Зарядний пристрій UC3842/UC3843 з регулюванням напруги та струму
Зарядний пристрій, що описується тут, призначений для зарядки свинцево-кислотних акумуляторів. Є два регулювання: напруги та струму. Коли спрацьовує одне з цих регулювань, спалахує відповідний світлодіод, що дуже зручно. Схема та друкована плата взяті на форумі радіокота:
Пристрій зібрано на поширеній мікросхемі UC3842/UC3843. Її застосування в блоках живлення ми вже описували. У цій схемі регулювання відбувається по 1 висновку. Силова частина – типова, мікросхема живиться від окремої обмотки на зворотному ході.
натисніть для збільшення
Регулювання напруги та струму виконано за схемою від форумчанина FolksDoich. На TL431 зібрано джерело опорної напруги. На половинках ОУ LM358 виконані регулювання напруги та струму. Якщо як VD6 і VD7 використовувати світлодіоди, то вони індикуватимуть своїм світінням поточне регулювання, що може бути корисно. Наприклад, якщо світиться світлодіод VD7, то відбувається обмеження струму. Те саме з VD6, але за напругою.
Дана схема розрахована на зарядку акумулятора струмом до 6 ампер, тому на виході пропонується запаралелити чотири електролітичні конденсатори, т.к. один при високому струмі пропрацює недовго. Зрозуміло, всі вони мають бути LOW ESR.
Як можна покращити цю схему? Якщо по ній збирати не зарядний пристрій, а блок живлення, регульований в деяких межах, можна зробити вже звичні поліпшення, описані в попередній статті. Зокрема, можна живити мікросхему UC3842/UC3843 прямому ході, а живлення ОУ і PC817 використовувати окрему обмотку трансформатора. Усе це виправдано лише тому випадку, якщо потрібно розширити діапазон регулювання напруги.
Крім світлодіодів, схему можна доповнити амперметром і вольтметром, як стрілочними, так і цифровим приладом, що показує значення напруги і струму, а, можливо, ще й підраховує потужність навантаження і вентилятором охолодження, що управляє.
При правильному виборі силового польового транзистора, його нагрівання має бути незначним. Слід згадати, що на схемі забули намалювати конденсатор на 2,2 нФ між гарячою та холодною частинами.
Друкована плата: charger_12v_6a.lay6
Існує і ще один різновид цієї схеми в такому вигляді:
натисніть для збільшення
Друковані плати від FolksDoich для пристроїв різної потужності, друга плата – до 10 ампер. Мікросхема UC384x розташовується на окремій невеликій хустці, яка встановлюється на основну вертикально.
Хто не стикався у своїй практиці з необхідністю зарядки батареї і, розчарувавшись без зарядного пристрою з необхідними параметрами, змушений був набувати нового ЗУ в магазині, або збирати знову потрібну схему?
Ось і мені неодноразово доводилося вирішувати проблему заряджання різних акумуляторних батарей, коли під рукою не було відповідного ЗУ. Доводилося нашвидкуруч збирати щось просте, стосовно конкретного акумулятора.
Ситуація була терпимою до того моменту, поки не виникла потреба в масовій підготовці та, відповідно, зарядці батарей. Знадобилося виготовити кілька універсальних ЗУ - недорогих, що працюють у широкому діапазоні вхідних та вихідних напруг та зарядних струмів.
Пропоновані нижче схеми ЗУ були розроблені для заряджання літій-іонних акумуляторів, але існує можливість заряджання та інших типів акумуляторів та складових батарей (із застосуванням однотипних елементів, далі - АБ).
Усі представлені схеми мають такі основні параметри:
вхідна напруга 15-24;
струм заряду (регульований) до 4 А;
вихідна напруга (регульована) 0,7 - 18 (при Uвх = 19В).
Всі схеми були спрямовані на роботу з блоками живлення від ноутбуків або на роботу з іншими БП з вихідними напругами постійного струму від 15 до 24 Вольт і побудовані на поширених компонентах, які присутні на платах старих комп'ютерних БП, БП інших пристроїв, ноутбуків та ін.
Схема ЗУ №1 (TL494)
ЗУ на схемі 1 є потужним генератором імпульсів, що працює в діапазоні від десятків до пари тисяч герц (частота варіювалася при дослідженнях), з шириною регульованої імпульсів.
Зарядка АБ виробляється імпульсами струму, обмеженого зворотним зв'язком, утвореною датчиком струму R10, включеним між загальним проводом схеми і витоком ключа на польовому транзисторі VT2 (IRF3205), фільтром R9C2, виводом 1, є «прямим» входом9 зусил4 одного з усил.
На інверсний вхід (висновок 2) цього ж підсилювача помилки подається регульоване за допомогою змінного резистора PR1, напруга порівняння з вбудованого в мікросхему джерела опорної напруги (ІОН - висновок 14), що змінює різницю потенціалів між входами підсилювача помилки.
Як тільки величина напруги на R10 перевищить значення напруги (встановленого змінним резистором PR1) на виведенні 2 мікросхеми TL494, зарядний імпульс струму буде перерваний і відновлений знову лише при наступному такті імпульсної послідовності, що виробляється генератором мікросхеми.
Регулюючи таким чином ширину імпульсів на затворі транзистора VT2, керуємо струмом заряджання АБ.
Транзистор VT1, включений паралельно затвору потужного ключа, забезпечує необхідну швидкість розрядки ємності затвора останнього, запобігаючи «плавне» замикання VT2. При цьому амплітуда вихідної напруги за відсутності АБ (або іншого навантаження) практично дорівнює вхідної напруги живлення.
При активному навантаженні вихідна напруга визначатиметься струмом через навантаження (її опором), що дозволить використовувати цю схему як драйвер струму.
При заряді АБ напруга на виході ключа (а, значить, і на самій АБ) протягом часу буде прагнути в зростанні до величини, що визначається вхідною напругою (теоретично) і цього, звичайно, допустити не можна, знаючи, що величина напруги літієвого акумулятора, що заряджається бути обмежена лише на рівні 4,1 У (4,2 У). Тому в ЗУ застосована схема порогового пристрою, що представляє собою тригер Шмітта (тут і далі - ТШ) на ОУ КР140УД608 (IC1) або на будь-якому іншому ОУ.
При досягненні необхідного значення напруги на АБ, при якому потенціали на прямому та інверсному входах (висновки 3, 2 - відповідно) IC1 зрівняються, на виході ОУ з'явиться високий логічний рівень (практично рівний вхідному напрузі), змусивши запалитися світлодіод індикації закінчення зарядки HL2 і світлодіод оптрона VH1, який відкриє власний транзистор, що блокує подачу імпульсів на вихід U1. Ключ на VT2 закриється, заряд АБ припиниться.
Після закінчення заряду АБ він почне розряджатися через вбудований VT2 зворотний діод, який виявиться прямовключеним по відношенню до АБ і струм розряду складе приблизно 15-25 мА з урахуванням розряду також через елементи схеми ТШ. Якщо ця обставина комусь здасться критичним, у розрив між стоком та негативним висновком АБ слід поставити потужний діод (краще з малим прямим падінням напруги).
Гістерезис ТШ у цьому варіанті ЗУ обраний таким, що заряд знову почнеться при зниженні величини напруги на АБ до 3,9 Ст.
Це ЗУ можна використовувати і для заряду послідовно з'єднаних літієвих (і не лише) АБ. Достатньо відкалібрувати за допомогою змінного резистора PR3 необхідний поріг спрацьовування.
Так, наприклад, ЗУ, зібраний за схемою 1, функціонує з трисекційною послідовною АБ від ноутбука, що складається з здвоєних елементів, яка була змонтована замість нікель-кадмієвої АБ шуруповерта.
БП від ноутбука (19В/4,7А) підключений до ЗУ, зібраного в штатному корпусі ЗУ шуруповерта замість оригінальної схеми. Зарядний струм «нової» АБ становить 2 А. При цьому транзистор VT2, працюючи без радіатора, нагрівається до температури 40-42 С в максимумі.
ЗУ відключається, звичайно, при досягненні напруги на АБ = 12,3В.
Гістерезис ТШ при зміні порога спрацьовування залишається тим самим у відсотковому відношенні. Тобто, якщо при напрузі відключення 4,1, повторне включення ЗУ відбувалося при зниженні напруги 3,9 В, то в даному випадку повторне включення ЗУ відбувається при зниженні напруги на АБ до 11,7 В. Але при необхідності глибину гістерезису можна змінити.
Калібрування порога та гістерези зарядного пристрою
Калібрування відбувається під час використання зовнішнього регулятора напруги (лабораторного БП).Виставляється верхній поріг спрацьовування ТШ.
1. Від'єднуємо верхній вихід PR3 від схеми ЗУ.
2. Підключаємо «мінус» лабораторного БП (далі скрізь ЛШП) до мінусової клеми для АБ (самої АБ у схемі під час налаштування не повинно бути), «плюс» ЛШП - до плюсової клеми для АБ.
3. Включаємо ЗУ та ЛШП та виставляємо необхідну напругу (12,3 В, наприклад).
4. Якщо горить індикація закінчення заряду, обертаємо двигун PR3 вниз (за схемою) до гасіння індикації (HL2).
5. Повільно обертаємо двигун PR3 вгору (за схемою) до запалювання індикації.
6. Повільно знижуємо рівень напруги на виході ЛШП і відстежуємо значення, у якому індикація знову згасне.
7. Перевіряємо рівень спрацьовування верхнього порога вкотре. Добре. Можна налаштувати гістерезис, якщо не влаштував рівень напруги, що включає ЗП.
8. Якщо гістерезис занадто глибокий (включення ЗУ відбувається за занадто низького рівня напруги - нижче, наприклад, рівня розряду АБ, викручуємо двигун PR4 вліво (за схемою) або навпаки, - при недостатній глибині гістерезису, - вправо (за схемою). глибини гістерези рівень порога може зміститися на пару десятих часток вольта.
9. Зробіть контрольний прогін, піднімаючи та опускаючи рівень напруги на виході ЛШП.
Налаштування струмового режиму ще простіше.
1. Відключаємо пороговий пристрій будь-якими доступними (але безпечними) способами: наприклад, посадивши двигун PR3 на загальний провід пристрою або закорочуючи світлодіод оптрона.
2. Замість АБ підключаємо до виходу ЗУ навантаження у вигляді 12-вольтової лампочки (наприклад, я використав для налаштування пару 12V ламп на 20 Вт).
3. Амперметр включаємо у розрив будь-якого з дротів живлення на вході ЗУ.
4. Встановлюємо на мінімум двигун PR1 (максимально вліво за схемою).
5. Включаємо ЗП. Плавно обертаємо ручку регулювання PR1 у бік зростання струму до отримання необхідного значення.
Можете спробувати змінити опір навантаження у бік менших значень її опору, приєднавши паралельно, скажімо, ще одну таку ж лампу або навіть "закоротити" вихід ЗП. Струм при цьому не повинен значно змінитися.
У процесі випробувань пристрою з'ясувалося, що частоти в діапазоні 100-700 Гц виявилися оптимальними для цієї схеми за умови використання IRF3205, IRF3710 (мінімальне нагрівання). Так як TL494 неповно використовується в цій схемі, вільний підсилювач помилки мікросхеми можна використовувати, наприклад, для роботи з датчиком температури.
Слід мати на увазі і те, що при неправильному компонуванні навіть правильно зібраний імпульсний пристрій працюватиме некоректно. Тому не слід нехтувати досвідом складання силових імпульсних пристроїв, описаному в літературі неодноразово, а саме: всі однойменні «силові» з'єднання слід розташовувати на найкоротшій відстані один до одного (в ідеалі - в одній точці). Так, наприклад, точки з'єднання такі, як колектор VT1, висновки резисторів R6, R10 (точки з'єднання із загальним проводом схеми), висновок 7 U1 - об'єднати практично в одній точці або за допомогою прямого короткого і широкого провідника (шини). Те саме стосується і стоку VT2, висновок якого слід «повісити» безпосередньо на клему "-" АБ. Висновки IC1 також повинні бути в безпосередній «електричній» близькості до клем АБ.
Схема ЗУ №2 (TL494)
Схема 2 не сильно відрізняється від схеми 1, але якщо попередня версія ЗУ була придумана для роботи з АБ шуруповерта, то ЗУ на схемі 2 замислювалося як універсальне, малогабаритне (без зайвих елементів налаштування), розраховане для роботи як зі складовими, послідовно включеними елементами числом до 3-х, і з одиночними.
Як видно, для швидкої зміни струмового режиму та роботи з різною кількістю послідовно з'єднаних елементів, введені фіксовані налаштування з підстроювальними резисторами PR1-PR3 (установка струму), PR5-PR7 (установка порогу закінчення зарядки для різної кількості елементів) та перемикачів SA1 (вибір струму зарядки) та SA2 (вибір кількості заряджуваних елементів АБ).
Перемикачі мають два напрями, де другі їх секції перемикають світлодіоди індикації вибору режиму.
Ще одна відмінність від попереднього пристрою - використання другого підсилювача помилки TL494 як пороговий елемент (включений за схемою ТШ), що визначає закінчення зарядки АБ.
Ну, і, звичайно, як ключ використаний транзистор р-провідності, що спростило повне використання TL494 без застосування додаткових компонентів.
Методика налаштування порогів закінчення зарядки та струмових режимів така сама, як і для налаштування попередньої версії ЗП. Зрозуміло, для різної кількості елементів поріг спрацьовування змінюватиметься кратно.
При випробуванні цієї схеми було помічено сильніше нагрівання ключа на транзистори VT2 (при макетуванні використовую транзистори без радіатора). З цієї причини слід використовувати інший транзистор (якого у мене просто не виявилося) відповідної провідності, але з кращими струмовими параметрами і меншим опором відкритого каналу, або подвоїти кількість зазначених у схемі транзисторів, включивши їх паралельно з роздільними резисторами затворами.
Використання зазначених транзисторів (в «одиночному» варіанті) не критично в більшості випадків, але в даному випадку розміщення компонентів пристрою планується в малогабаритному корпусі з використанням малого радіаторів або зовсім без радіаторів.
Схема ЗУ №3 (TL494)
У ЗП на схемі 3 додано автоматичне відключення АБ від ЗП з перемиканням на навантаження. Це зручно для перевірки та дослідження невідомих АБ. Гістерезис ТШ для роботи з розрядом АБ слід збільшити до нижнього порогу (на включення ЗП), що дорівнює повному розряду АБ (2,8-3,0 В).
Схема ЗУ №3а (TL494)
Схема 3а – як варіант схеми 3.
Схема ЗУ №4 (TL494)
ЗУ на схемі 4 не складніше попередніх пристроїв, але відмінність від попередніх схем у тому, що АБ тут заряджається постійним струмом, а саме ЗУ є стабілізованим регулятором струму та напруги і може бути використане як модуль лабораторного джерела живлення, класично побудованого за «даташитовським» канонів.
Такий модуль завжди стане в нагоді для стендових випробувань як АБ, так і інших пристроїв. Має сенс використання вбудованих приладів (вольтметр, амперметр). Формули розрахунку накопичувальних та завадових дроселів описані в літературі. Скажу лише, що використовував готові різні дроселі (з діапазоном зазначених індуктивностей) при випробуваннях, експериментуючи з ШІМ частотою від 20 до 90 кГц. Особливої різниці в роботі регулятора (в діапазоні вихідної напруги 2-18 В і струмів 0-4 А) не помітив: незначні зміни в нагріванні ключа (без радіатора) мене влаштовували. ККД, однак, вищий при використанні менших індуктивностей.
Найкраще регулятор працював із двома послідовно з'єднаними дроселями 22 мкГн у квадратних броньових сердечниках від перетворювачів, інтегрованих у материнські плати ноутбуків.
Схема ЗУ №5 (MC34063)
На схемі 5 варіант ШІ-регулятора з регулюванням струму та напруги виконана на мікросхемі ШІМ/ЧИМ MC34063 з «доважкою» на ОУ CA3130 (можливе використання інших ОУ), за допомогою якого здійснюється регулювання та стабілізація струму.
Така модифікація дещо розширила можливості MC34063 на відміну від класичного включення мікросхеми, дозволивши реалізувати функцію плавного регулювання струму.
Схема ЗУ №6 (UC3843)
На схемі 6 варіант ШІ-регулятора виконаний на мікросхемі UC3843 (U1), ОУ CA3130 (IC1), оптроне LTV817. Регулювання струму в цьому варіанті ЗУ здійснюється за допомогою змінного резистора PR1 по входу струмового підсилювача мікросхеми U1, вихідна напруга регулюється за допомогою PR2 інвертуючого входу IC1.
На «прямому» вході ОУ є «зворотна» опорна напруга. Тобто, регулювання проводиться щодо "+" харчування.
У схемах 5 і 6 при експериментах використовувалися ті ж набори компонентів (включаючи дроселі). За результатами випробувань усі перелічені схеми мало чим поступаються один одному в заявленому діапазоні параметрів (частота/струм/напруга). Тому схема з меншою кількістю компонентів краще для повторення.
Схема ЗУ №7 (TL494)
ЗУ на схемі 7 замислювалося, як стендовий пристрій з максимальною функціональністю, тому за обсягом схеми і за кількістю регулювань обмежень не було. Даний варіант ЗУ також виконаний на базі ШІ-регулятора струму і напруги, як і варіант на схемі 4.
У схему введено додатково режими.
1. «Калібрування – заряд» – для попередньої установки порогів напруги закінчення та повтору зарядки від додаткового аналогового регулятора.
2. "Скидання" - для скидання ЗУ в режим заряду.
3. "Струм - буфер" - для переведення регулятора в струмовий або буферний (обмеження вихідної напруги регулятора у спільному живленні пристрою напругою АБ та регулятора) режим заряду.
Застосовується реле для комутації батареї з режиму заряду в режим навантаження.
Робота із ЗУ аналогічна роботі з попередніми пристроями. Калібрування здійснюється переведенням тумблера в режим калібрування. При цьому контакт тумблера S1 підключає граничний пристрій і вольтметр до виходу інтегрального регулятора IC2. Виставивши необхідну напругу для майбутньої зарядки конкретної АБ на виході IC2, за допомогою PR3 (плавно обертаючи) домагаються запалювання світлодіода HL2 і, відповідно, спрацьовування реле К1. Зменшуючи напругу на виході IC2, домагаються гасіння HL2. В обох випадках контроль здійснюється вбудованим вольтметром. Після встановлення параметрів спрацьовування ПУ тумблер переводиться в режим заряду.
Схема №8
Застосування калібрувального джерела напруги можна уникнути, використовуючи для калібрування власне ЗП. У цьому випадку слід відв'язати вихід ТШ від ШІ-регулятора, запобігши його вимиканню при закінченні заряду АБ, що визначається параметрами ТШ. АБ однак буде відключена від ЗУ контактами реле К1. Зміни цього випадку показані на схемі 8.
У режимі калібрування тумблер S1 відключає реле від плюса джерела живлення для запобігання недоречним спрацьовуванням. У цьому працює індикація спрацьовування ТШ.
Тумблер S2 здійснює (за потреби) примусове включення реле К1 (тільки при відключеному режимі калібрування). Контакт К1.2 необхідний зміни полярності амперметра при перемиканні батареї на навантаження.
Таким чином, однополярний амперметр контролюватиме і струм навантаження. За наявності двополярного приладу цей контакт можна виключити.
Конструкція зарядного пристрою
У конструкціях бажано як змінні та підстроювальні резистори використання багатооборотних потенціометрівщоб уникнути мук при встановленні необхідних параметрів.
Варіанти конструктиву наведено на фото. Схеми розпаювалися на перфорованих макетних платах експромтом. Вся начинка змонтована в корпусах від ноутбуків БП.
У конструкціях використовувалися (вони ж використовувалися і як амперметри після невеликого доопрацювання).
На корпусах змонтовано гнізда для зовнішнього підключення АБ, навантаження, джек для підключення зовнішнього БП (від ноутбука).
Сконструював кілька, різних за функціоналом та елементною базою, цифрових вимірювачів тривалості імпульсів.
Понад 30 рацпропозицій щодо модернізації вузлів різного профільного обладнання, в т.ч. - електроживлення. З давніх-давен все більше займаюся силовою автоматикою та електронікою.
Чому я тут? Та тому, що тут усі – такі ж, як я. Тут багато для мене цікавого, оскільки я не сильний в аудіотехніці, а хотілося б мати більший досвід саме в цьому напрямі.
Читацьке голосування
Статтю схвалили 77 читачів.
Для участі у голосуванні зареєструйтесь та увійдіть на сайт із вашими логіном та паролем.Зовсім порівняно недавно вирішив виготовити пара зарядних пристроївдля автомобільного акумуляторної батареї, що планував продавати на місцевому ринку. В наявності були досить красиві промислові корпуси, варто тільки зробити гарну начинку і всі справи.
Але тут зіткнувся із послідовностями неприємностей, починаючи від блоку живлення, закінчуючи вузлом управління вихідної напруги. Вирушив і придбав старий добрий електронний трансформатор типу ташибра (китайський бренд) на 105 Вт і почав переробку.
Ташибра - електронний (імпульсний) мережевий блок живлення реалізований на напівмостовій базі, не має жодних захистів, крім того, простий мережевий фільтр відсутній. Після закінчення переробки (про це в наступних статтях) вдалося взяти на виході трансформатора до 18 Вольт постійної напруги зі струмом 8-10 Ампер, що більш ніж достатньо для зарядки також достатньо ємних автомобільних акумуляторних батарей.
Розміри плати не більше пачки від цигарок, досить компактний і чудовий блок живлення у результаті виявився. Друга неприємність була пов'язана з регулятором потужності, безпосередньо зарядити акумулятор не виявитися, тому було вирішено застосовувати схему нескладного ШІМ регулятора.
У вітчизняній схемі силовою ланкою є чудовий N-канальний польовий транзистор, у моєму випадку IRFZ44, звичайно він не критичний, можна задіяти практично кожні подібні ключі з допустимим струмом 20Ампер і більше.
Маломощні транзистори також не критичні, можна використовуватикожні транзистори зворотної провідності (малої потужності, такі як кт3102, кт315, S9012/9014/9016/9018 та інші), на них зібраний мультивібратор з регульованою шпаруватістю імпульсів, що керує чудовим польовим ключем.
Польовий транзистор протягом роботи буде перегріватися, але цей перегрів не буде надто величезним, але про всяк випадок транзистор варто встановити на тепловідведення.
Ця схема ШИМ регулятора вихідної напруги чудово може працювати з будь-якими зарядними пристроями/блоком живлення, незалежно від типу, номінал вхідних напруг від 3,5 до великої напруги, допустимий через польовий транзистор (60-75 Вольт, у деяких випадках 100 і вище, все залежить від конкретного транзистора).
В обов'язковому порядку до прочитання:
ШИМ регулятор власноруч
Статті саме тієї тематики, якою Ви цікавитеся:
У попередніх статтях ми розглянули конструкцію ШИМ регулятора потужності, що рекомендований для регулювання вихідної напруги зарядного пристрою або блоку живлення. Зараз звернення вирушить про…
Часто, особливо взимку, автомобілісти стикаються з необхідністю заряджання автомобільного акумулятора. Можливо, і потрібно, купити заводський зарядний пристрій, краще…
ШИМ-регулятор потужності, незамінна частина будь-якого блоку живлення. Нижче представлена схема дозволяє регулювати напругу блока живлення від 1 Вольта до граничної напруги блоку живлення (але…
Порівняно недавно на халяву дісталося пара комп'ютерних блоків живлення і на мій подив деякі з них були цілком робітниками. Було вирішено поділитися досвідом переробки для блокування живлення.
На даний момент є велика кількість застарілих системних блоків зі справними блоками живлення. Ці блоки можна використовувати для різних цілей. Для цього будуть потрібні незначні ситуації. Мною…
