Зарядные устройства для герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов
Зарядные устройства для герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов.
Автор/добавил(а): Energo
Дата добавления: 12-02-2009
В догонку к статье о велосвете хочу написать статью про зарядные устройства для герметичных свинцовых кислотных аккумуляторов, применяемых для питания велофар. За основу взята схема на интегральных стабилизаторах напряжения КР142ЕН22 (нар. КРЕН 22), найденная на безкрайних просторах интернета.
В последнее время в продаже появились герметичные свинцовые кислотные аккумуляторы (SLA). Их используют в блоках резервного питания компьютеров (UPS), охранных и измерительных системах, фонарях и других приборах, требующих автономного питания. Из всего диапазона выпускаемых аккумуляторов в радиоэлектронных устройствах чаще всего используются аккумуляторы небольшой емкости 1,3—12 А-ч на напряжение 6 или 12 В. Устройства для их заряда, и предлагаются вашему вниманию.
По сравнению с никель-кадмиевыми SLA аккумуляторы (АК) имеют более низкую цену и в то же время более удобны в эксплуатации, особенно в тех случаях, когда нужна большая емкость. Подобные АК выпускают многие производители, и их параметры могут отличаться, поэтому перед использованием конкретного АК желательно изучить документацию на него.
Для устройств, предлагаемых в данной статье, все расчеты, выбор номинальных и максимальных зарядных токов производились на основе документации на АК широко известной фирмы CSB. Режимы заряда АК других фирм могут отличаться и, прежде всего, по максимально допустимому зарядному току. Но если принять за правило — заряжать АК зарядным током около 0,1 от их емкости, то можно с уверенностью сказать, что предлагаемыми зарядными устройствами можно заряжать SLA аккумуляторы любых производителей.
В импортной документации принято обозначать зарядные/разрядные токи выражением — 0,1 С; 0,2 С и т. п., при этом буква С обозначает емкость АК в А - ч. Это выглядит более удобным, чем писать “0,1 от емкости АК”, и в дальнейшем мы будем придерживаться этих обозначений.
Исходная схема зарядного устройства представлена на рис. 1.
Рисунок 1
Данное устройство рассчитано на зарядку различных аккумуляторов и использует "заряд постоянным напряжением с ограничением тока”.
Суть метода заключается в том, что сначала на разряженный аккумулятор подается номинальный ток.
По мере зарядки напряжение на АК растет, а ток остается неизменным.
Затем, при достижении напряжением установленного порога, дальнейший его рост прекращается, а ток начинает снижаться.
К моменту окончания зарядки, зарядный ток равен току саморазряда, и в этом состоянии АК может находиться в зарядном устройстве сколь угодно долго без перезаряда. Самое интересное, что некоторые фирмы-изготовители аккумуляторов рекомендуют именно этот метод для заряда SLA.
Исходное зарядное устройство создано как универсальное, предназначенное для зарядки 6- и 12-вольтовых SLA аккумуляторов наиболее распространенных емкостей.
Для облегчения теплового режима устройства, работающего при высоких зарядных токах использовались современные интегральные стабилизаторы КР142ЕН22. Главное достоинство этих микросхем заключается в существенно низкой разности напряжений вход/выход, при которой они могут работать. Для КР142ЕН22 это напряжение равно 1,1 В.
Функционально устройство можно разделить на две части—узел ограничения максимального тока (DA1.R1—R6) и стабилизатор напряжения (DA2, R7—R9). Обе эти части выполнены по типовым схемам и в пояснении не нуждаются.
Переключателем SB3 выбирают максимальный зарядный ток, a SB2—конечное напряжение на АК. При этом секция SB2. 1 переключает вторичную обмотку трансформатора, снижая напряжение при зарядке 6-вольтовых АК.
При изготовлении этого устройства можно рекомендовать следующие типы деталей и их замены. Токозадающие резисторы R2— R6 применены типа С5-1 6В. С5-1 6МВ соответствующих мощностей. Как показала практика, на мощности лучше не экономить. Устройство рассчитано на длительную непрерывную работу, и все элементы желательно выбирать с запасом. Это, помимо увеличения надежности, позволит улучшить тепловой режим. При отсутствии указанных резисторов их можно изготовить самостоятельно из высокоомного провода. Точность изготовления здесь не играет большой роли, т. к. величина начального зарядного тока может быть до 0.25С (производители для некоторых типов АК допускают максимальный зарядный ток до 0,4С).
В качестве подстроенных резисторов желательно взять многооборотные СП5-2, СП5-3 или их импортный аналог — 3296W. При снижении точности установки выходного напряжения можно применить и более дешевые, однооборотные. Конденсатор С1 — К50-16, К50-35 или импортный аналог. В качестве конденсаторов С2, СЗ можно применить металлопленочные типа К73 или, при увеличении стоимости, керамические—К10-17. КМ-6. При наличии свободного места в корпусе импортные диоды типа 1N5400 (3А, 50 В) крайне желательно заменить на отечественные диоды в металлических корпусах типа Д231, Д242, КД203 и т. п. Эти диоды хорошо рассеивают тепло своими корпусами, и при работе в данном устройстве их нагрев практически незаметен (что не скажешь о примененных диодах в пластмассовом корпусе).
Понижающий трансформатор должен обеспечивать максимальный зарядный ток длительное время без перегрева. Напряжение на обмотке II составляет 12В (заряд 6-вольтовых АК). Напряжение на обмотке III, включаемой последовательно с обмоткой II при заряде 12-вольто-вых АК—8 В. Удобно применить для этих целей трансформаторы из серии ТН (трансформатор накальный). Они имеют несколько вторичных обмоток и при соответствующей коммутации позволяют получить необходимые напряжения.
При отсутствии микросхем КР142ЕН22 можно установить КР142ЕН12, но при этом надо учесть, что выходные напряжения на вторичных обмотках трансформатора придется увеличить на 5В. Кроме того, придется установить диоды, защищающие микросхемы от обратных токов.
Налаживание устройства следует начать с установки резисторами R7 и R8 необходимых напряжений на выходных клеммах устройства без подключения нагрузки. Резистором R7 устанавливается напряжение в пределах 14,5…14,9В для заряда 12-вольтовых батарей. и R8—7,25…7,45В для 6-вольтовых. Затем, подключив нагрузочный резистор сопротивлением 4,7 Ом и мощностью не менее 10 Вт в режиме заряда 6-вольтовых батарей, проверяют по амперметру выходной ток при всех положениях переключателя SB3.
Рисунок 2
Второй вариант устройства (рис. 2) выполнен с небольшими доработками. Для упрощения схемы и реализации заряда АК определенной емкости и напряжения (в данном случае АК U=12 В и I=7,2 Ач) из схемы исключены ряд деталей (переключатели SB2, SB3, резисторы R2, R4-R6, R8) и применен простой двухобмоточный трансформатор без отводов.
Настройка этого устройства аналогична описанной выше. Сначала резистором R3 без подключения нагрузки устанавливают напряжение на выходе в пределах 14,5...14,9В, а затем при подключенной нагрузке, подбором резистора R2, выставляют выходной ток, равный 0,7… 0,8 А. Для изготовления зарядного устройства для других типов аккумуляторов подбираются резисторы R2, R3 и трансформатор Т1 в соответствии с напряжением и емкостью заряжаемого аккумулятора. Параметры зарядки следует выбирать исходя из условия I = 0,1 С, где С – емкость аккумулятора, напряжение 7,25…7,45 (для 6-вольтовых АК) и 14,5…14,9 (для 12-вольтовых АК).
При работе с описанными устройствами сначала устанавливают необходимые величины зарядного тока и напряжения, затем подключают АК и устройство включают в сеть. Возможность выбора зарядного тока позволяет в некоторых случаях ускорить заряд АК, установив ток более 0.1 С. Так, к примеру АК емкостью 7,2 А ч можно заряжать током 1,5 А. не превышая при этом максимально допустимый зарядный ток 0,25С.
И как иногда бывает, обнаружив у себя отсутствие блока питания с регулировкой по напряжению, я решил переделать схему зарядного устройства в нечто универсальное и совместить ЗУ и БП в одно. Благо для этого были все предпосылки. После некоторых раздумий и умозаключений родилась вот такая схемка, которая представленна на рис. 3.
Рисунок 3
После добавления некоторых комутирующих элементов и переменного резистора получилась схема неплохого стабильного источника питания с плавной регулировкой по напряжению от 0 до 22 В. На схеме присутствует еще один стабилизатор двухполярного напряжения ±5В. Он служит источником питания для цифрового индикатора напряжения и тока, который я тоже планирую включить в свое универсальное устройство. Но это уже совсем другая история. Если не предполагается использование цифрового индикатора, то стабилизатор ±5В можно из схемы смело исключить.
Правильно собранное устройство в части БП в наладке не нуждается и начинает работать сразу, а в части ЗУ настраивается по описанной выше методике.
На все схемы имеются печатные платы в формате SL 5.0, но рекомендую разрабатывать их под конкретный корпус. Всем желающим охотно помогу с разработкой плат и наладкой готовых устройств. Заинтересовавшимся цифровым индикатором просьба обращаться через форму в контактах или по ICQ. Номер также имеется в контактах.
В заключение следует сказать несколько слов о конструкции предложенных устройств. Корпус желательно использовать металлический. Это повысит пожаробезопасность устройства, которое зачастую работает без присмотра. В данном случае использовался корпус от компьютерного БП. Если в качестве понижающего будет использоваться трансформатор серии ТН. то его лучше всего выбрать пропитанным компаундом. Радиаторы для микросхем специально не рассчитывались, а, как часто бывает в радиолюбительской практике, выбирались из того, что есть. Для микросхем DA1, DA2 (рис 1, 2) и DA1, DA4 (рис 3) используются ребристые радиаторы (по одному на каждую микросхему) размерами 50x50 мм с высотой ребер 10 мм. Для микросхем DA2, DA3 (рис 3) охлаждение не использовалось. О желательной замене диодов говорилось выше. Здесь же хочется отметить, что не стоит использовать вместо них доступные сейчас монолитные диодные мосты. Попытка поставить в одно из изготовленных устройств мост типа КВРС101 (3А, 100 В), и КВРС801 (8 А, 100 В) привело к необходимости установки на него радиатора.
