Бестрансформаторное зарядное устройство

Стремясь к уменьшению габаритов конструируемой радиоаппаратуры, радиолюбители уделяют важное место миниатюризации блока питания.

Обычно эту задачу решают с помощью импульсного преобразователя напряжения.

Между тем существенный прогресс в области электронных компонентов позволяет создавать малогабаритные блоки питания, не содержащие трансформатора. Относительная простота конструкции и доступность компонентов делают их привлекательными и для радиолюбителей.

Впервые подобное техническое решение предложил Л. М. Браславский из Новосибирского электротехнического института еще в 1972 г., подав заявку на изобретение.

Оно оказалось столь оригинальным и неочевидным для специалистов, что ВНИИГПЭ проводил экспертизу по заявке целых шесть лет и только в 1978 г. выдал авторское свидетельство.

Позже были запатентованы и другие решения, позволяющие реализовывать конденсаторные блоки питания. Упрощенная схема такого устройства изображена на рис. 6.10.

Оно позволяет реализовать «тренировку» аккумуляторов — режим, при котором аккумулятор в течение одного полупериода сетевого напряжения заряжается, а затем разряжается меньшим током на балластный резистор.

Описываемый конденсаторный преобразователь напряжения предназначен для зарядки автомобильных аккумуляторных батарей емкостью до 70 Ач, поэтому максимальный средний выходной ток устройства должен быть 7 А.

Эта величина согласована с ограничением переменной составляющей на уровне 20...30% от номинального напряжения для примененных оксидных конденсаторов.

Выпрямительный диод VD38, конденсатор С13 и стабилитроны VD39, VD40 формируют напряжение питания узла управления, осуществляющего синхронизацию работы коммутирующих транзисторов VT2 и VT3 с полярностью напряжения сети и стабилизацию выходного тока.

Работает устройство следующим образом.

При положительной полуволне напряжения сети заряжаются блок конденсаторов С1...С12 и накопительный конденсатор питания С13.

При отрицательной полуволне включается светодиод оптрона U1, а его фототранзистор, открываясь, шунтирует эмиттерный переход транзистора VT1. Транзистор VT1 закрывается и через резистор R5 подключает неинвертирующий вход ОУ DA1 к выходу конденсаторного блока.

Бестрансформаторное зарядное устройство

Источник: А.П.Семьян 500 схем для радиолюбителей. Источники питания

Бестрансформаторное зарядное устройство

Сам же ОУ при этом переключается и открывает транзисторы VT3, VT2 и светодиод оптрона U2. ОУ DA1 работает в компара-торном режиме, поэтому его выходной сигнал может принимать только два значения — близкое к напряжению питания и к нулю. Если напряжение на его инвертирующем входе больше, чем на неинвертирующем, выходное напряжение будет близким к нулю и транзистор VT3 окажется в закрытом состоянии. В противном случае напряжение на выходе ОУ близко к напряжению питания, транзистор VT3 открывается, а через резистор R10 — транзистор VT2 и оптрон U2.

Входным сигналом для стабилизации выходного тока служит напряжение на конденсаторном блоке. Таким образом, изменение напряжения на конденсаторном блоке (его уменьшение) прямо пропорционально отданному в нагрузку заряду, поэтому, стабилизируя отдаваемый конденсаторным блоком заряд за время единичного цикла разрядки, устройство стабилизирует выходной ток. Его значение регулируют резистором R7. После закрывания транзистора VT1 напряжение с конденсаторного блока поступает на неинвертирующий вход ОУ DA1 и сравнивается с образцовым, поступающим на инвертирующий вход с делителя R6...R8. Когда напряжение на конденсаторном блоке становится меньше образцового, ОУ DA1 переключается в нулевое состояние и закрывает транзистор VT3, а через него (ц нагрузку устройства) — и фотодинистор оптрона U2.

Если по каким-либо причинам напряжение на конденсаторном блоке не снизилось до образцового (т.е. в нагрузку не ушел заряд, определяемый положением движка резистора R7), а время, отведенное на разрядку, закончилось, работа блока для предотвращения попадания сетевого напряжения на выход устройства организована так. Напряжение отрицательной полуволны сети снижается до выключения светодиода оптрона U1 и, следовательно, закрыванию его фототранзистора. Это приводит к открыванию транзистора VT1, шунтированию им неинвертирующего входа и переключению компаратора DAI и, как следствие, закрыванию транзисторов VT3, VT2 еще до появления положительной полуволны сетевого напряжения. Таким образом, происходит принудительная синхронизация узла стабилизации тока с полярностью напряжения сети. Оптрон U2 необходим лишь как улучшающий безопасность и во встраиваемых блоках питания может отсутствовать.

Зарядка аккумуляторной батареи длится сравнительно долго и требует определенного контроля. Поэтому в устройстве предус-

мотрена возможность автоматического отключения заряжаемой батареи при напряжении на ней 14,2... 14,4 В. Функцию порогового элемента отключения полностью заряженной батареи выполняет электромагнитное реле К1 (РЭС10), срабатывающее при напряжении около 10,5 В. Реле подключено к выходным зажимам Х2 и ХЗ через проволочный подстроечный резистор R11. Этот резистор вместе с конденсатором С14 образуют фильтр, подавляющий переменную составляющую пульсирующего зарядного напряжения, но пропускающий медленно нарастающую постоянную составляющую напряжения аккумуляторной батареи. Поэтому при достижении порогового напряжения реле К1 срабатывает и размыкающимися контактами К1.1 отключает питание конденсаторного блока и системы управления. Сама же обмотка реле остается под напряжением заряжаемой батареи и благодаря наличию гистерезиса выключается при снижении напряжения до 11,8 В. После чего происходит автоматическая подзарядка батареи аккумуляторов. Включение/выключение режима автоматического окончания зарядки осуществляют переключателем SA2.

Применение реле серии РЭС10 обусловлено его малым током потребления и, следовательно, малым током разряда батареи в режиме прекращения зарядки. Маломощные контакты используемого реле отражают и особенности описываемого устройства, связанные с емкостным характером нагрузки. Поэтому разрыв цепи питания конденсаторного блока происходит без искрения. Применение двух сетевых предохранителей (FU1, FU2) и двухсекционного выключателя SA1 связано с повышенными требованиями электробезопасности из-за отсутствия гальванической развязки устройства от сети.

В конденсаторном блоке возможно применение любых оксидных конденсаторов, но желательно одного типа. В случае использования импортных конденсаторов габариты этого блока можно существенно уменьшить. Диоды блока также могут быть любыми, рассчитанными на такой же ток и обратное напряжение — подойдут даже диоды Д226Б и Д7Ж, но при этом габариты блока и его масса существенно увеличатся. Оптрон Т0325-12,5-4 заменим на Т0125-Ю или Т0125-12,5 не ниже 4-го класса. Вместо КП706Б (VT3) возможно применение аналогичных отечественных полевых транзисторов или импортного IGBT на такой же ток и напряжение, причем желательно с минимальным сопротивлением канала.

При выборе электромагнитного реле (KI) необходимо учитывать, что паспортное номинальное напряжение примерно в 1,5...1,7 раза выше напряжения срабатывания и что напряжение срабатывания может быть несколько различным даже для реле из одной партии. Возможно применение реле РЭС9, РЭС22, РЭС32 и иных, обладающих достаточно малым потребляемым током, на напряжение срабатывания в пределах 8...12 В. При этом, возможно, придется подобрать резистор R11 и конденсатор С14 с целью эффективного подавления переменной составляющей, предотвращения «дребезга» контактов реле и ложных срабатываний.

Правильно собранное устройство начинает работать сразу. Потребуется, в основном, лишь подборка резисторов R6 и R8 для корректировки диапазона регулировки тока зарядки. Для этого к выходу блока надо подключить разряженную батарею аккумуляторов и подборкой резисторов R6 и R8 установить по амперметру РА1 диапазон регулирования зарядного тока резистором R7.

Если при начальном положении движка резистора R7 ток будет отличен от нуля, то нужно уменьшить сопротивление резистора R8. Если же ток зарядки становится равным нулю не в крайнем положении движка R7, сопротивление этого резистора следует увеличить. Далее движок резистора R7 устанавливается в конечное положение. Если теперь ток зарядки окажется меньше максимального, сопротивление резистора R6 придется уменьшить, а если превышает — увеличить. После этого, установив переключатель SA2 в положение «Ручной режим», надо довести батарею до полной зарядки, контролируя напряжение на нем вольтметром постоянного тока. Затем следует отключить устройство от сети, перевести тумблер SA2 в режим «Авт.», а движок резистора R11 — в положение максимального сопротивления. Снова подключив устройство к сети, уменьшением сопротивления резистора R11 добиваются четкого срабатывания реле К1 — устройство готово к эксплуатации.

При налаживании и эксплуатации зарядного устройства необходимо помнить об отсутствии гальванической развязки от сети. Следовательно, подключать и отключать его от аккумуляторной батареи можно только при отключенной от сети вилке шнура питания.

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика

Бестрансформаторное зарядное устройство

рис. 6.10. Бестрансформаторное зарядное устройство