Зарядное устройство для АКБ от любителя

Каждый автомобилист хочет такое ЗУ, чтобы и аккумулятору было хорошо, и ЗУ не накрывалась в случае чего...
Скажу честно – не разрабатывал, а именно сочинял.
Программа минимум: заряжать током до 10А, регулировка зарядного тока, защита от к.з. и ошибочного подключения полярности батареи, сделать самому.
Предлагаю Вашему вниманию роман на эту тему. Можете учесть, что этот аппарат работает у меня уже 6 лет, и мои понятия, какими должны быть ЗУ, несколько поменялись.
А что толку – сделать новый рабочии экземпляр не удалось. Так что чем богаты, тем делимся.
Все дальнейшие «философии» основаны на моих наблюдениях и не есть истина последней инстанции.
Итак, а что желать от ЗУ:
- правильно - чтобы заряжал
- не выходил из строя при неправильном подключении
- поддерживал элементарные требования к зарядному току
- не очень сложный
- надежный
- возможность заряжать разные по ёмкости аккумуляторы
- автоматизация самого процесса заряда
- какая-нибудь индикация состояния
- поддержка режимов типа десульфатации пластин
Личные пожелания:
- чтобы имелись основные детали
- как можно меньше греющихся элементов
- какая-нибудь изюминка в конце-концов.
Я почти всё перечислил в порядке важности. А о чём «мечтает» аккумулятор ?
Скажу сразу: меня интересовали, в основном, 2 вида аккумуляторов – автомобильные свинцово-кислотные и гелевые свинцово-кислотные (кислота тут в виде геля).
Известно, что заряжать следует током 10% от ёмкости около15 часов до 14,4 Вольт.
Считается также, что лучше заряжать импульсным током, а не постоянным (может быть).
Добавим сюда, что:
- во время заряда температура АКБ не должна подниматься выше определённого порога
- напряжение (максимальное) на АКБ тоже должно быть ограничено
- защита от разряда при окончании зарядки или выхода из строя ЗУ
- и конечно, каждый может ещё что-то добавить...
За три копейки супер-пупер не получится, но хоть что-то... Тяжело дышать не надо, далеко не все пожелания реализованы. Не нужно забывать, что я несу знамя любителя.
Обратимся к схеме, приведённой ниже, и начнём справа (мне так удобнее).

К клемме Х3 подключается «+» батареи, к Х4 «-».
На транзисторе VT5 и миниатюрной лампе La2 собрана индикация достижения порогового напряжения на 100% заряженной АКБ. Напряжение на батарее во время заряда заметно пульсирует, поэтому применён фильтр R16, C7. VT5 играет роль компаратора. Когда напряжение на АКБ достигает установленного с помощью R15 порога, VT5 открывается и лампа La2 загорается. Тут всё просто. Посмотрим ещё раз на схему в целом. Замечаете толстые линии почти по периметру? Это толстые – у меня 6 мм² проводники. Отрезок С-D, помимо подвода тока к АКБ, служит и датчиком тока. Это и есть изюм данной схемы. К нему я подошёл после проб с нормальными проволочными резисторами, которые сильно грелись и совсем не имели совести удерживать своё исходное сопротивление при таком нагреве. (Я поставил себе задачу на зарядный ток 10 А). С датчика тока с помощью нормальных (какие есть) проводников снимается напряжение и подается на два узла:
1.- интегрируем, R10, C6 и подаём на микроамперметр (100мкА работает точно)
R10 служит и для калибровки получившегося амперметра
2.- это же напряжение усиливается VT4, интегрируется R12,С5 и используется для регулирования зарядного тока.
Все, наверное, заметили, что выпрямление тока вторичной обмотки трансформатора происходит открыванием VS1 в подходящие моменты времени (таким образом удалось сэкономить по 1V на каждый диод на пути сильноточной цепи; напомню что 1V на 10А это 10Вт, которые надо как-то рассеивать). R4,С3, VT2, VD3 и сам VS1 образуют /ПРОСТОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТИРИСТОРОМ/. Если подать на нижний вывод R4 напряжение более 1V - он заработает. Нужное напряжение найти можно, но заманчиво, чтобы оно было только, если АКБ подключена правильно. Обратите внимание , что если подключить АКБ ошибочно, то найдутся пути открыть VS1 (я намеренно называю его так, прекрасно работает и тиристор и симистор). И тогда что-то точно полетит. Поэтому приняты меры к закрытию в таких случаях VТ1 , который подаёт запускающий уровень на нижний вывод R4, и изменению работы VТ3, чтобы он сажал возможное аварийное открывающее напряжение на нижнем выводе R4. Пару слов об узле запуска вокруг VТ1. Напряжение на аноде VS1 выделяется С2, выпрямляется по схеме удвоения на VD1, VD2 и фильтруется С1. Заменой диода VD1 на стабилитрон получаем стабильное напряжение на С1. Это напряжение прибавляется к напряжению АКБ и прилагается к R1-R2-VD4. Если оно будет больше на 1...1,2V, чем напряжение пробоя стабилитрона VD4 (это будет штатная ситуация при правильном подключении АКБ и наличии на ней хотя-бы 6V), то VТ1 откроется и ЗУ запустится, начнётся заряд. При ошибочной полярности или просто замыкании выходных клемм – этого не случится, ЗУ не запустится.
А теперь всё в целом. При правильном подключении АКБ и включении в сеть :
- загорается лампа La1 (у меня зелёного цвета - СЕТЬ) .
- заряжается С1
- от тока VD4-R2 открывается VТ1 и на входе узла управления VS1 появляется открывающее напряжение
- в положенный момент VS1 откроется
- на участке С-D появится падение напряжения, благодаря которому, после калибровки, увидим долгожданный ток заряда
- на С5 соберётся напряжение, пропорциональное току через участок С-D
- часть напряжения С5 через R8-R7-R6 подаётся на VТ3, работающий в качестве компаратора, и если он (компаратор) решит, что оно выше установленного движком R8 – приоткроется (VТ3) и понизит управляющее напряжение на нижнем выводе R4.
- время открытого состояния VS1 уменьшится
- величина тока заряда установится согласно положению движка R8.
Увеличение напряжения сети и изменение напряжения на АКБ влияет значительно меньше, чем было бы без такой вот стабилизации.
- кода, наконец, батарея примет своё и повысит напряжение, как и было описано ранее, откроется VТ5, загорится красная лампа La2, и таким образом оповестит об окончании заряда.
Опишу назначение некоторых элементов, работа которых не сразу заметна (мне опять удобно с конца, извините).
VD10 – уменьшение тока в этой цепи при ошибочной полярности АКБ
VD8 – откроется при ошибочной полярности АКБ, La2 загоревшись известит об этом.
VD5 – падение напряжения на этом диоде скомпенсирует напряжение открывания кремниевого транзистора VТ4. Это позволит транзистору начать свою работу не 0,6...0,65 – а 0,05...0,1 Вольт.
VD7 - при ошибочной полярности АКБ, подключит эммитер VТ3 к отрицательной (в таком случае) полярности и позволит ему, открывшись плюсом, через R6-R7- R8- R9 посадить напряжение управления на нижнем выводе R4. Это аварийный случай, и нам важно, чтобы VS1 не открывался.
Изначально предполагалось, что между точками А и В будет цепь из диода и стабилитрона на 10...12V. Это позволило бы уменьшить ток заряда до тока утечки батареи (при достижении полного заряда), и поддерживать это состояние, пока проснется хозяин этого чуда, и отключит всё. Оставлю тут простор вашему воображению. Я заметил, что современные АКБ не боятся перенапряжения (в разумных пределах). После полного заряда они резко повышают напряжение на клеммах, и если есть ограничение напряжения заряда, пусть 15...16V – всё будет ОК. В моём случае напряжение на вторичной обмотке трансформатора выбрана таким, что оно обеспечивает 10А только при 220V в сети (и не меньше) и напряжении на АКБ до 14V, затем снижается , при 15V – 5А...., и выше 16...16,5V напряжение не поднимается. Меня это устроило.
Настройка.
Как говорят в таких случаях – при отсутсвии ошибок – заработает сразу. Возможно. Но был собран один экземпляр только. Мои рекомендации такие:
- проверьте напряжение на вторичной обмотке трансформатора (без схемы)
- поставьте движки всех резисторов в среднее положение, подключите схему
- подключите сначала правильно АКБ, но через лампу от автомобильной фары
(можно и дополнительно через тестер в режиме 10А)
- понюхайте – не дымит ли что
- включите СЕТЬ. Если всё нормально, ЗУ загудит, а эта вспомогательная лампа покраснеет
Если ничего не происходит – покрутите R8, проверьте напряжение на С1 (15V), на нижнем выводе R4, а поступает ли напряжение от АКБ ?
- если вы везунчик, то вы должны заметить, что есть заряд и что переменным резистором R8 можно менять величину тока.
- подключить незаряженный (так будет удобнее) аккумулятор через тестер в режиме 10А, но (очень важно) не своими щупами, а возможно короткими и толстыми (4...5 квадратов). Далее крутим R8, чтобы тестер показывал 5А, а посредством R10 устанавливаем на микоамперметре удобные для считывания показания (его шкала далеко не всегда будет отградуирована 0...10А). А вообще – на Ваше усмотрение.
- подключить на этот раз заряженный аккумулятор (правильно естественно), к его клеммам тестер в режиме измерения напряжения. Переменным резистором R8 можно добиться нужного на АКБ напряжения. Если АКБ недостаточно заряжена – придется подождать. Получив нужные 14,4V, или кому как, крутим R15 до момента, когда лампа La2 только-только подошла максимальной яркости. Индикацией окончания заряда (естественно) будет полная яркость. Проверка индикации ошибочного подключения АКБ делайте при отключённой сети. Эту и любые другие проверки лучше делать, подключив АКБ через лампу от фары. Если что не так загорится лампа.
Я не сделал здесь режима десульфатации, потому что когда обращаются , АКБ сильно дохлая уже и ничто не поможет. А вот новая , стоявшая без работы .... может быть, однажды получилось. Подключил, при 16V – ток 0,6...0,7А подключил паралельно АКБ лампу 21Вт, через час: напряжение 11V , ток 6А (45Ач). А может быть лампа, и вся теория об асиметричном зарядном токе непричём...?
Несколько слов о деталях.
Трансформатор – от лампового телевизора 180...200Вт. заменил все вторичные на одну. Чем толще, тем лучше. Выбирал на глаз – около 3мм диаметр по изоляции. В моём случае греется больше сердечник, чем обмотка.




Хочу напомнить, что напряжение, до которого надо заряжать, зависит от тока заряда. Чем больше ток – тем больше напряжение конца заряда. Я просто рекомендую заканчивать заряд током меньше на 20...30% от номинального до загорания La2. В большинстве случаев это получится автоматически (при 15V на АКБ, ЗУ не сможет качать тот ток, который Вы установили при 12V на разряженной батарее).
И ещё. Если кому понравилась идея, её можно улучшить, например, сделав выпрямление двухполупериодным. Но не с помощью диодов – это будет неинтересно. А намотав идентичную , ещё одну вторичную обмотку, и добавив ещё одно «ПРОСТОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТИРИСТОРОМ». Аноды к новой обмотке, Катод нового VS1 к катоду первого, вход управления нового ко входу управления первого – напомню, это нижний по схеме вывод R4. R3 стоит уменьшить до 10кОм. В этом случае я бы настроил только один полупериод как описал выше, затем подключил бы вторую полуволну, почувствовав прилив тока, проверил бы ещё раз показания амперметра (R10) и порог окончания заряда (R15).

Позвольте мне самому раскритиковать своё создание.
- в мои первые 2 года любительства, схема показалась бы сложной.
- точность поддержания зарядного тока меньше ожидаемого.
- греется сильно (при 10А) транс, точнее его сердечник – думаю , что из-за однополупериодного выпрямления.
- при подключении АКБ к включённому в сеть ЗУ можно заметить искру. Это означает, что схема начинает работу с максимального тока.
- не все пожелания, высказанные в самом начале, выполнены.
- нет печатной платы. Управление тиристором висит на нём, остальное на макетнице, которая привинчена к контактам (винтам) стрелочного индикатора.
ДА, важный момент: я забыл проверить, сколько Вольт выдаёт вторичная обмотка. Должно быть как у всех ЗУ. Если задержится опубликование - уточню.

Мне будет трудно поддерживать «живое общение», поэтому примите как идею.
Использовал всего 2 сокращения : ЗУ – зарядное устройство и АКБ – аккумуляторная б

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации