注意してください。したがって、文献で繰り返し説明されている、パワーパルスデバイスの組み立て経験を無視してはなりません。つまり、同じ名前のすべての「パワー」接続は、相互に最短距離 (理想的には 1 点) に配置する必要があります。したがって、たとえば、コレクタ VT1、抵抗器 R6、R10 の端子 (回路の共通線との接続点)、U1 の端子 7 などの接続点は、ほぼ 1 点で結合するか、ストレートな短絡を介して結合する必要があります。幅の広い車掌（バス）。同じことがドレイン VT2 にも当てはまり、その出力はバッテリーの「-」端子に直接「接続」される必要があります。 IC1 の端子もバッテリー端子に「電気的に」近接していなければなりません。

記憶回路No.2(TL494)

スキーム 2 はスキーム 1 とそれほど違いはありませんが、以前のバージョンの充電器が AB ドライバーで動作するように設計されていた場合、スキーム 2 の充電器は、ユニバーサルで小型 (不必要な構成要素なし) で設計されたものとして考えられています。連続して接続された最大 3 つの複合要素および単一要素を操作します。

ご覧のとおり、電流モードをすばやく変更し、直列に接続されたさまざまな数の要素を処理するために、トリミング抵抗 PR1 ～ PR3 (電流設定)、PR5 ～ PR7 (充電終了しきい値の設定) による固定設定が導入されています。要素の数が異なります）、スイッチSA1（充電電流選択）およびSA2（充電するバッテリーセルの数を選択）。
スイッチには 2 つの方向があり、2 番目のセクションでモード選択表示 LED が切り替わります。

以前のデバイスとのもう 1 つの違いは、バッテリーの充電の終了を決定するしきい値要素 (TS 回路に従って接続) として 2 番目のエラーアンプ TL494 を使用していることです。

もちろん、p 導電型トランジスタがキーとして使用され、追加のコンポーネントを使用せずに TL494 を最大限に活用できるようになりました。

充電終了閾値と電流モードの設定方法は同じです、以前のバージョンのメモリのセットアップに関して。もちろん、要素の数が異なると、応答しきい値は何倍にも変化します。

この回路をテストしたときに、VT2 トランジスタのスイッチの加熱が強くなっていることに気づきました (プロトタイプを作成するときは、ヒートシンクのないトランジスタを使用します)。このため、適切な導電率を持ち、より良い電流パラメータとより低いオープンチャネル抵抗を備えた別のトランジスタ(私が単に持っていなかった)を使用するか、回路内に示されているトランジスタの数を2倍にし、それらを並列に接続する必要があります。個別のゲート抵抗を使用します。

ほとんどの場合、これらのトランジスタ (「シングル」バージョン) の使用は重要ではありませんが、この場合、デバイスコンポーネントの配置は、小さなラジエーターを使用するか、ラジエーターをまったく使用しない小型ケース内で計画されます。

記憶回路No.3（TL494）

図 3 の充電器では、負荷への切り替えに伴う充電器からのバッテリーの自動切断が追加されています。未知の電池の確認や検討に便利です。バッテリ放電を扱う場合の TS ヒステリシスは、バッテリの完全放電 (2.8 ～ 3.0 V) に等しい下限しきい値 (充電器のスイッチをオンにするため) まで増やす必要があります。

充電器回路No.3a（TL494）

スキーム 3a はスキーム 3 の変形です。

記憶回路No.4(TL494)

図 4 の充電器は以前のデバイスと比べてそれほど複雑ではありませんが、以前のスキームとの違いは、バッテリーが直流で充電され、充電器自体が安定化された電流および電圧レギュレーターであり、実験室として使用できることです。電源モジュールは、古典的にキヤノンの「データシート」に従って構築されています。

このようなモジュールは、バッテリーと他のデバイスの両方のベンチテストに常に役立ちます。内蔵デバイス（電圧計、電流計）を使用するのが合理的です。蓄積チョークと干渉チョークを計算するための公式は文献に記載されています。テスト中に既製のさまざまなチョーク (指定された範囲のインダクタンスを持つ) を使用し、20 ～ 90 kHz の PWM 周波数で実験したことだけは言っておきます。レギュレーターの動作には特に違いはありませんでした（出力電圧 2 ～ 18 V、電流 0 ～ 4 A の範囲）。キーの加熱の小さな変更（ラジエーターなし）は非常によく合いました。。ただし、より小さいインダクタンスを使用すると効率は高くなります。
このレギュレータは、ラップトップのマザーボードに統合されたコンバータからの正方形の装甲コアにある 2 つの直列接続された 22 µH チョークで最もよく機能しました。

記憶回路No.5（MC34063）

図 5 では、電流および電圧レギュレーションを備えた PWM コントローラのバージョンが、CA3130 オペアンプ (他のオペアンプも使用可能) の「アドオン」を備えた MC34063 PWM/PWM チップ上に作成されています。電流は調整され、安定します。
この変更により、従来の超小型回路の組み込みとは対照的に、MC34063 の機能が多少拡張され、スムーズな電流制御機能の実装が可能になりました。

記憶回路No.6（UC3843）

図 6 では、PHI コントローラのバージョンは、UC3843 (U1) チップ、CA3130 オペアンプ (IC1)、および LTV817 フォトカプラ上に作成されています。このバージョンの充電器の電流調整は、U1 マイクロ回路の電流アンプの入力で可変抵抗器 PR1 を使用して実行され、出力電圧は反転入力 IC1 で PR2 を使用して調整されます。
オペアンプの「直接」入力には「逆」基準電圧があります。つまり、「＋」電源を基準にレギュレーションが行われます。

スキーム 5 と 6 では、同じコンポーネントのセット (チョークを含む) が実験で使用されました。テスト結果によると、リストされたすべての回路は、宣言されたパラメータ範囲 (周波数/電流/電圧) において互いにそれほど劣っていません。したがって、繰り返しには部品数の少ない回路が望ましいです。

記憶回路No.7(TL494)

図 7 のメモリは、最大限の機能を備えたベンチデバイスとして設計されているため、回路の容量や調整回数に制限はありませんでした。このバージョンの充電器も、図 4 のオプションと同様に、PHI 電流および電圧レギュレータに基づいて作成されています。
追加のモードがスキームに導入されました。
1. 「校正 - 充電」 - 終了電圧しきい値を事前設定し、追加のアナログレギュレータから充電を繰り返します。
2. 「リセット」 - 充電器を充電モードにリセットします。
3. 「電流 - バッファ」 - レギュレータを電流またはバッファ (バッテリ電圧とレギュレータによるデバイスの結合電源におけるレギュレータの出力電圧を制限する) 充電モードに切り替えます。

リレーは、バッテリーを「充電」モードから「負荷」モードに切り替えるために使用されます。

メモリの操作は、以前のデバイスの操作と似ています。キャリブレーションは、トグルスイッチを「キャリブレーション」モードに切り替えることで実行されます。この場合、トグルスイッチS1の接点は、しきい値デバイスと電圧計を積分レギュレータIC2の出力に接続します。 IC2 の出力で特定のバッテリーの今後の充電に必要な電圧を設定すると、PR3 (スムーズに回転) を使用して HL2 LED が点灯し、それに応じてリレー K1 が動作します。 IC2 の出力電圧を下げることにより、HL2 が抑制されます。どちらの場合も、制御は内蔵の電圧計によって実行されます。 PU応答パラメータを設定した後、トグルスイッチは充電モードに切り替わります。

スキーム No.8

メモリ自体をキャリブレーションに使用することで、キャリブレーション電圧源の使用を回避できます。この場合、SHI コントローラから TS 出力を切り離し、TS パラメータで決定されるバッテリ充電完了時に OFF にならないようにする必要があります。バッテリーは何らかの形でリレー K1 の接点によって充電器から切り離されます。この場合の変更を図 8 に示します。

校正モードでは、トグルスイッチ S1 がリレーを正電源から切断し、不適切な動作を防止します。この場合、TC の動作の表示が機能します。
トグルスイッチ S2 は、（必要に応じて）リレー K1 を強制的にアクティブ化します（校正モードが無効な場合のみ）。接点 K1.2 は、バッテリーを負荷に切り替えるときに電流計の極性を変更するために必要です。
したがって、ユニポーラ電流計は負荷電流も監視します。双極性デバイスを使用している場合は、この接触を排除できます。

充電器の設計

設計では、可変抵抗器および調整抵抗器として使用することが望ましい マルチターンポテンショメータ必要なパラメータを設定するときに苦労しないようにするためです。

デザインオプションは写真に示されています。回路は穴あきブレッドボードに即席でハンダ付けされました。すべての充填物はラップトップの電源からケースに取り付けられています。
それらは設計に使用されました（小さな変更を加えて電流計としても使用されました）。
ケースには、バッテリー、負荷を外部接続するためのソケット、および外部電源 (ラップトップから) を接続するためのジャックが装備されています。

彼は、機能と基本ベースが異なるいくつかのデジタル脈拍持続時間計を設計しました。

さまざまな特殊機器のユニットを最新化するための 30 を超える改善提案。 - 電源。長い間、私はパワーオートメーションとエレクトロニクスにますます関与するようになりました。

なぜ私はここにいるのですか？そう、ここにいるみんなも私と同じだから。私はオーディオ技術に詳しくないので、ここにはとても興味がありますが、この分野でもっと経験を積んでいきたいと思っています。

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かなり最近、ペアを作ることにしました 充電器地元の市場で販売する予定の車のバッテリー用です。非常に優れた工業用建物が利用可能だったので、適切な充填物を作成するだけで十分でした。

しかしその後、電源から出力電圧制御ユニットに至るまで、次々とトラブルに見舞われました。私は Tashibra (中国ブランド) のような古き良き電子変圧器を 105 ワットで購入し、改造を始めました。

Tashibra は、ハーフブリッジベースに実装された電子 (パルス) ネットワーク電源であり、保護はなく、さらに単純なネットワークフィルターもありません。変更が完了すると (これについては次の記事で詳しく説明します)、8 ～ 10 アンペアの電流で変圧器の出力で最大 18 ボルトの直流電圧を得ることができました。これは、完全に充電するには十分以上です。大容量の車のバッテリー。

基板の大きさはタバコの箱ほどで、電源も非常にコンパクトで素晴らしいものに仕上がりました。 2つ目のトラブルはパワーレギュレーターに関するもので、バッテリーを直接充電することができなかったため、単純なPWMレギュレーター回路を使用することにしました。

国内の回路では、電源リンクには素晴らしいNチャネル電界効果トランジスタがあり、私の場合はIRFZ44ですが、もちろん重要ではありません。許容電流が20アンペア以上のほぼすべての同様のスイッチを使用できます。

低電力トランジスタも重要ではありません。 使用可能各逆導通トランジスタ (KT3102、KT315、S9012/9014/9016/9018 などの低電力) には、パルスのデューティサイクルを調整できるマルチバイブレータが組み込まれており、素晴らしいフィールドスイッチを制御します。
電界効果トランジスタは動作中に過熱しますが、それほど大きくはありませんが、念のためトランジスタをヒートシンク上に設置する必要があります。

この PWM 出力電圧レギュレータ回路は、どのような環境でも完璧に動作します。 充電器/ 電源、タイプに関係なく、入力電圧定格は 3.5 から電界効果トランジスタを介して許容される高電圧まで (60 ～ 75 ボルト、場合によっては 100 以上、すべて特定のトランジスタによって異なります)。