Меню

Зарядка автомобильного аккумулятора полевой транзистор



Схема зарядного устройства для восстановления АКБ реверсивным током

Всем привет, в этой статье поговорим о том, как собрать устройство для зарядки автомобильного аккумулятора реверсивным, ассиметричным током на полевых транзисторах.

Что такое зарядка АКБ реверсивным током, подробно останавливаться не буду, так как этой информации полно в инете. Для данного устройства было перепробовано много различных схем, большинство из них или не работало вообще, или работа остальных, тем или иным способом не устраивала по параметрам.

Поэтому пришлось начинать с нуля и сделать надёжную, работающую схему, что в конце концов и получилось. Вот так выглядит схема для зарядки аккумуляторов реверсивным током.

Данная схема очень элементарна, очень надёжна и очень проста в повторении. Что мы видим на этой схеме, два 555-ых таймера включенных здесь в качестве генераторов импульсов. Каждая микросхема управляет своим полевым ключом.

Соответственно один мосфет отвечает за зарядку аккумулятора, второй мосфет за разрядку. Сначала давайте рассмотрим узел, который отвечает у нас за разрядку аккумулятора.

555-ый таймер (№2) здесь настроен на частоту около 1Кгц с коэффициентом заполнения около 85%. Питание данной схемы осуществляется непосредственно от самого аккумулятора, именно поэтому в данной схеме очень важно использовать полевые транзисторы. Потому что в них присутствует, так называемый обратный диод, благодаря этому диоду и возможна работа данной схемы.

Вторая микросхема (№1) отвечает за зарядку аккумулятора, соответственно от того, как вы подберёте частота-задающую обвязку данной микросхемы и будет, в конечном итоге, зависеть время заряда и время разряда вашего аккумулятора.

Значит как же эта схема работает в целом…

Как только на выход нашего устройства мы подключаем какой-либо АКБ, соответственно у нас запускается микросхема №2 и начинает на своём выходе генерировать прямоугольные импульсы, в следствии чего у нас открывается транзистор VT2, который в свою очередь разряжает наш аккумулятор на какую-либо нагрузку, в моём случаи это автомобильная лампа на 21 ватт.

Микросхема под №1 у нас не запускается, так как на выходе нашего устройства стоит диод VD1 (сдвоенный диод-шоттки). На вход нашего устройства мы подключаем какой-либо источник питания, будь то зарядное устройство или какой-нибудь блок питания, соответственно у нас запускается микросхема под №1 и начинает также на своём выходе вырабатывать прямоугольные импульсы с той частотой с которой вы ей задали с помощью частота-задающей обвязки.

И как только на выходе №1 микросхемы появляется высокий уровень у нас открываются транзисторы VT1 и VT3. Ну и как видно из схемы транзистор VT1 у нас закорачивает 5 вывод микросхемы №2 на землю, тем самым останавливая генерацию прямоугольных импульсов и запирая транзистор VT2, тем самым прекращая разрядку нашего аккумулятора.

И в то же время открытый транзистор VT3 соединяет наш аккумулятор с нашим источником питания, тем самым обеспечивая его зарядку.

Ну и соответственно, как только с выхода микросхемы №1 высокий уровень исчезает два транзистора VT1 и VT3 закрываются, тем самым разъединяя наше зарядное устройство от нашего аккумулятора и в то же время рассоединяя 5 вывод микросхемы №2 с землёй, тем самым восстанавливая генерацию прямоугольных импульсов на выходе.

Обе микросхемы питаются через 12-ти вольтовые стабилизаторы 7812.

Время заряда и время разряда АКБ можно регулировать изменяя номиналы резисторов R2,R3,R4 и частота-задающего конденсатора С3.

Плата получилась довольно компактная, мосфеты и диод установил на небольшой радиатор.

Хотя они работают в ключевом режиме и нагрев минимальный.

Клемники поставил для подключения разрядной лампы и аккумулятора.

Вот подключил, загорелась лампочка, то есть пошла разрядка аккумулятора.

Цикл разряда и цикл заряда

Поворачивая бегунок подстроечного резистора можно менять скорость заряда и разряда данной схемы.

Данную платку можно разместить непосредственно в корпусе зарядного устройства, тем самым добавив ему очень полезную функцию десульфатации.

Печатку в формате .lay можно скачать здесь.

Источник

Зарядка автомобильного аккумулятора полевой транзистор

Кравцова Виталия Николаевича.

Представленные конструкции уникальны

и разработаны только автором

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО С МОЩНЫМ МОП n— КАНАЛЬНЫМ ТРАНЗИСТОРОМ

Все ранее рассмотренные схемы зарядных устройств в качестве силового ключа использовали мощные p-n-p или n-p-n транзисторы, которые позволяли получить достаточно большой ток при небольшом количестве электронных элементов. Однако у используемых биполярных транзисторов имеется существенный недостаток — большое падение напряжения коллектор-эмиттер в режиме насыщения, достигающее 2 . 2,5 В у составных транзисторов, что приводит к их повышенному нагреву и необходимости установки транзисторов на большой радиатор. Гораздо экономичней вместо биполярных транзисторов устанавливать силовые М ОП ( MOSFET ) транзисторы, которые при тех же токах имеют гораздо меньшее ( в 5 -10 раз) падение напряжения на открытом переходе сток-исток. Проще всего вместо силового p-n-p транзистора установить мощный p— канальный полевой транзистор, ограничив с помощью дополнительного стабилитрона напряжение между истоком и затвором на уровне 15В. Параллельно стабилитрону подключается резистор сопротивлением около 1 кОм для быстрой разрядки ёмкости затвор-исток.

Гораздо более распространены и доступней силовые n — канальные МОП транзисторы, но принципиальная схема устройства с такими транзисторами несколько усложняется, т.к. для полного открытия канала сток-исток на затвор необходимо подать напряжение на 15 В выше напряжения силовой части.

Ниже рассмотрена схема такого устройства. Основа конструкции мало отличается от ранее рассмотренных устройств на биполярных силовых транзисторах. С помощью конденсаторов С1-С3 и диодов VD1-VD5 в схеме формируется повышенное на 15 В напряжение, которое с помощью транзисторов VT2, VT3 подаётся на затвор полевого транзистора VT1 .

Читайте также:  Что делать если в мороз сел аккумулятор в автомобиле

В схеме желательно использовать MOSFET с наиболее низким сопротивлением открытого канала, но максимальное допустимое напряжение этих транзисторов должно быть в 1,5 — 2 раза выше напряжения силовой цепи. В качестве диода VD8 желательно использовать диоды с барьером Шоттки с рабочим напряжением выше максимального в силовой цепи, в крайнем случае можно использовать КД213А или КД2997, КД2799, но их придётся установить на небольшой радиатор. Требования к изготовлению накопительного дросселя DR1 изложены в публикациях по зарядным устройствам с биполярными ключевыми транзисторами ( см. остальные схемы раздела).

При отсутствии подходящего проволочного резистора, используемого в качестве токового шунта R1 7 схему можно доработать, используя небольшой отрезок манганинового провода диаметром 2 мм или мощные проволочные резисторы сопротивлением 0,01 . 0,05 Ом. Нормализацию напряжения на токовом шунте осуществляют с помощью усилителя на любом доступном ОУ. Как это сделать? — смотри следующую страницу : Лабораторный блок питания с усилителем -нормализатором напряжения шунта.

Источник

Зарядка автомобильного аккумулятора полевой транзистор

Обратноходовые преобразователи тока – инверторы состоят из мощного коммутатора импульсов с периодом, равным сумме открытого и закрытого состояния [1]. В отличие от двухтактного преобразователя в них меньше радиокомпонентов, стабилизация режима работы выполняется оптоэлектронными обратными связями с цепей выходного напряжения на вход управления генератором, с изменением скважности импульса — широтноимпульсного преобразования сигнала управления.

Регулировка выходного напряжения преобразователя — ручная или автоматическая. Высокочастотные трансформаторы преобразователя реализованы на ферритовых сердечниках.
Мощность преобразователей зависит от напряжения питания, частоты преобразования и магнитных свойств трансформатора.
Использование в качестве ключа полевого транзистора позволяет снизить потери сигнала на управление.
Ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора Т1, содержит прямоугольную составляющую, вызванную передачей энергии в нагрузку, и треугольную составляющую, связанную с намагничиванием материала магнито-провода.
Процессы накопления энергии и передачи ее в нагрузку в обратно-ходовых преобразователях четко разделены [2]. В цепи стабилизации напряжения заряда аккумуляторов используется частотно-импульсное преобразование сигнала ошибки в изменение выходного напряжения на нагрузке. Схема сравнения представляет вход внешнего воздействия (модификации) на точку контрольного напряжения генератора инвертора. Использование данного вывода позволяет менять его уровень для получения модификаций схемы. С увеличением напряжения длительность импульсов на затворе силового ключа уменьшается, а, следовательно, снижается время пребывания ключевого транзистора в открытом состоянии. Напряжение на вторичных обмотках трансформатора также уменьшается и происходит стабилизация вторичного напряжения инвертора. Регулирование тока заряда выполняется широтно-импульсным изменением длительности импульса генератора при неизменной частоте. Диапазон регулировки скважности импульсов зависит от соотношения сопротивления резисторов регулятора тока заряда. В инверторе происходит тройное преобразование напряжения. Переменное напряжение электросети выпрямляется мощным диодным мостом и преобразуется инвертором в высокочастотное напряжение, которое через трансформатор подается, после выпрямления, в нагрузку.
Накопление энергии и ее передача в нагрузку разнесены во времени, максимальный ток коллектора ключевого транзистора не зависит от тока нагрузки.

Структура принципиальной схемы
В схему однотактного широтно-импульсного преобразователя (рис. 1) входит: генератор импульсов на аналоговом таймере DA1 с широтно-импульсным регулятором тока нагрузки R1, силовой ключ на полевом транзисторе VT1 с внешними цепями защиты от коммутационных помех, цепи защиты от повышения напряжения на нагрузке с гальваническим разделением цепей высокого и низкого напряжения оптопарой DA3, цепи защиты полевого транзистора от превышения токов коммутации на аналоговом стабилизаторе напряжения параллельного типа DA2, сетевого выпрямителя с ограничением пусковых токов заряда конденсатора фильтра и ограничением импульсных помех.

Описание работы элементов схемы
Генератор прямоугольных импульсов выполнен на аналоговом таймере DA1. В состав микросхемы входят: два компаратора, внутренний триггер, выходной усилитель для повышения нагрузочной способности, ключевой разрядный транзистор с открытым коллектором. Частота генерации задается внешней RC-цепью. Схемой предусмотрен вариант регулировки скважности импульсов при неизменной частоте.
Компараторы переключают внутренний триггер при достижении уровня порогового напряжения на конденсаторе С2 в 1/3 и 2/3 Un.
Вывод таймера 4 DA1 — вход сброса, используется для возвращения выхода 3 DA1 в нулевое состояние, независимо от состояния других входов, в данной схеме не используется.
Вывод 5 DA1 — вывод контрольного напряжения, позволяет получить прямой доступ к точке делителя верхнего компаратора. В схеме используется для получения модификаций режима генерации прямоугольных импульсов, с целью стабилизации выходного напряжения.
Вывод 7 DA1 соединен с внутренним разрядным транзистором аналогового таймера и используется для разряда внутренней емкости Сз-и полевого транзистора VT1. влияющую на скорость запирания.
Инвертор напряжения состоит из мощного ключевого транзистора VT1 и трансформатора Т1. Для защиты транзистора от пробоя импульсными токами и напряжениями, возникающими во время процесса преобразования, транзистор и трансформатор «обвязаны» диодно-резисторно-конденсаторными цепями.
Превышение уровня напряжения на резисторе R10 цепи истока дополнительно приводит к открытию параллельного стабилизатора DA2 и шунтирование затвора транзистора при перегрузках.
Трансформатор в инверторе заводского исполнения, от устаревших блоков питания компьютера. Трансформатор выбирается исходя из необходимой габаритной мощности, которая равна сумме мощности всех нагрузок.
Формулы по расчету сечения стержня и количества витков обмоток можно взять из [3]. Сложность не в расчете, а в отсутствии соответствующего феррита и размеров, разобрать и перемотать заводской трансформатор без поломки феррита не удалось. Количество витков и их сечение практически подходит под расчеты. При токе нагрузки в 10 А и напряжении вторичной обмотки на холостом ходу не менее 18 В подходят трансформаторы на 250 Вт с площадью окна 15 мм2 и сердечником около 10 мм2. Зазор в таких трансформаторах состоит из тонкого слоя клея, то есть практически отсутствует, да и его введение, из-за снижения магнитной проницаемости, потребует увеличения витков обмоток почти вдвое.
Однотактные преобразователи применяются в маломощных источниках тока, когда нагрузка носит изменяющийся характер, что вполне подходит в данной ситуации.
Большую роль в максимальной мощности устройства играет частота преобразования инвертора, при росте ее в десять раз мощность трансформатора, без изменения феррита и обмоток, возрастает почти в четыре раза.
При конструировании зарядного устройства следует придерживаться рабочей частоты трансформатора с учетом характеристики транзисторного ключа. Заводское исполнение трансформаторов имеет расположение первичных и вторичных обмоток слоями, для обеспечения хорошей магнитной связи и снижения индуктивности рассеивания, дополнительно между секциями обмоток проложены электростатические экраны из бронзовой меди.
Обмотки высокочастотных трансформаторов выполняются многожильным проводом для снижения «поверхностного» эффекта.
Разбирать единственный трансформатор для уточнения расположения и количества витков не следует, потому как собрать грамотно в обратное состояние не удастся. Лучше поэкспериментировать без разборки, а обкатка схемы даст немалый опыт. Перед включением любой наспех собранной схемы, оденьте бронебойные очки или включите последовательно в сеть лампочку 220 В, предохранители в фильтрах питания при случайном коротком замыкании в любой схеме взрываются с выбросом всего, из чего они состоят . Даже заводская сборка схем преобразователей часто приводит к пробою рабочего транзистора и возможному возгоранию устройств.
Причины адекватны: занижены параметры транзистора или импульсные помехи от бытовых электроприборов превышают возможности фильтров.
Цепи снижения помех преобразователя. Неприятности в работе полевого транзистора возникают от действия межэлектродных проходных емкостей, при запирании транзистора они затягивают переходные процессы. Включение транзистора происходит подачей прямоугольного импульса с выхода 3 генератора таймера DA1 через резистор R5 на затвор, отключение -низким уровнем на выводе7 DA1. Прямое подключение затвора к таймеру, без резистора R5, приведет к критическому импульсу входного тока, который может перегрузить не только микросхему таймера, но и пробить электростатический переход между затвором и цепью сток-исток (в литературе рекомендуется пайку полевых транзисторов выполнять отключенным паяльником и при закороченных выводах транзистора, от возможного пробоя статическим электричеством).
Отсутствие резистора R7 в схеме также нежелательно, он снижает входное напряжение на затворе и разряжает входную емкость транзистора с небольшим запирающим потенциалом на резисторе R10.
Для ускорения разряда внутренней емкости полевого транзистора в обход резистора затвора устанавливают диод обратным включением, в данной схеме аналогового таймера вместо внешнего разрядного диода используется разрядный транзистор таймера, открытие которого происходит с переключением состояния внутреннего триггера, при нулевом напряжении на выходе 3 DA1.
Транзистор крепится на радиатор размерами 50*50*10 мм.
Дроссель Т2 представляет собой обмотку из десяти витков медного провода ПЭВ сечением 4×0,5 мм с ферритовым стержнем диаметром 4 мм.
Трансформатор Т1 использован от блоков питания АТ/АТХ типа R320. АР-420Х, первичная обмотка содержит 38-42 витка провода диаметром 0,8 мм, вторичная -2×7,5 витков сечением 4×0,31 мм -установленной мощности 250 Вт.
Цепи питания инвертора выполнены на импульсном диодном мосте
VD8 с повышенными нагрузочными характеристиками и конденсаторе фильтра С5.
Питание инвертора происходит непосредственно от сети, без гальванической развязки.
Колебания напряжения сети компенсируются цепями отрицательной обратной связи с гальваническим разделением вторичного и первичного, опасного для жизни, напряжения.
Заряд конденсатора фильтра ограничен резистором RT1, это защищает диодный мост VD8 от повреждения критическими токами. Импульсный ток через полевой транзистор инвертора ограничен резистором R14.
Цепи заряда аккумулятора. К ним относится выпрямитель на высокочастотной диодной сборке VD7. Для выравнивания тока заряда в фильтр входят конденсаторы С9, С11 и дроссель на трансформаторе Т2. В отсутствии выпрямленного напряжения на вторичной обмотке трансформатора Т1, при прямом ходе тока инвертора, напряжение на нагрузке поддерживается за счет энергии, накопленной в дросселе трансформатора Т2 и конденсаторе фильтра. При закрытии ключа энергия, накопленная в трансформаторе Т1, передается во вторичную обмотку и накапливается в конденсаторах фильтра и дросселе для последующей передачи в нагрузку.
Контроль тока нагрузки выполнен на гальванометре РА1 с внутренним шунтом на 10 А.
Возможные помехи, сопровождающие переключение диода VD7, устраняются конденсатором С11.
Цепи стабилизации по напряжению. Постоянное выходное напряжение преобразователя необходимо сравнивать с образцовым напряжением и вырабатывать напряжение ошибки рассогласования. Цепь стабилизации по напряжению состоит из моста на резисторах RK1, R9 и диода оптопары DA3. Повышение напряжения на выходе выпрямителя приводит к проводящему состоянию диода оптопары, который открывает транзистор оптопары с коэффициентом усиления, зависящем от примененного элемента.
Изменение (уменьшение) напряжения на выводе 5 таймера DA1 приводит к изменению частоты выходных импульсов в сторону увеличения, при этом скважность импульсов не изменяется.
Длительность выходного импульса сокращается. Это приведет к уменьшению среднего тока зарядки.
С понижением выходного напряжения происходит обратный процесс.
Конденсатор СЗ устраняет влияние импульсных помех преобразователя на работу генератора. Терморезистор RK1 в цепи стабилизации выходного напряжения при нагреве позволяет воздействовать на выходное напряжение в сторону снижения, терморезистор типа ММТ-1 крепится через изоляционную прокладку на радиатор транзистора.
Цепи стабилизации по току. Стабилизация по току выполнена на аналоге параллельного стабилизатора-таймере DA2. Повышение тока в цепи сток-исток полевого транзистора приводит к падению напряжения на резисторе R10 в цепи истока VT1, которое через резистор R8 поступает на управляющий электрод 1 DA2 аналогового стабилизатора. При пороге напряжения на входе стабилизатора выше 2,5 В таймер DA2 открывается и шунтирует затвор полевого транзистора подачей отрицательного, относительно затвора, напряжения, процесс накопления энергии в трансформаторе прервется. Значение ограниченного тока будет меньше максимально допустимого, что не приведет к повреждению ключевого транзистора. Транзистор закрывается независимо от состояния выхода генератора, ток в цепи истока прекращается.

Читайте также:  Как правильно выбрать и купить аккумулятор для планшета

Порядок сборки
Плата инвертора размером 110×65 мм (рис. 2) в сборе крепится в подходящем по размерам корпусе типа БП-1, на внешней стороне которого крепятся гальванометр, выключатель, предохранитель. Соединение устройства с аккумулятором выполнено многожильным проводом сечением 2 мм. Технологии зарядки и восстановления аккумуляторов см. подробно в [4, 5].

Регулировка схемы
Подключение устройства к сети следует выполнить через ограничитель в виде сетевой лампочки. Налаживание начинают с проверки напряжений питания микросхемы генератора и транзистора инвертора. Наличие прямоугольных импульсов на выходе 3 DA1 укажет светодиодный индикатор HL1. Вместо нагрузки следует подключить лампочку 12/24 В от автомобиля, свечение лампочки укажет на процесс преобразования тока в инверторе, слабый накал сетевой лампочки подтверждает нормальную работу преобразователя, при слабой нагрузке ток в первичной обмотке не должен превышать 200 мА.
Уровень вторичного напряжения предварительно устанавливается подстроечным резистором R9 при среднем положении движка резистора R1.
Ток заряда зависит от скважности импульса генератора, состояние которого зависит от положения движка резистора R1.
В правом положении движка время заряда конденсатора С2 минимальное, а разряда — максимальное, импульс, поступающий на ключевой транзистор VT1, очень короткий, и средний ток в нагрузке минимальный. В правом положении движка длительность импульса максимальная, как и ток заряда аккумулятора.
Через непродолжительное время включения необходимо проверить тепловой режим радиокомпонентов.
Ввиду невозможности изменения параметров трансформатора, требуемые параметры источника питания можно отрегулировать только изменением частоты генератора (конденсатор С2), скважности импульсов R1, выводов вторичной обмотки трансформатора или полной заменой трансформатора.
По окончанию регулировочных работ и прогонке схемы по времени сетевую и нагрузочную лампочки удаляют, схему восстанавливают и включают под зарядку аккумуляторов.
Следует обратить внимание на режим работы цепей обратных связей по току и напряжению.

Читайте также:  Внутренние аккумуляторы для фонарей

Источник

Схемы самодельных ЗУ для автомобильных АКБ на TL494

Для управления ключевым транзистором используется микросхема TL494 (KIA494, KA7500B, К1114УЕ4). Её можно часто встретить в компьютерных БП. Устройство обеспечивает регулировку тока заряда в пределах 1 … 6 А (10А max) и выходного напряжения 2 … 20 В.

Ключевой транзистор VT1, диод VD5 и силовые диоды VD1 — VD4 через слюдяные прокладки необходимо установить на общий радиатор площадью 200 … 400 см2. Наиболее важным элементом в схеме является дроссель L1. От качества его изготовления зависит КПД схемы.

Так как в процессе работы происходит намагничивание магнитопровода постоянным током — из-за насыщения индуктивность его сильно зависит от протекающего тока. С целью уменьшения влияния подмагничивания на индуктивность, предпочтительней использовать альсиферовые магнитопроводы с малой магнитной проницаемостью, насыщение которых происходит при значительно больших магнитных полях, чем у ферритов.

В качестве сердечника можно использовать импульсный трансформатор от блока питания телевизоров 3УСЦТ или аналогичный. Очень важно, чтобы магнитопровод имел щелевой зазор примерно 0,2 … 1,0 мм для предотвращения насыщения при больших токах. Количество витков зависит от конкретного магнитопровода и может быть в пределах 15 … 100 витков провода ПЭВ-2 2,0 мм. Если количество витков избыточно, то при работе схемы в режиме номинальной нагрузки будет слышен негромкий свистящий звук. Как правило, свистящий звук бывает только при средних токах, а при большой нагрузке индуктивность дросселя за счёт подмагничивания сердечника падает и свист прекращается. Если свистящий звук прекращается при небольших токах и при дальнейшем увеличении тока нагрузки резко начинает греться выходной транзистор, значит площадь сердечника магнитопровода недостаточна для работы на выбранной частоте генерации — необходимо увеличить частоту работы микросхемы подбором резистора R4 или конденсатора C3 или установить дроссель большего типоразмера.

При отсутствии силового транзистора структуры p-n-p в схеме можно использовать мощные транзисторы структуры n-p-n, как показано на рисунке, ниже.

В качестве диода VD5 перед дросселем L1 можно использовать любые доступные диоды с барьером Шоттки, рассчитанными на ток не менее 10А и напряжение 50В. Для выпрямителя можно использовать любые мощные диоды на ток 10А или диодный мост, например KBPC3506, MP3508 или подобные. Сопротивление шунта в схеме желательно подогнать под требуемое. Диапазон регулировки выходного тока зависит от соотношения сопротивлений резисторов в цепи вывода 15 микросхемы.

Настройка схемы зарядного устройства

В нижнем по схеме положении движка переменного резистора регулировки тока напряжение на выводе 15 микросхемы должно совпадать с напряжением на шунте при протекании через него максимального тока. Переменный резистор регулировки тока R3 можно установить с любым номинальным сопротивлением, но потребуется подобрать смежный с ним постоянный резистор R2 для получения необходимого напряжения на выводе 15 микросхемы.

Переменный резистор регулировки выходного напряжения R9 также может иметь большой разброс номинального сопротивления 2 … 100 кОм.

Подбором сопротивления резистора R10 устанавливают верхнюю границу выходного напряжения. Нижняя граница определяется соотношением сопротивлений резисторов R6 и R7, но её нежелательно устанавливать меньше 1 В.

Источник