Зарядное устройство выполнено на специальной микросхеме UC3906, которая может проверять состояние аккумулятора в каждом цикле зарядки. Поэтому это зарядное устройство подходит как для зарядки классических свинцовых элементов, так и для герметичных аккумуляторов. Благодаря схеме управления, конструкция зарядного устройства проста при сохранении оптимальных характеристик.
Технические характеристики
Напряжение питания: 230 В / 50 Гц.
Выходное напряжение для батареи 12 В: от 11,90 до 14,95В,
батареи 6 В: от 5,97 до 7,42В.
Емкость аккумулятора: от 1 до 55Ач.
Индикация текущего состояния зарядки: 1/1, 1/2, ток, мощность.
Другие особенности:
Три фазы зарядки.
Защита от перезарядки.
Функция автоматической зарядки и обслуживания постоянно подключенного аккумулятора.
С помощью обычного зарядного устройства нельзя исключить перезарядку и в следствии повреждение аккумулятора. Оптимально использовать источник, укомплектованный схемами управления для зарядки и поддержания работы батарей, который автоматически выбирает требуемый режим для каждой фазы работы и контролирования состояния батареи.
Сегодня есть огромное количество специализированных микросхем, разработанных для зарядных устройств. Одна из них — это микросхема UC3906, которая используется в этой конструкции. Микросхема от компании Texas Instruments, которая сосредоточила внимание на оптимальном управлении емкостью батареи.
Микросхема в корпусе DIP16. Внутри микросхема настроена на три режима зарядки. Эти этапы будут немного подробно описаны ниже. Микросхема также обеспечивает полный контроль зарядного тока и напряжения, а также оснащена защитой от перезарядки аккумулятора. Четыре светодиода информируют нас о состоянии процесса зарядки. На рисунке представлена блок-схема микросхемы UC3906.
Чтобы понять подключение отдельных выводов микросхемы, представлено типовое включение, которое приводится производителем.
Функции и особенности микросхемы UC3906:
• Оптимальный контроль максимальной емкости и времени автономной работы.
• Внутренняя настройка для трех режимов зарядки.
• Опорное напряжение с температурной зависимостью, соответствующее батарее.
• Контроль напряжения и тока на выходе зарядного устройства.
• Потребление составляет всего 1,6 мА.
• Возможность внешнего контроля температуры опорного напряжения.
• Максимальный выходной ток на выводе 16 составляет 25 мА.
• Схема проверяет состояние выхода. Это предотвращает выход из строя при коротком замыкании и перегрузку по току.
• Выходы для мониторинга состояния зарядки.
Принцип работы на первом этапе аккумулятор заряжается пониженным и полным током до 95% от максимального зарядного напряжения. Процесс зарядки начинается с проверки аккумулятора и первоначальной зарядки глубоко разряженных элементов. Аккумулятор заряжается небольшим током (30 мА) до тех пор, пока напряжение на его выводах не достигнет определенного минимального уровня U1, соответствующего напряжению 2В на элемент. Если некоторые элементы в батарее неисправны, напряжение не достигнет требуемой величины, и зарядка не может продолжаться.
Если все элементы батареи в порядке, батарея заряжается постоянным током Imax от этого минимального напряжения до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет 95% от максимального напряжения U2. Числовое значение этого постоянного тока (в амперах) должно равняться одной десятой номинальной емкости батареи (в амперах). В случае более низкого зарядного тока зарядка занимает больше времени, но при этом меньше воздействует на аккумулятор. Зарядное устройство работает в режиме зарядка постоянным током.
Вторая фаза процесса зарядки — это зарядка постоянным напряжением. Вначале напряжение на клеммах аккумулятора немного увеличивается (от U2 до максимального напряжения U3) до уровня, соответствующего 2,3-2,5 В на элемент. Как только напряжение на клеммах аккумулятора достигает этого уровня, зарядное устройство начинает работать как источник постоянного напряжения U3. Зарядный ток начинает уменьшаться, и когда он достигает одной десятой максимального зарядного тока, зарядка прекращается и начинается следующая фаза зарядки.
В третьей фазе самопроизвольный разряд уравновешивается. Самопроизвольный разряд вызван конструктивными и техническими возможностями, особенно автомобильных аккумуляторов. Это также происходит при низких температурах, например, зимой, когда аккумулятор подвергается воздействию температур значительно ниже нуля. Это снижает напряжение на выводах АКБ с уровня U3 до нуля. Как только напряжение падает ниже предела U4, аккумулятор начинает заряжаться током, равным току разряда, и на аккумуляторе поддерживается постоянное напряжение U5.
После подключения нагрузки, которая потребляет ток от аккумулятора, превышающий максимальный зарядный ток, напряжение аккумулятора начинает снижаться до определенного уровня U6 — это соответствует 90% удерживающего напряжения U4 аккумулятора, то есть 2,07 В на элемент. На этом уровне напряжения зарядное устройство входит в первую фазу работы, в которой образование в конечном итоге исчезает и начинается подзарядка аккумулятора.
Зарядное устройство на микросхеме IO1 UC3906. Резисторы R10 - R15 рассчитаны таким образом, чтобы характеристические напряжения зарядного устройства имели требуемое напряжение. Если есть интерес к созданию зарядного устройства на 6В, заменим резистор R10 проволочной перемычкой и резистор R11 на 2,2 кОм. Чтобы не вызвать слишком больших потерь мощности на силовых элементах, необходимо снизить напряжение на вторичной обмотке трансформатора TR1 с 18 до 9В. Ток, протекающий через обмотку, остается прежним в соответствии с определенным зарядным током резистором R2. Схема зарядного устройства представлена на рисунке.
Блок питания состоит из сетевого трансформатора ТР1 с мостовым выпрямителем BR1, и конденсатором фильтра C1. Затем включается керамический конденсатор C2 для подавления помех. Резистор R1 разряжает конденсатор при отключении от сети. Далее следует силовой резистор R2 на нагрузку 5Вт, который служит датчиком тока для микросхемы IO1, и силовой транзистор T1 (TIP147), который обеспечивает регулирование напряжения и тока.
Резисторы R10 - R15 служат датчиком напряжения для отдельных фаз зарядки аккумулятора. Кроме того, в цепь подключены 4 светодиода (Q1 - Q4) в качестве индикаторов состояния зарядного устройства. Основной частью устройства является микросхема управления UC3906. Зарядное устройство на выходе защищено быстродействующим предохранителем. Если вы хотите защитить зарядное устройство от неправильного подключения плюсовой клеммы, можно включить встречно-параллельный быстрый диод к выходу перед предохранителем F2, который обеспечит срабатывание предохранителя и отключение аккумулятора.
Максимальный ток зарядки, который зависит от номинальной (ампер-час) емкости аккумулятора, проще всего переключить, изменив сопротивление шунта R2. Напряжение для усилителя в IO1, который регулирует ток зарядки (выводы 4 и 5 IO1), снимается с этого резистора. Если резистор R2 подключен непосредственно к этим клеммам, его сопротивление будет определяться как R2 = 0,25 / IMAX в зависимости от требуемого максимального зарядного тока lMAX. Для IMAX, выбираемого в диапазоне от 0,1A до 5,5A, сопротивление R2 будет в диапазоне от 2,5 до 0,05 Ом.
В таблице перечислены типовые номиналы резистора R2, зарядные токи и номинальная емкость аккумулятора. При использовании резистора R2 с сопротивлением 0,15 Ом. Это означает, что выходной ток составляет 1,67А. Он может варьироваться в зависимости от допуска сопротивления R2.
Вся конструкция рассчитана на максимальный зарядный ток 5,5 А. Для больших зарядных токов необходимо заменить диодный мост BR1, C1, R2 и T3 на другие. Прежде всего, мы должны выбрать транзистор T3. Кроме того, мы должны избегать слишком большого входного напряжения переменного тока от трансформатора. Максимальным напряжением можно считать 18В. При таком напряжении на транзисторе происходит потеря мощности 20Вт при токе зарядки 5А. Температура радиаторов повышается примерно до 75 градусов.
Печатная плата имеет размеры 170x105 мм, изготовлена из материала FR4 (1,5 мм).
Благодаря компактности конструкции зарядное устройство состоит из одной печатной платы, на которой также размещены сетевой трансформатор, выпрямительный мост и силовой транзистор с радиаторами. Кабели подключаются к плате с помощью клеммных колодок. Силовые цепи подключаются к клеммным колодкам (рассчитаны на токи до 10 А).
При включении светодиод Q4 (Power) загорается и продолжает гореть. При достижении требуемого напряжения загорается Q3 (ток) и зарядный ток превышает 100 мА. При достижении следующего порога напряжения загорается светодиод Q2 (1/2). Когда напряжение достигает завершающей стадии, ток начинает уменьшаться.
Когда он падает ниже примерно 10 мА, зарядка заканчивается, светодиод Q2 гаснет и загорается Q1 (1/1). Зарядное устройство не требует настройки, все что нужно это установить нужные резисторы R10 - R15. И визуально проверяем светодиоды Q1 - Q4 при подключении аккумулятора.
Описанное зарядное устройство представляет собой качественное и простое в уходе за свинцово-кислотными аккумуляторами. Зарядное устройство также подходит для зарядки больших автомобильных аккумуляторов с номинальной емкостью более 25Ач (проверено до 55Ач).
Зарядка занимает больше времени, но она более щадящая, и аккумулятор всегда заряжается полностью. Зарядное устройство всегда информирует нас о состоянии аккумулятора с помощью светодиодов. На случай, если возникнет необходимость в использовании вентилятора, представляется простая схема включения, которая подключается к цепям индикации зарядного устройства.
Место подключения обозначено на схеме, датчик подключается вместо светодиода Q2. Оптопара IO1 (CNY17) используется в датчике, который имеет переключающие выводы на транзисторе T1. Резистор R1 включен последовательно с вентилятором для ограничения скорости. Резистор типа SMA0414 (2 Вт). Чтобы видеть включение, светодиод Q1 подключен параллельно к вентилятору.
Схема питается напрямую от источника зарядного устройства. Единственное требование - напряжение питания должно находится в диапазоне от 9 до 27В. Потребляемый ток определяется мощностью вентилятора, обычные вентиляторы потребляют ток от 100 до 250 мА. Для больших токов необходимо было бы заменить транзистор Т1 на более мощный. Вся конструкция выполнена на небольшой плате размером 31 х 27 мм.
