Зарядное устройство для автомобильных и мотоциклетных батарей

Известно, что эксплуатация к хранение полузаряженных аккумуляторов - одна из главных причин сокращения их срока службы. Находящийся на хранении заряженный аккумулятор через некоторое время в результате саморазрядки переходит в полузаряженное состояние. У новых свинцовых и миниатюрных никель-кадмиевых аккумуляторов саморазрядка равна 0,5...2% их емкости в сутки, а у бывших в эксплуатации - существенно выше. Для увеличения срока службы аккумуляторов следует их постоянно поддерживать в полностью заряженном состоянии, компенсируя саморазрядку сравнительно небольшим током от маломощного зарядного устройства.    Оптимальным принято считать такой режим зарядки, когда, зарядный ток численно равен 0,1 от номинальной емкости аккумулятора. Тем не менее, сейчас некоторые заводы-изготовители аккумуляторов с целью увеличения срока их службы рекомендуют двадцатичасовой режим зарядки током, численно равным 5% номинальной емкости. Иначе говоря, зарядка аккумулятора током, существенно меньшим оптимального, благоприятно сказывается на сроке его службы, но требует соответственно большего времени.    Таким образом, в ряде практических случаев сложные и тяжелые зарядные устройства, часто снабженные автоматическим управлением, могут быть заменены простыми, малогабаритными и экономичными. Одно из таких устройств описано ниже.    Его можно использовать для дозарядки автомобильных аккумуляторных батарей емкостью до 100 А-ч, для зарядки в режиме, близком к оптимальному, мотоциклетных батарей, а также (при несложной доработке) в качестве лабораторного блока питания.    Зарядное устройство выполнено на основе транзисторного двутактного преобразователя напряжения с автотрансформаторной связью и может работать в двух режимах - источника тока и источника напряжения. При выходном токе, меньшем некоторого предельного значения, оно работает как обычно - в режиме источника, напряжения. Бели попытаться увеличить ток нагрузки сверх этого значения, выходное напряжение будет резко уменьшаться - устройство перейдет в режим источника тока. Режим источника тока (обладающего большим внутренним сопротивлением) обеспечен включением балластного конденсатора в первичную цепь преобразователя.

Рис.1

Принципиальная схема зарядного устройства представлена на рис.1. Сетевое напряжение через балластный конденсатор С1 поступает на выпрямительный мост VD1. Конденсатор С2 сглаживает пульсации, а стабилитрон VD2 стабилизирует выпрямленное напряжение. Преобразователь напряжения собран на транзисторах VT1, VT2 и трансформаторе Т1. Диодный мост VD3 выпрямляет напряжение, снимаемое со вторичной обмотки трансформатора. Конденсатор СЗ - сглаживающий.    Преобразователь работает на частоте 5...10 кГц. Стабилитрон VD2 одновременно защищает от перегрузки по напряжению транзисторы преобразователя на холостом ходе, а также при замыкании выхода устройства, когда напряжение на выходе моста VD1 повышается. Последнее связано с тем, что при замыкании выходной цепи генерация преобразователя может срываться, при этом ток нагрузки выпрямителя уменьшается, а его выходное напряжение увеличивается. В таких случаях стабилитрон VD2 ограничивает напряжение на выходе моста VD1.    Экспериментально снятая нагрузочная характеристика зарядного устройства изображена на рис.2. При увеличении тока нагрузки до 0,35...0,4 А выходное напряжение изменяется незначительно, а при дальнейшем увеличении тока резко уменьшается. Если к выходу устройства подключить недозаряженную батарею аккумуляторов, напряжение на выходе моста VD1 уменьшается, стабилитрон VD2 выходит из режима стабилизации и, поскольку во входной цепи включен конденсатор С1 с большим реактивным сопротивлением, устройство работает в режиме источника тока.    Если зарядный ток уменьшился, то устройство плавно переходит в режим источника напряжения. Это дает возможность использовать зарядное устройство в качестве маломощного лабораторного блока питания. При токе нагрузки менее 0,3 А уровень пульсации на рабочей частоте преобразователя не превышает 16мВ,а выходное сопротивление источника уменьшается до нескольких Ом. Зависимость выходного сопротивления от тока нагрузки показана на рис.2.    Зарядное устройство легко размещается в коробку размерами 155х80х70 мм. Коробку следует изготовлять из изоляционного материала.    Трансформатор Т1 намотан на кольцевом магнитопроводе типоразмера К40х25х11 из феррита 1500НМ1. Первичная обмотка содержит 2х160 витков провода ПЭВ-2 0,49, вторичная - 72 витка провода ПЭВ-2 0,8. Обмотки изолированы между собой двумя слоями лакоткани.    Стабилитрон VD2 установлен на теплоотводе с полезной площадью 25 см2. Транзисторы преобразователя в дополнительных теплоотводах не нуждаются, так как работают в ключевом режиме. Конденсатор С1 - бумажный, рассчитанный на номинальное напряжение не менее 400 В.    При необходимости использования устройства для зарядки малогабаритных аккумуляторов емкостью до единиц ампер-часов и регенерации гальванических элементов целесообразно обеспечить регулировку тока зарядки. Для этого вместо одного конденсатора С1 следует предусмотреть набор конденсаторов меньшей емкости, коммутируемых переключателем. С достаточной для практики точностью максимальный ток зарядки - ток замыкания выходной цели - пропорционален емкости балластного конденсатора (при 4 мкФ ток равен 0,46 А).    Если нужно уменьшить выходное напряжение лабораторного источника питания, достаточно стабилитрон VD2 заменить другим, с меньшим напряжением стабилизации.    Налаживание начинают с проверки правильности монтажа. Затем убеждаются в работоспособности устройства при замыкании выходной цепи. Ток замыкания должен быть не менее 0,45...0,46 А. В противном случае следует подобрать резисторы Rl, R2 с целью обеспечения надежного насыщения транзисторов VT1, VT2. Больший ток замыкания соответствует меньшему сопротивлению резисторов.   Рис. 2

Источник: Радио №5, 1993 г., стр.37
Автор: Н.ХУХТИКОВ г. Сергиев Посад Московской обл.,