Простое зарядное устройство с постоянным током зарядки и ограничением выходного напряжения на LM317

Зарядное устройство для щелочных и свинцовых аккумуляторов ёмкостью до 10-15 Ампер-час, для шуроповерта, герметичного аккумулятора от UPS и т. п. Ток зарядки фиксированный, по окончании зарядки уменьшается до нуля. Есть индикация процесса и окончания зарядки.

Техническое задание

Мне позвонил друг и сказал, что ему нужно зарядное устройство к шуруповерту на дачу. C его слов, аккумуляторов в батарее 10 штук емкостью 1400 мА-час. Значит, требуется заряжать батарею 12 Вольт. Аккумуляторы никель-кадмиевые, для них возможны три режима зарядки:
а) медленный, током 0,1 от емкости, время зарядки 14-16 часов;
б) сверхбыстрый, током от 1 до 4 емкости, время порядка часа;
в) ускоренный, током примерно 0,25 от емкости, время зарядки 4-6 часов.

На мой взгляд, вариант а) слишком медленный, пока батарея зарядится, или желание работать пропадет, или будет пора уезжать; вариант б) рискован, велика вероятность взрыва или выхода из строя батареи, для предотвращения этого нужен контроль за температурой каждого элемента, схема должна быть сложной, лучше на микроконтроллере, для него придется писать и отлаживать программу, далеко не все аккумуляторы могут выдержать такой режим, особенно герметичные. Остается режим в) — вечером батарея ставится на зарядку, утром аккумуляторы полностью заряжены, заряд полный, вероятность проблем минимальна.

Итак, токовый режим выбран, следующий (и самый сложный) этап — выбор критерия отключения зарядки. Обычно используются: отключение по таймеру, по достижению порогового напряжения, по мизерному падению напряжения при полной зарядке, по температуре. Проблема в том, что в одних случаях реализация сложна, в других ненадежна. Приемлемый вариант — пороговое напряжение, но если хотя бы один элемент плохой, напряжение никогда не достигнет порогового уровня. Поэтому я рекомендую при первой зарядке проконтролировать напряжение конкретной батареи. В литературе написано, что напряжение полной зарядки на элемент составляет 1,45-1,48 В.

Для удобства эксплуатации необходима индикация. Я исходил из того, что нужен контроль включения в сеть, исправности устройства, контроль цепи зарядки, состояния аккумуляторной батареи. Звуковая сигнализация не нужна — она может запиликать ночью, да и зарядное устройство должно работать так, чтобы батарея могла оставаться в зарядном устройстве без вреда. По этой же причине таймер не обязателен.
Анализ промышленных схем удивил. В них обычно нет стабилизации тока, ограничение происходит за счет сопротивления вторичной обмотки. Значит при отклонении сетевого напряжения, или не будет полной зарядки, или ток значительно возрастет.

Схема и детали

Для радиолюбительской самоделки, на мой взгляд, нужно, чтобы конструкция была:
- простая,
- недорогая,
- из недефицитных деталей,
- плата должна быть с простой разводкой.

Желательно использовать то, что есть под рукой , что не надо искать по рынкам и магазинам. Для зарядок есть специальная микросхема L200C, но мне было интереснее приспособить КР142ЕН12 (аналог LM317). Трансформатор нашелся с вторичной обмоткой на 18 Вольт, чтобы убедиться в его пригодности, было измерено напряжение под нагрузкой 300 мА, оно оказалось 16 Вольт, это нормально т. к. допустимо падение на 10% . Резисторы применены в основном SMD, транзистор КТ503 можно заменить практически любым той же проводимости.
Я использовал сверхъяркие светодиоды неизвестной марки, поскольку они отлично работают при токе 1 мА.
Можно ставить любые светодиоды, но придется подобрать резисторы R6, R9 для желаемой их яркости.

Настройка

Без нагрузки подстройкой R5 убедиться, что напряжение на выходе плавно регулируется около 14 Вольт. Подгонкой R7 R8 добиться зажигания D6 при напряжении 14…14,2 Вольт. На печатной плате предусмотрено место для подключения SMD резисторов параллельно R7 R8 для их подгонки, при указанных на схеме номиналах, подстройка не потребовалась.

Затем подстройкой R5 установить на выходе напряжение 14,4…14,5 Вольт. Подключить нагрузку, например, 20 Ом и убедиться, что ток в нагрузке примерно 300 мА. Закоротить не надолго выход и убедиться, что оба диода гаснут, предохранитель не перегорает. Без нагрузки должны гореть оба светодиода, при подключении аккумулятора красный светодиод гаснет. Если цепь заряда оборвана или аккумулятор заряжен полностью, красный светодиод не гаснет.

Подключить аккумулятор, убедиться, что красный светодиод гаснет и зарядка проходит нормально. При приближении к полной зарядке красный диод должен загореться. Проконтролировать напряжение на полностью заряженной батарее и, при необходимости, подкорректировать резистором R5 выходное напряжение. Если напряжение заметно отличается от нормы, батарея неисправна. Надо проконтролировать состояние всех элементов батареи и заменить неисправный.

Заключение

Устройство позволяет изменять зарядный ток до 1,5 А (надо следить, чтобы тепловая мощность КР142ЕН12 не была превышена), напряжение аккумуляторной батареи может быть 6, 12, 18, 24 вольта при этом может понадобиться замена некоторых резисторов и дополнительная настройка. Для изменения зарядного тока при одном напряжении, удобно параллельно R2 через переключатель, подключать шунты.

Размеры теплоотвода зависят от разницы между входным и выходным напряжением и тока стабилизации, поэтому желательно не завышать напряжение вторичной обмотки трансформатора, излишнее напряжение приводит к перегреву. Корпус не делался т. к. это проблема заказчика. При его изготовлении надо обеспечить хорошую вентиляцию. На фото показан настроечный радиатор, он будет заменен на пластину «по месту».

При настройке и испытаниях заряжалась батарея из десяти никель-кадмиевых элементов емкостью 7 А-час. Время зарядки пропорционально увеличилось, но батарея зарядилась полностью.

Файлы

Прилагаю рисунок печатной платы в формате lay.
▼ zukp142eh12.rar 🕗 02/05/12 ⚖️ 13,69 Kb ⇣ 444