Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора — необходимое устройство в любом автохозяйстве. Его можно купить в магазине. А можно сделать самостоятельно.
Принцип работы и основные компоненты
Свинцово-кислотные аккумуляторы заряжают постоянным (выпрямленным) напряжением, стабильным по уровню. Чтобы получить ток, втекающий в батарею, зарядное напряжение должно быть выше напряжения АКБ. Ток заряда в таком режиме зависит от разницы напряжений источника и батареи.
Полностью разряженная АКБ автомобиля выдает напряжение 10,5 вольт (ниже разряжать нельзя), полностью заряженная — 12,6 вольт. В процессе уровень на выходе ЗУ остается постоянным, на клеммах батареи плавно повышается. Поэтому в начале зарядки ток будет максимальным, по окончании – минимальным. Снижение уровня тока служит признаком окончания процесса. Также для автоматического завершения зарядки можно использовать достижение напряжения на АКБ значения 12,5..12,6 вольт.
Стандартная схема построения зарядника содержит:
- Сетевой трансформатор;
- Выпрямитель;
- Регулятор тока (напряжения) — стабилизированный или нет.
Очень желательны приборы, индицирующие ток и напряжение. Дополнительно ЗУ может оснащаться:
- схемой ограничения тока;
- электрическими защитами;
- индикацией или автоматическим отключением по окончании зарядки.
Эти функции являются сервисными и повышают удобство работы с ЗУ.
Принципиальные схемы зарядных устройств
Зарядное устройство для автомобильной батареи можно выполнить на разной элементной базе. Все зависит от наличия комплектующих и квалификации мастера.
Для регулирования тока и напряжения можно применить обычный потенциометр. Вращением его движка можно подстраивать ток в зарядной цепи.
На практике такая схема не используется по двум причинам:
- через потенциометр идет полный ток нагрузки, элемент такой мощности найти трудно;
- ток нагрузки идет через подвижный контакт движка переменного резистора, это значительно снижает надежность работы устройства.
Зато по этой схеме легко понять принцип работы простых зарядников.
На практике реализуется другая схема зарядного устройства для сборки своими руками. Здесь потенциометр включен в цепь базы транзистора, и ток через него небольшой. Зарядный же ток идет через коллектор-эмиттер транзистора, а полупроводниковый элемент подобной мощности найти гораздо проще. Но в этом и состоит главный недостаток схемы. Сквозной ток идет через регулирующий элемент, вся излишняя мощность рассеивается на нем. Потребуется радиатор значительной площади.
Для нормальной работы такого зарядника на него надо подавать повышенное напряжение – не менее 18 вольт, чтобы обеспечить запас по регулировке. В соответствии с этим требованием надо выбирать сетевой трансформатор.
Популярна схема самодельного зарядного устройства, где аккумулятор заряжается выпрямленным напряжением, а ток регулируется вручную посредством тиристора (подходит отечественный КУ202Н или зарубежные аналоги).
Сетевое напряжение понижается трансформатором Т1 и выпрямляется мостом VD1..VD4. На однопереходном транзисторе VT2 собран генератор импульсов. Его частота задается цепью из конденсатора C1 и управляемого резистора на VT1. Его сопротивление регулирует потенциометр R5. В начале каждого полупериода генератор запускается через цепь R1VD1, и начинает выдавать импульсы с заданной частотой. Первый импульс открывает тиристор, остальные (следующие до конца полупериода) не имеют значения. Чем раньше открывается ключ на VS1, тем большая часть синусоиды попадает в нагрузку, тем выше усредненное напряжение на аккумуляторе и средний ток, втекающий в него.
Амперметр служит для контроля этого тока. Недостаток схемы в том, что напряжение не стабилизировано, и будет изменяться вслед за изменением напряжения сети 220 вольт (оно может меняться в пределах ±5%). Вслед за напряжением будет меняться ток заряда, потому процесс требует периодического контроля и, при необходимости, подстройки. Кроме того, напряжение на АКБ не измерить обычным вольтметром или мультиметром – они рассчитаны на измерение постоянного напряжения, а зарядник выдает резко отличающуюся от постоянки форму. Погрешность будет очень высокой, поэтому для контроля придется отключать аккумулятор и замерять его напряжение.
Фильтрующие конденсаторы после выпрямителя устанавливать нельзя – схема работает только с выпрямленным, но не с постоянным напряжением на входе.
Если однопереходного транзистора нет, схему можно собрать без него. Она немного усложнится. Но вместо регулируемого сопротивления на транзисторе для задания частоты генерации возможно применить обычный потенциометр.
Существуют различные варианты данной схемы. Например, регулируемое устройство на симисторе. Здесь силовым ключом служит мощный симистор, а тиристор задействован в схеме формирования открывающих импульсов.
Видео версия: Зарядное с десульфатацией на одном тиристоре.
Зарядник можно построить на микросхеме TL494. Эта микросхема используется не совсем стандартно – обычно на ней строят полностью импульсные источники питания с выпрямлением сетевого напряжения и «нарезанием» из полученной постоянки высокочастотных импульсов (как в компьютерных БП). Здесь же присутствует и сетевой трансформатор, и выпрямитель вторичного напряжения. Импульсным является только регулируемый стабилизатор. Его достоинство в том, что регулирующий элемент (транзистор) открывается на определенные промежутки времени, через него не течет сквозной ток (равный току нагрузки), поэтому размеры теплоотвода можно значительно уменьшить.
Микросхема генерирует импульсы, частота которых задается цепью R4C3, а ширина зависит от разницы между уровнями на входах 1 и 2. Импульсы управляют транзистором VT1, который, открываясь, подпитывает энергией дроссель L1. Запасенная энергия расходуется в нагрузку. Чем больше нагрузка, тем быстрее расходуется запас, тем быстрее падает напряжение на выходе, что приводит к увеличению длительности импульсов с выхода 8 микросхемы. К этому же приводит вращение потенциометра R9 — так регулируется выходное напряжение.
Ток заряда регулируется разницей напряжений между АКБ и выходом ЗУ, но микросхема TL494 позволяет выполнить дополнительное ограничение тока. Для этого используется второй усилитель ошибки. Ток ограничителя устанавливается потенциометром R3, а фактический ток замеряется, как падение напряжения на шунте R11. Если ток выше заданного, длительность импульсов уменьшается, напряжение на выходе снижается до достижения необходимого тока. Такой режим полезен при зарядке сильно разряженных батарей, а также позволяет осуществить режим зарядки стабилизированным током. В совокупности с широким диапазоном регулировки напряжения, возможность ограничения тока делает ЗУ универсальным и позволяет заряжать аккумуляторы, сделанные по различным технологиям. Также ограничитель осуществляет защиту силовых элементов от сверхтока.
Номиналы деталей указаны на схеме. Дроссель лучше изготовить на сердечнике из альсифера.
Сердечник обязательно должен иметь воздушный зазор 0,15..1 мм.
При настройке подбирают число витков так, чтобы свист обмотки наблюдался только при среднем токе нагрузки, а при его увеличении исчезал. Если свист исчезает рано (уже при небольших токах) и выходной транзистор греется, количество витков надо увеличить. Ориентироваться надо на 20..100 витков провода диаметром 2 мм. Также при сборке в электросхему надо добавить вольтметр и амперметр (можно цифровой или стрелочный) – пользоваться будет намного удобнее. Напряжение на выходе сглаживается конденсатором C6, его форма близка к постоянному.
Рекомендуем: Как из БП компьютера сделать зарядное устройство
Удобно, чтобы батарея отключалась по окончании процесса пополнения энергии. Один из вариантов схемы такой автоматики приведен на рисунке.
Принцип действия основан на контроле напряжения заряжаемой батареи. Как только оно достигнет номинального уровня (он подстраивается потенциометром), транзистор откроется, сработает реле и отключит напряжение с АКБ. При этом загорится светодиод, сигнализирующий об окончании зарядки. Реле можно применить любое с напряжением срабатывания 12 вольт и током контактов не менее 15 ADC.
Достоинство схемы в том, что ее можно собрать на отдельной плате и использовать совместно с любым готовым зарядником. Недостатком является необходимость измерять напряжение непосредственно на клемме аккумулятора, поэтому цепь измерения (выделена красной линией) надо выполнять отдельным проводом с зажимом и подключать непосредственно к плюсовому выводу АКБ.
От этого недостатка свободны схемы с контролем зарядного тока, отключающие ЗУ при снижении тока ниже установленного предела. Для измерения тока в заряднике должно быть установлено измерительное сопротивление (шунт).
Заслуживает внимания еще одна схема ЗУ, обеспечивающая ток не менее 10 А. Ее особенности:
- схема управления собрана по стороне 220 вольт;
- первичная обмотка трансформатора служит одновременно индуктивностью, накапливающей энергию, а затем отдающей ее в нагрузку через вторичные обмотки.
Принцип регулирования – фазоимпульсный, ключом служит симистор VS1. Ток устанавливается потенциометром R1 и регулируется от нуля до 10 А. Первичная обмотка трансформатора должна иметь достаточную индуктивность. Для его изготовления можно применить ЛАТР-2. Его обмотка будет служить первичкой. Сверху надо обустроить изоляцию (достаточно 3 слоя лакоткани), а поверх намотать вторичную обмотку проводом сечением 3 кв.мм 40+40 витков. Резистор R6 служит нагрузкой выпрямителя и создает импульсы разряда батареи. Считается, что такой режим продлевает период эксплуатации АКБ. Вместо него можно установить автомобильную лампу накаливания на 12 вольт мощностью 10 ватт.
Технология сборки
Большинство электронных компонентов лучше собрать на печатной плате. В домашних условиях плату можно изготовить методом ЛУТ или фотоспособом. Разработать рисунок можно в бесплатных программах, например LayOut или условно-бесплатной Eagle. А можно нарисовать дедовским способом на бумаге и нанести рисунок лаком на поверхность фольги. Плата травится в растворе хлорного железа или в следующем составе:
- 100 мл аптечной перекиси водорода.
- 30 г лимонной кислоты.
- Две чайные ложки поваренной соли.
Силовые элементы монтируются на радиаторы достаточной площади. Устанавливать их надо на теплопроводящую пасту. Если теплоотводящая поверхность элемента не соединена с общим выводом, на теплоотвод деталь крепят через изолирующую прокладку – слюдяную или из упругого материала. Радиатором может служить металлическая стенка корпуса. Также можно сделать теплоотвод частью конструкции. Можно организовать обдув радиаторов – тогда их площадь можно значительно уменьшить. Для этого понадобится вентилятор на 12 вольт, который можно подключить к выходу диодного моста.
Корпус подбирается готовым или изготавливается самостоятельно. На передней панели крепятся:
- измерительные приборы;
- органы регулирования напряжения и тока;
- индикаторы включенного состояния.
Для подключения проводов, отходящих к аккумулятору, клеммы и разъемы лучше не использовать. Токи через них идут большие, поэтому потенциальный источник дополнительного переходного сопротивления нежелателен. Провода лучше подпаять к плате и вывести через отверстия в передней панели. Сечение проводников должно достаточным – не менее 2 кв.мм, а лучше 4 кв.мм. С другой стороны проводов надо припаять зажимы «крокодил».
Это не полный обзор схем зарядок для автомобильного аккумулятора – их существует великое множество. По представленным конструкциям можно понять принципы построения ЗУ, требования к ним, разобраться в несложной схемотехнике. Отработав на практике сборку этих зарядных устройств, впоследствии можно перейти к более серьезным схемам, в том числе с использованием микроконтроллеров.
Похожая статья: Самодельное зарядное устройство для литий ионных аккумуляторов
Часто задаваемые вопросы
Каковы должны быть пределы регулировки по напряжениюИзменением уровня напряжения изменяют зарядный ток. Если предстоит зарядка автомобильных свинцово-кислотных батарей, то можно выбрать нижний предел регулировки, равный нижнему напряжению разряженной батареи – 10,5 вольт. Верхний предел надо установить по верхнему уровню 12,5 вольт плюс 1,5..2 вольта. На практике неплохо иметь запас по лимитам регулирования. Пределы от 10 до 16 вольт обеспечиат полный диапазон практически используемых зарядных токов.Где можно взять трансформатор для автомобильного зарядного
Трансформатор можно подобрать промышленного изготовления. Ориентироваться надо на выходное напряжение и ток. Первый параметр должен составлять 12-14 (или 18..24 в зависимости от схемотехники) вольт, второй – от 4 до 10 ампер. Характеристики нескольких подходящих трансформаторов приведены в таблице.
| Тип промышленного трансформатора | Выходное напряжение, В | Наибольший ток, А |
|---|---|---|
| ТТП-100 | 12 | 7,5 |
| ТТП-150 | 12 | 12 |
| ТН8-127/220-50 | 2х6,3 (обмотки соединяются последовательно) | 4,8 |
| ТН28-127/220-50 | 2х6,3 (обмотки соединяются последовательно) | 4,8 |
Если есть трансформатор подходящей габаритной мощности, но вторичная обмотка не подходит по току или напряжению, ее можно смотать и намотать новую. Габаритная мощность определяется по сечению железа по формуле P=0,8..0,88*S2*/14000, где:
- P – габаритная мощность, ВА.
- 0,8..0,88 – коэффициент, учитывающий материал стали (если он неизвестен, выбирается значение 0,8).
- S — площадь сечения сердечника в квадратных сантиметрах.
Площадь сечения для тороидального сердечника вычисляется как (D-d)*h/2 (см.рис), для других типов – a*b.
Площадь сечения для разных типов сердечников
Для тока 4..10 А габаритная мощность должна быть не менее, соответственно, 50..120 ВА. Если железо подходит, вторичная обмотка перематывается медным проводом. Его сечение выбирается по упрощенной формуле d=0,72√I, где:
- d – диаметр провода в мм;
- I – потребный ток в амперах.
Число витков выбирается по формуле N=(50/S)*V (где V – требуемое выходное напряжение в вольтах) или подбирается экспериментально. Также для расчета можно воспользоваться различными программами-калькуляторами, в том числе размещенными на веб-сервисах.
Можно ли с помощью самодельных ЗУ заряжать АКБ без снятия с автомобиляЭтого делать не стоит. При зарядке на аккумулятор подается напряжение, уровнем и формой отличающееся от напряжения бортсети машины. Есть риск повреждения автомобильной электроники. Клеммы от АКБ надо отключить. Сам аккумулятор при этом можно не демонтировать, но это не очень удобно, да и длины проводов от ЗУ может не хватить.
