Импульсное зарядное устройство стабилизатор тока

Изготовление и эксплуатация импульсного зарядного устройства для автомобильного аккумулятора

Разряд аккумуляторной батареи — это довольно распространенная проблема, с которой сталкиваются многие наши соотечественники. Для восстановления работоспособности АКБ ее необходимо зарядить, для этой цели в продаже можно найти множество видов зарядных приборов. Из каких элементов состоит зарядное устройство импульсное для автомобильного аккумулятора и как его соорудить своими руками — подробнее об этом читайте ниже.

Характеристика прибора

Приборы для зарядки аккумулятора могут быть трансформаторными либо импульсными. Первые сегодня практически неактуальны из-за их больших размеров и веса, а также недостатков, соответственно, востребованность импульсных ЗУ для АКБ только растет.

Устройство и принцип работы

Предназначение такого прибора заключается в восстановлении заряда батареи.

Устройство девайса следующее:

• трансформаторный импульсный механизм;
• выпрямительный узел;
• стабилизатор;
• устройства индикации заряда;
• управляющий модуль, осуществляющий контроль за работой ЗУ.

ИЗУ для автомобильной АКБ от производителя BOSCH

Если вы сравните импульсное зарядное устройство с трансформаторным, то увидите, что все компоненты, которые входят в состав первого, значительно меньше по размерам и весу. Именно поэтому приборы такого типа получили популярность среди соотечественников, тем более, что их вполне можно соорудить в домашних условиях.

Если говорить о принципе действия, то непосредственно сам процесс заряда может осуществляться:

• напряжением постоянным током;
• напряжением с неизменными параметрами;
• еще один способ — комбинированный.

Наиболее оптимальным, а также правильным с точки зрения теории является второй вариант, поскольку именно он позволяет полностью контролировать процесс заряда. В том случае, если вы планируете добиться максимального уровня заряда, в ходе процесса также следует учитывать и значение разряда аккумулятора. Метод постоянного тока — не самый лучший способ, поскольку в данном случае речь идет о быстром процессе заряда. При таком напряжении через пластины батареи проходит высокий ток, в результате чего есть вероятность разрушения пластин АКБ. А это, в свою очередь, приведет к ее неработоспособности, ведь восстановить пластины не получится (автор видео — канал deonich tex).

Что касается последнего способа — комбинированного, то он считается одним из самых щадящих для конструкции аккумулятора. В данном случае через батарею в первую очередь проходит постоянный ток, который впоследствии меняется на переменный, когда батарея будет практически заряжена. После этого ток постепенно снижается, его значение уменьшается почти до нуля, что способствует стабилизации напряжения в целом. По утверждению многих электриков, этот вариант дает возможность если не предотвратить, то как минимуму снизить вероятность выкипания раствора электролита в банках батареи. Соответственно, это способствует и предотвращению возможности выделения газов.

Особенности подбора оборудования

Есть несколько особенностей подбора девайса:

1. Во-первых, большинство наших соотечественников при покупке рассчитывают на то, что зарядный прибор при необходимости сможет восстановить работоспособность полностью севшего аккумулятора. Несмотря на то, то импульсное зарядное устройство — это довольно технологичный прибор, не факт, что оно сможет выполнить эту функцию. Покупая девайс в магазине, обязательно нужно уточнить, сможет ли ЗУ справиться с задачей восстановления полностью разряженной батареи.
2. Во-вторых, необходимо учитывать значение максимального тока, который будет проходит через аккумуляторную батарею во время зарядки. Здесь же необходимо брать во внимание и уровень напряжения, с которым будет осуществляться зарядка АКБ. Покупая импульсное зарядное устройство, желательно, чтобы прибор имел функцию автоматического отключения либо поддержки, она будет активироваться в том случае, когда АКБ зарядится (автор видеообзора импульсной зарядки — канал Oops of ZikValera).

Советы по эксплуатации

Используя зарядные приборы для аккумуляторов автомобилей, необходимо руководствоваться элементарными правилами эксплуатации.

Для начала нужно запомнить, что при использовании ЗУ важно соблюдать последовательность действий:

1. Сначала АКБ извлекается из авто.
2. Затем проверяется состояние батареи — внешний вид, корпус, при необходимости очищаются клеммы.
3. Затем выкручиваются пробки банок батареи, если нужно, уровень электролита в банках восполняется путем добавления в систему дистиллированной воды.
4. После этого к клеммам АКБ покдлючаются щупы зарядного прибора с соблюдением полярности.
5. И только после этого ЗУ включается в бытовую сеть.

При выставлении настроек ЗУ нужно также учитывать такие моменты:

1. Значение силы тока — этот параметр можно отрегулировать, чтобы сделать это, следует учесть, насколько АКБ разряжена. Если уровень разряда составляет всего 25%, то при включении прибора значение силы тока может увеличиться.
2. Напряжение. В процессе заряда значение напряжения должно быть не выше 14.4 В, в противном случае это может отразиться на работе автоаккумулятора в дальнейшем.
3. Время, на протяжении которого батарея должна заряжаться. Практически все современные ЗУ оснащаются дисплеями, а также световыми индикаторами, по которым можно определить степень заряда устройства. Если же индикаторы отсутствуют, то вычислить время зарядки можно с помощью значения тока. Если вы заметили, что на протяжении 2 часов сила тока остается на одном уровне, это может сказать о том, что АКБ полностью зарядилась.

Заряжать аккумулятор больше суток нельзя, поскольку это приведет к выкипанию раствора электролита в банках. А это, в свою очередь, может стать причиной замыкания на пластинах.

Инструкция по изготовлению импульсного ЗУ своими руками

Простая схема для изготовления импульсной зарядки

Сделать ЗУ для автоаккумуляторов можно в домашних условиях, рассмотрим процесс изготовления девайса со схемой IR2153. В этой схеме нет двух конденсаторных элементов, подключенных к средней точке, вместо них устанавливается электролит. По этой схеме можно изготовить девайс, который изначально рассчитан на невысокую мощность, но если вы хотите получить более мощное ЗУ, то можете немного изменить схему, добавив в нее мощные компоненты.

1. Схема импульсного зарядного устройства подразумевает использование ключей 8N50, которые оснащаются защитным корпусом. Также вам потребуются и диодные мосты, их не обязательно покупать в магазине, можно взять со старого БП компьютера. Если у вас нет возможности достать такие диоды, то в принципе, мост можно сделать из выпрямительных диодных элементов, потребуется четыре штуки.
2. Не менее важным этапом является обустройство цепи питания, для реализации вам понадобится резисторный элемент для гашения тока, наиболее оптимальным вариантом будет резистор на 18 кОм. За резисторным компонентом устанавливается выпрямитель, который монтируется на диоде. В данном случае питание от бытовой сети будет передаваться на плату, это нам подходит. На самом питании нужно будет установить электролит, а его также надо будет соединить с конденсаторным элементом — можно использовать керамическое устройство или пленочное. Конденсатор в обязательном порядке нужно добавить в схему, поскольку это позволит максимально сгладить возможные помехи в работе ЗУ.
3. Трансформаторный узел можно взять из старого компьютерного БП, важно убедиться в том, что он рабочий. Устройства, которые ставятся в блоки питания, оптимально подходят для изготовления ЗУ, так как они выдают хороший ток на выходе. Диодные элементы трансформатора должны быть в любом случае импульсными, так как обычные детали будут не в состоянии работать в условиях высокой частоты.
4. Что касается фильтрующего элемента, то его использование не является обязательным, но все же добавить фильтр можно. Также в схему можно добавить термистор на 5 Ом и установить его перед фильтром, это позволит добиться максимального снижения помех. К слову, термистор также можно демонтировать из компьютерного БП.
5. Не забудьте установить и электролитический конденсаторный компонент, при его выборе необходимо руководствоваться соотношением 1 Вт — 1 мкФ (автор видео о пошаговом изготовлении ЗУ — канал Паяльник TV).

На первый взгляд эта схема может показаться достаточно сложной, но в целом в ее реализации нет ничего сложного. Если вы все сделаете правильно и учтете все моменты и рекомендации, то процесс изготовления не вызовет сложностей, даже если вы никогда ранее не сталкивались с такой задачей.

Фотогалерея «Схемы для изготовления ЗУ»

Ниже представлены более сложные схемы для изготовления зарядных устройств. Если вы владеете навыками, то можете использовать эти схемы.

Видео «Простая инструкция по изготовлению импульсного ЗУ своими руками»

В ролике ниже представлена простая и наглядная инструкция по изготовлению импульсного ЗУ в домашних условиях с описанием схемы и всех основных рабочих моментов (автор видео — канал Blaze Electronics).

Инструкция для импульсного зарядного устройства.

ИЗУ предназначается для того, чтобы в автоматическом режиме заряжать аккумуляторные батареи.

Инструкция импульсного зарядного устройства прилагается к каждому прибору. Но для тех, кто не ознакомился с инструктивными указаниями, предлагается следующая информация. ИЗУ имеют такие свойства:

• Эффективность зарядки АКБ, а так же возможность предотвратить разные повреждения, возникающие при перенапряжении, закипании электролита, перезаряде. Такая возможность есть потому, что процесс зарядки осуществляется в автоматическом режиме.
• Наиболее разумное соединение напряжения и тока в процессе зарядки. такая оптимизация позволяет зарядить вышедшие из строя аккумуляторы, а так же не снимая с транспортного средства аккумалятор, осуществить процесс зарядки.
• После того, как аккумулятор будет полностью заряжен, автоматическое зарядное оборудование способно самостоятельно отключиться и работать в режиме ожидания, поддерживая все время максимальное напряжение.
• Вышесказанные опции дают возможность в тех случаях, когда нужно долгое хранение, поддерживать аккумулятор в боевой готовности. Причем, зарядка будет периодически функционировать в рабочем режиме, в случае необходимости повышения заряда.
• автоматические устройства оснащаются регуляторами тока.
• Даже полностью разряженный аккумулятор есть возможность подзарядить до полной готовности.
• Автоматическое зарядное устройство может быть использовано, как источника питания.
• Если аккумулятор получил полную зарядку, то прибор автоматически отключается о чем сигнализирует изменение цвета индикатора.
• Автоматика защищает оборудование от излишнего нагрева
• Автоматика так же будет сигнализировать, если есть переплюсовка, либо клеммы подключены неверно.

Обычно прибор для автоматической зарядки при продаже упакован в коробку и к нему прилагается инструкция.

Устройство прибора достаточно простое. В стальном корпусе размещается преобразователь тока. При помощи данного импульсного преобразователя постоянный ток преобразуется в импульсы. Для управления опциями предназначен микропроцессор.

На панели управления ИЗУ располагаются амперметр, тумблер включения-выключения сети, индикаторы, указывающие на изменение режима работы устройства. Пара проводов для подключения к батарее имеет на концах клеммы (зажимы), имеющие красный и черный цвет. Провода выходят из корпуса. Провод в вилкой предназначен для подключения к сети через розетку. Оборудование оснащено микро вентиляционной системой для охлаждения.

Как бы ни безопасны были импульсные зарядные устройства, инструкция советует строго придерживаться определенных правил при работе. Обязательно следует изучить инструктивные материалы. Это важно, поскольку во время зарядки могут выделяться взрывоопасные газы. Значит, помещение, куда ставится зарядник, следует проветривать. Батареи устанавливают на поверхности, которые не могут загореться. Открытый огонь поблизости и курение запрещены.

Перед зарядкой следует убедиться в исправности аккумулятора и целостности корпуса.

При отключении батареи, надо убедиться, что ИЗУ отсоединено от сети.

Детей к использованию допускать не следует – это опасно для их здоровья.

Перед началом работы надо проверить работоспособность в соответствии с инструкцией.

Начинать работу надо так же в той последовательности, как указано в инструкции.

Можно использовать Импульсное ЗУ, как предпусковое устройство. Такой вариант применяется, если емкости АКБ не хватает, чтобы запустить двигатель. Бывает достаточно даже пяти минут.

Импульсный стабилизатор с регулировкой напряжения (от 1,25 до 28В) и тока (от 0,1 до 8А) на основе микросхемы XL4016.

Назначение, технические характеристики, схема подключения.

Импульсный стабилизатор, еще его называют понижающий DC-DC преобразователь XL4016, это малогабаритный, недорогой, высокоэффективный модуль с КПД до 95% на основе которого можно достаточно просто реализовать блок питания с регулировкой напряжения от 1,25 до 28В, а также ограничением (стабилизацией) тока от 0,1 до 8А, что позволяет ему выполнять функции автоматического зарядного устройства для аккумуляторов от самых малых (пальчиковых) до автомобильных. Стоит около 4$. Купить можно здесь.

Вид и назначение выводов и регулировок импульсного стабилизатора с двух сторон:

Характеристики, заявленные на сайте продавца:

1. Входное напряжение – 7-40 Вольт
2. Диапазон регулировки выходного напряжения — 1.25-35 Вольт
3. Максимальный выходной ток — 8 Ампер
4. Диапазон регулировки тока 0,3-8 Ампер
5. Порог выключения индикации заряда — 0.1 от установленного выходного тока (изменяется цвет светодиода на зеленый).
6. Минимальная разница между входным и выходным напряжением — 1 Вольт
7. КПД — до 95%
8. Рабочая частота — 300кГц (хотя в даташит самой XL4016E1 180 кГц)
9. Выходные пульсации напряжения, 50мВ при токе 5 Ампер, входном напряжении 24 и выходном 12 Вольт.
10. Диапазон рабочих температур — от — 40 до + 85.
11. Ток холостого хода — до 20мА
12. Точность поддержания тока — ±1%
13. Точность поддержания напряжения — ±1%
14. Параметры проверены в диапазоне температур 25-60 градусов и изменение составило менее 5% при токе нагрузки 5 Ампер.

Основной элемент стабилизатора – микросхема XL4016E1:

Даташит (основные характеристики) на эту микросхему доступен в интернете. В нем указаны все характеристики микросхемы и приведены типовые схемы включения.

Также в интернете доступно несколько вариантов принципиальных схем этого импульсного стабилизатора (понижающего DC-DC преобразователя XL4016). Наиболее совпадающая с моим экземпляром выглядит так:

Обзоров, информации по эксплуатации и доработке этого импульсного стабилизатора в интернете много. В основном отзывы положительные.

Основные замечания и особенности:

1. При токах 3-5 Ампер хорошо работает без вентилятора и дополнительных радиаторов. При больших токах желательно вентилятор или дополнительные радиаторы.
2. Резисторы 10кОм для регулировки выходного напряжения и тока как правило выносят на лицевую панель корпуса. Если выпаять многооборотные подстроечные резисторы из платы и установить на переднюю панель корпуса обычные переменные резисторы, то сложно производить точную установку напряжения и тока. Поэтому нужно приобретать многооборотные переменные резисторы или подключать последовательно 10 кОм еще переменные резисторы по 1 кОм для плавной регулировки. Тогда для регулировок будет по 2 резистора, грубая и плавная. Проблема решается полностью.
3. В некоторых отзывах встречаются нарекания на зависимость выходного напряжения от тока нагрузки. Здесь важно, чтобы блок питания от которого питается сам импульсный стабилизатор имел достаточную мощность. Ну и при зарядке аккумуляторов очень критичных к максимальному напряжению на них, например, Li-Ion, контролировать процесс.
4. Нет защиты от переполюсовки входного напряжения. Если часто подключается к различным блокам питания целесообразно на входе поставить диод, например Шоттки, на 10А. Что касается выхода, то при работе переполюсовка для самого стабилизатора не опасна, у него сработает ограничение по току. Но в самой нагрузке, для которой перепутана полярность могут выйти из строя детали, если ограничение по току в стабилизаторе выставлено на большое значение. А вот например, если при отключенном питании стабилизатора будет подключен аккумулятор для зарядки и у него перепутана полярность, то на плате стабилизатора может выйти из строя диод, подключенный к 3 выводу микросхемы XL4016. Так что если заряжаете мощные аккумуляторы, то лучше поставить защитный диод и на выходе.

Ниже на видео показан пример использования этого импульсного стабилизатора в универсальном блоке питания-зарядном:

Простое универсальное автоматическое зарядное устройство

Я постарался вставить в заголовок этой статьи все плюсы данной схемы, которою мы будем рассматривать и естественно у меня это не совсем получилось. Так что давайте теперь рассмотрим все достоинства по порядку.

Главным достоинством зарядного устройство является то, что оно полностью автоматическое. Схема контролирует и стабилизирует нужный ток зарядки аккумулятора, контролирует напряжение аккумуляторной батареи и как оно достигнет нужного уровня – убавит ток до нуля.

Какие аккумуляторные батареи можно заряжать?

Практически все: литий-ионные, никель-кадмиевые, свинцовые и другие. Масштабы применения ограничиваются только током заряда и напряжением.

Для всех бытовых нужд этого будет достаточно. К примеру, если у вас сломался встроенный контроллер заряда, то можно его заменить этой схемой. Аккумуляторные шуруповерты, пылесосы, фонари и другие устройства возможно заряжать этим автоматическим зарядным устройством, даже автомобильные и мотоциклетные батареи.

Где ещё можно применить схему?

Помимо зарядного устройства можно применить данную схему как контроллер зарядки для альтернативных источников энергии, таких как солнечная батарея.

Также схему можно использовать как регулируемый источник питания для лабораторных целей с защитой короткого замыкания.

Основные достоинства:

• — Простота: схема содержит всего 4 довольно распространённых компонента.
• — Полная автономность: контроль тока и напряжения.
• — Микросхемы LM317 имеют встроенную защиту от короткого замыкания и перегрева.
• — Небольшие габариты конечного устройства.
• — Большой диапазон рабочего напряжения 1,2-37 В.

Недостатки:

• — Ток зарядки до 1,5 А. Это скорей всего не недостаток, а характеристика, но я определю данный параметр сюда.
• — При токе больше 0,5 А требует установки на радиатор. Также следует учитывать разницу между входным и выходным напряжением. Чем эта разница будет больше, тем сильнее будут греться микросхемы.

Схема автоматического зарядного устройства

На схеме не показан источник питания, а только блок регулировки. Источником питания может служить трансформатор с выпрямительным мостом, блок питания от ноутбука (19 В), блок питания от телефона (5 В). Все зависит от того какие цели вы преследуете.

Схему можно поделать на две части, каждая из них функционирует отдельно. На первой LM317 собран стабилизатор тока. Резистор для стабилизации рассчитывается просто: «1,25 / 1 = 1,25 Ом», где 1,25 – константа которая всегда одна для всех и «1» — это нужный вам ток стабилизации. Рассчитываем, затем выбираем ближайший из линейки резистор. Чем выше ток, тем больше мощность резистора нужно брать. Для тока от 1 А – минимум 5 Вт.

Вторая половина — это стабилизатор напряжения. Тут все просто, переменным резистором выставляете напряжение заряженного аккумулятора. К примеру, у автомобильных батарей оно где-то равно 14,2-14,4. Для настройки подключаем на вход нагрузочный резистор 1 кОм и измеряем мультиметром напряжение. Выставляем подстрочным резистором нужное напряжение и все. Как только батарея зарядится и напряжение достигнет выставленного – микросхема уменьшит ток до нуля, и зарядка прекратиться.

Я лично использовал такое устройство для зарядки литий-ионных аккумуляторов. Ни для кого не секрет, что их нужно заряжать правильно и если допустить ошибку, то они могут даже взорваться. Это ЗУ справляется со всеми задачами.

Чтобы контролировать наличие заряда можно воспользоваться схемой, описанной в этой статье — Индикатор наличия тока.

Есть ещё схема включения этой микросхемы в одно: и стабилизация тока и напряжения. Но в таком варианте наблюдается не совсем линейная работа, но в некоторых случаях может и сгодиться.

Информативное видео, только не на русском, но формулы расчета понять можно.

Импульсная зарядка для Li-ion аккумуляторов

Статья обновлена: 2020-08-27

По схеме 2-этапного режима подзарядки CC/CV, литий-ионные элементы питания заряжаются неизменным током до напряжения 4,2 В, восстанавливая порядка 80% предельной емкости. Далее достигнутое значение поддерживается еще некоторое время до окончательного набора емкости. Ток заряда уменьшается, но до нулевого значения не доходит. Процесс зарядки завершается, когда ток уменьшается примерно до 0,05 от номинальной емкости.

Описанный принцип зарядки имеет немало достоинств: позволяет оперативно набирать емкость, поддерживает необходимые параметры перехода к стадии уменьшения тока и четко задает критерии завершения зарядки. Ограничение напряжения на пределе 4,2 В оберегает аккумуляторы от потери емкости из-за деградации.

Но разумнее отслеживать напряжение на накопителе энергии не во время протекания через него значительного тока заряда, а при холостом ходе (ХХ). В зависимости от значения внутреннего сопротивления и тока, напряжение способно составить 4,3–4,4 В (если не используется PCB-модуль, отключающий источник питания при риске перенапряжения). В результате, зарядник быстрее переходит в стадию стабилизации напряжения, и общая длительность заряда увеличивается.

Зарядка Li-ion импульсным током

Альтернативный и более рациональный метод подзарядки Li-ion элементов питания – импульсами тока с промежуточными паузами. Импульсная зарядка вначале отключает зарядный ток, выдерживает незначительный промежуток времени, измеряет на накопителе энергии напряжение ХХ и, опираясь на полученные данные, принимает решение о последующих действиях. При близости напряжения к 4,15 В выдаваемые импульсы становятся короче, а при достижении этого порога подача импульсов прекращается.

Импульсная зарядка для аккумулятора бесперебойника и других устройств позволяет оставлять накопитель энергии подключенным на продолжительный период времени, чтобы при необходимости он подзаряжался. Зарядные устройства импульсного типа менее распространены, поскольку для их работы необходимо микропроцессорное управление. Оно усложняет схему и повышает стоимость устройства. Но есть упрощенная схема импульсного зарядника – без микропроцессора. Остановимся на ней подробнее.

Схема импульсного зарядного устройства

Реализовать импульсный принцип заряда Li-ion аккумуляторов можно и без использования микропроцессора, по приведенной схеме:

При включении элемент питания начинает заряжаться постоянным током, значение которого определяется напряжением питания и сопротивлением RD. Когда напряжение становится выше 4,15 В, компаратор реагирует на этот факт закрытием транзистора VT1. Затем выдерживается пауза, и напряжение уменьшается до реальной величины. Поскольку напряжение ХХ ниже 4,15 В, оно постепенно уменьшается, и компаратор заново отрывает зарядный ключ.

Далее процесс неоднократно повторяется, причем постепенно импульсы снижаются, а продолжительность пауз увеличивается. Ближе к завершению процесса зарядки продолжительность импульсов минимальна – она составляет доли % от срока выдерживаемых промежуточных пауз, а напряжение достигает величины, выставленной потенциометром R1 (4,15 В).

Особенности создания импульсной зарядки

Можно воспользоваться традиционным трансформатором без средней точки, взять однополупериодный выпрямитель или готовое 5 В зарядное устройство от мобильника. Чтобы защитить его, можно ограничить зарядный ток, подняв значение RD примерно до 0,47 Ом. Подойдет транзистор KTA1273. Силовой полевик желательно применять PHB108NQ03LT, выпаяв его из б/у материнской платы от компьютера.

Оптимальный вариант подстроечника – на 470 Ом. Если значение будет больше, возрастет гистерезис срабатывания микросхемы KIA, и вместо генерирования импульсов она будет выключать зарядку. Чтобы заряжать несколько последовательно объединенных элементов питания, можно аналогично соединять схемы.

Но для каждого конкретного элемента в таком случае должна применяться отдельная схема с источником питания – трансформатором или вторичной обмоткой. Они не должны иметь гальванической связи с остальными источниками, иначе в некоторых элементах возникнет короткое замыкание.

Схему допустимо упростить, убрав второстепенные цепи и используя вместо полевика простой биполярный транзистор.

Учитывая, что больше всего греется в импульсной зарядке конденсатор, лучше не превышать значение питания 6 В. Резистором R1 при сильно разряженном элементе питания следует ограничить ток на значении около 800 мА. При выборе резистора важно не превзойти предельную мощность силового транзистора и возможности источника питания.

Читайте в нашем предыдущем материале о первой зарядке Li-Ion аккумулятора.