Каждому автолюбителю известна небольшая, но очень важная часть электрооборудования автомобиля. Речь идет об интегральном регуляторе напряжения в бортовой сети автомобиля - так называемая "таблетка" генератора. Принцип работы, которой основан на регулировании тока обмотки возбуждения генератора с целю выработки правильного напряжения бортовой сети автомобиля и оптимального заряда аккумуляторной батареи (АКБ).
Современные зарядные устройства (ЗУ) являются интеллектуальными, то есть заряжают АКБ в автоматическом режиме. Обычно в данных ЗУ существует несколько режимов зарядки АКБ по различным алгоритмам. Как минимум один из алгоритмов будет иммитировать принцип работы заряда АКБ бортовой сетью автомобиля.
Опустим объяснения уровня заряда АКБ, электродвижущей силы (ЭДС), плотности, состава аккумуляторной кислоты и прочих особенностей. Учтите, что напряжение заряда АКБ при включенном ЗУ и ЭДС аккумулятора - это совершенно разные параметры. Упрощенно говоря, зарядка АКБ в бортовой сети будет состоять из двух стадий: 1) зарядка постоянным током; 2) зарядка с ограничением напряжения.
Таким способом теоретически зарядка АКБ должна быть полной до 100%, но практичеки АКБ будет заряжен в зависимости от степени его износа. Абсолютно новая батарея может быть недозаряжена и иметь заряд 97-99%. Практически полный заряд аккумулятора достигается за счет достижения стадии кипения, что на работающем автомобиле недопустимо и представляет опасность для водителя и пассажиров.
Кому интересны различные особенности данного процесса, таблицы с плотностью аккумуляторной кислоты и графики заряда АКБ по стадиям можно найти в интернете. В данной статье сосредоточимся непосредственно на ЗУ со стабилизацией по току и напряжению.
Примерно лет 20 назад в одном из журналов электроники нашел схему ЗУ и спаял на макетной плате. На рисунке 1 изображена модельная сборка на макетной плате.
Максимальный ток на клеммах получился примерно 8А. Данная макетная плата ЗУ была собрана из имеющихся в наличии радиодеталей с использованием транзистора TIP142G - аналоге отечественного транзистора КТ827А. В схеме целесообразно использовать точный импортный аналог 2N6284. На рисунке 2 изображена электрическая принципиальная схема ЗУ со стабилизацией по току и напряжению.
ЗУ содержит стабилизатор напряжения (мощный составной транзистор VТ1, стабилитрон VD5) и ограничитель/стабилизатор тока (шунт амперметра Rа, транзисторы VТ2, VТ3). Величина максимального тока заряда задается шунтирующим резистором амперметра Ra, сопротивление которого определяется по формуле Ra=0,7/Imax (Ом). В формуле 0,7 В - рабочее наряжение базы транзистора VТ3. В данном случае шунт амперметра на 10 A имеет стандартное сопротивление 0,075 Ом. Максимальное напряжение заряда устанавливают подбором стабилитрона VD5 при отключенном аккумуляторе.
Принцип работы ЗУ заключается в следующем. Сначала идет заряд аккумулятора постоянным током до напряжения около 14,4 В. Величина тока поддерживается за счет изменения (снижения) напряжения стабилизатора, которое задается делителем R1 и сопротивлением перехода коллектор-эмиттер транзистора VТ2, которое, в свою очередь, зависит от падения напряжения на токоизмерительном резисторе (шунт амперметра) Ra. Как только напряжение на коллекторе VТ2 достигнет напряжения стабилизации стабилитрона VD5, устройство переходит в режим стабилизатора напряжения и ток заряда будет постепенно уменьшаться, доводя аккумулятор до 100% заряда.
На рисунке 3 изображена печатная плата ЗУ со стабилизацией по току и напряжению.
В качестве электронных компонентов ЗУ взяты импортные аналоги отечественным. На печатной плате транзистор VT1 2N6284 с максимальным током 20 А изображен, как его менее мощный аналог TIP142G, рассчитанный на 10А. Его отечественным аналогом является составной транзистор КТ827. Диодный мост D1-D4 выполнен на диодах 10А10, рассчитанных на максимальный ток 10А отечественный аналог Д242, КД202. Аналогом транзистора VT3 2N3906 является КТ361, соответственно VT2 BD139 - КТ815. Для большей точности можно использовать несколько включенных последовательно стабилитронов.