Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторной электродрели

Зарядное устройство для аккумуляторной батареи электродрели RTD1808BGS (18 В, 1,2 А ч), входящее в ее комплект, выполнено по простейшей схеме и не может обеспечить нормальной зарядки бата реи. Доработка, предлагаемая в статье [6], облегчает эксплуатацию дрели лишь тогда, когда напряжение в сети близко к номинальному. В сельской местности напряжение нередко падает до крайне низкого уровня, например, 160 В, при котором зарядка становится невозможной.

На микросхеме LNK501 можно построить устройство, обеспечивающее зарядку батареи постоянным током при колебаниях напряжения сети в широких пределах. Полезно его также дополнить таймером на время зарядки и разрядной цепью, разрешающей процесс зарядки только после полной разрядки батареи, что гарантирует исключение появления так называемого «эффекта памяти» Ni-Cd-аккумуляторов.

Схема предлагаемого устройства приведена на рис. 4.7 и 4.8. Собственно двухрежимный (стабилизация тока — стабилизация напряжения) источник питания (рис. 4.7) собран по стандартной схеме [4] и размещен в корпусе сетевого адаптера Д2-37. На рис. 4.8 приведена схема таймера и разрядной цепи, являющейся модификацией устройства, описанного в статье [7].

 

Максимальная выходная мощность источника на микросхеме LNK501 в стандартном включении составляет 4 Вт, что несколько маловато для быстрой зарядки батареи. Для получения максимально возможной выходной мощности было решено увеличить значение напряжения U0R до 80 В в расчете на выходную мощность 5,5 Вт. Такая мощность обеспечивает при напряжении 23 В (это напряжение на полностью заряженной батарее в конце зарядки при наличии зарядного тока плюс падение на разделительном диоде и ключевом транзисторе) зарядный ток 240 мА, достаточный (при учете ответвления тока в таймер и элементы разрядной цепи) для зарядки батареи за 8 часов.

Расчет источника проведем аналогично рассмотренному выше зарядному устройству для сотового телефона.

R2 = (l,lUOR - 5,8)/2,3 = 35,7 кОм.

Для облегчения подстройки выходного напряжения разделим резистор на два — постоянный 27 кОм и подстроечный 15 кОм.

При расчете коэффициента трансформации Т1 в соответствующую формулу в качестве падения напряжения на выпрямительном диоде вторичной цепи подставим 0,95 В — значение для диода SF24.

К = U0R/(UBblx + 0,95) = 80/23,95 )=3,34.

Обратное напряжение, прикладываемое к выпрямительному диоду во вторичной цепи, составит:

Uobpvdj = 360/3,34 + 23 = 130 В.

Установка диода SF24 (2 А, 200 В) вполне уместна. Рассчитаем индуктивность первичной обмотки трансформатора:

L1 = 0,92РВЫХ = 0,92 х 5,5 = 5,06 мГн.

Выбор сердечника трансформатора проведем так же, как и для предыдущего устройства:

I2L = 0,267* х 5060 = 361 А'мкГн.

В соответствии с табл. 1 статьи [5] при несколько большем зазоре, чем 0,25 мм, подойдет ферритовое кольцо с размерами 20 х 12 х 6. При склейке половин разломанного кольца зазор был подобран таким, чтобы индуктивность десяти витков составляла 12 мкГн, т. е. AL = 0,12 мкГн.

Источник: В копилку радиолюбителя. Популярные схемы и конструкции.

Книга 2

Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторной электродрели

Это очередной выпуск сборника для радиолюбителей-конструкторов, который выпускает издательство "Солон-Пресс"

Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторной электродрели
Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторной электродрели
Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторной электродрели

даже несколько больше номинальной частоты работы микросхемы. Это позволяет рассчитывать, что при напряжении сети, близком к 170 В, еще будет сохраняться прерывистый режим работы, а при меньшем возможен переход в непрерывный режим.

Первичная обмотка трансформатора наматывалась проводом ПЭШО диаметром 0,15 мм, вторичная из N2 = N1/K = 206/3,34 = 62 витка — проводом ПЭШО диаметром 0,38 мм.

Все элементы источника питания зарядного устройства установлены на печатной плате размерами 45 х 60 мм.

Выходная нагрузочная характеристика преобразователя при напряжении сети 220 В приведена на рис. 4.9. Точка переключения режима стабилизации резистором R3 была установлена при выходном напряжении 23 В, при этом выходной ток составил 235 мА, выходная мощность — 5,4 Вт. Нестабильность выходного тока при изменении выходного напряжения от 9,5 до 23 В не превышает 5 %, а нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока в пределах от 75 до 235 мА >— менее 1 В. При снижении сетевого напряжения до 150 В нагрузочная характеристика практически не изменяется.

Таймер зарядного устройства выполнен на основе микросхемы КР512ПС10 [8, 9], а разрядная цепь — на микросхеме КР1171СП10 [10] и полевом транзисторе IRLR024N (рис. 4.8). Эти узлы собраны на печатной плате округлой формы с габаритными размерами 55 х 70 мм. Плата установлена в коробке, в которой были размещены ограничительный резистор и индикаторные светодиоды штатного зарядного устройства и служившей также для стыковки кабеля от адаптера с контактами аккумулятора.

При подключении этих узлов к аккумулятору конденсатор С9 разряжен, транзистор VT4 закрыт и не влияет на работу разрядной цепи. Если батарея разряжена не полностью, ее напряжения, уменьшенного делителем VD7R11 примерно до 10 В, достаточно для переключения микросхемы DA3. Выходной ключевой транзистор микросхемы закрывается, на затвор транзистора VT5 с делителя R14R15 поступает напряжение, достаточное для его включения. Начинается разрядка аккумулятора через резистор R16 и, при его установке, R17. Режим разрядки индицируется светодиодом HL2 желтого цвета.

Ток разрядки через резистор R16, установленный на плате, составляет около 115 мА, ток через другие резисторы разрядной цепи — 15 мА, общий ток — 130 мА, и разрядка полностью заряженного аккумулятора будет происходить примерно 9 ч. Резистор с существенно меньшим сопротивлением устанавливать в коробку нельзя из-за большой выделяемой мощности. Для ускорения разрядки на плате предусмотрены два гнезда под штыри диаметром 1 мм от разъема 2РМ, в которые можно включить внешний остеклованный резистор R17. При его сопротивлении, указанном на схеме, общий разрядный ток составит 530 мА и время разрядки — немного более двух часов.

Порядок подключения зарядно-разрядного устройства к аккумулятору и сети непринципиален. При включении преобразователя его выходное напряжение через стабилизатор DA2 поступает на микросхему DD1. Эта микросхема представляет собой генератор с внешней времязадающей цепью R6C7 и делитель частоты с управляемым коэффициентом деления [8, 9]. На катоде диода VD6 присутствует напряжение около 4,5 В с делителя R14R15, поэтому диод VD6 практически закрыт и на вход сброса R0 микросхемы через резистор R5 поступает сигнал лог. 1, счетчики микросхемы заторможены. На основном выходе 10 микросхемы — лог. 0, а на выходе с открытым стоком 9 благодаря подключению входа IN к общему проводу сигнал противофазен выходу 10 и выходной транзистор микросхемы закрыт. На базе транзистора VT3, однако, напряжение не превышает 0,7 В, поскольку она через диод VD5 и открытый транзистор VT5 подключена к общему проводу. Транзистор VT3 закрыт, также закрыт и VT2. Закрыт и транзистор VT1, ни один из кристаллов двуцветного светодиода НИ не светится.

По мере разрядки аккумулятора напряжение на входе 1 микросхемы DA3 понижается, и когда оно достигнет порога ее переключения, выходной транзистор микросхемы включится, на ее выходе 3 напряжение упадет практически до нуля, транзистор VT5 закроется. Напряжение с его стока через резистор R13 поступит на базу транзистора VT4, он откроется и будет поддерживать нулевое напряжение на затворе VT5 независимо от состояния выхода микросхемы DA3.

Диод VD5 закрывается, ток через резистор R8 открывает транзисторы VT3 и VT2. Ток преобразователя начинает заряжать аккумулятор. В свою очередь, диод VD6 открывается, на входе R0 микросхемы DD1 появляется лог. О, счетчики микросхемы начинают пересчитывать частоту генератора. Загорается красный кристалл светодиода HL1, включенный в цепь эмиттера транзистора VT3, светодиод HL2 гаснет. Конденсатор С8 обеспечивает небольшую задержку включения транзисторов VT3 и VT2, что исключает обратное включение транзистора VT5 за счет срабатывания DA3 при росте напряжения на аккумуляторе в момент появления зарядного тока. За время этой задержки успевает зарядиться конденсатор С9, включается, как указывалось выше, транзистор VT4 и надежно закрывается VT5.

Период импульсов генератора составляет около

Т=1,8R6С7 = 47,4мс.

Микросхема КР512ПС10 имеет пять входов управления коэффициентом пересчета К. При подаче лог. 1 на входы 10 и 60 он составит

К = 2048x10x60 =1228800,

а период выходного «меандра»

Твых = КТ = 0,474 х 1228800 = 58215 с = 16 ч.

Через половину этого периода — 8 ч — на выходе 9 микросхемы DD1 появится лог. 0, транзисторы VT3 и VT2 закроются, зарядка прекратится. Погаснет красный кристалл светодиода HL1. Лог. 1 с выхода 10 микросхемы поступит на ее вход ST, остановит счетчики микросхемы и включит зеленый кристалл HL1, сигнализирующий об окончании зарядки.

Разрядку аккумулятора можно производить как с подключенным, так и с отключенным преобразователем, поскольку при отсутствии напряжения питания таймера все его цепи отключены закрытыми диодами VD4—VD6.

В устройстве использованы резисторы МТ и МЛТ указанной на схеме мощности, R3 — СПЗ-19а, С1 и С4 — импортные аналоги К50-35, СЗ и С7 — К73-17 на 250 В, С8 — К.53-16, можно заменить на любой другой оксидный, С2, С5, С6 и С9 — КМ-6. Замены-диодов преобразователя приведены при описании предыдущего устройства, диоды

Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторной электродрели

VD5 и VD6 — любые кремниевые маломощные, VD4 желательно установить с малым падением напряжения, подойдут диоды Шотки на напряжение не менее 30 В, например, 1N5818, 1N5819, SR150, SR106. Светодиод HL1 — любой двуцветный или два обычных, HL2 — отличного от HL1 цвета. Биполярные транзисторы таймера и разрядной цепи также должны быть рассчитаны на напряжение не менее 30 В и иметь коэффициент передачи тока базы не менее 100. Полевой транзистор VT5 использован в корпусе для поверхностного монтажа, он занимает меньше места на плате и дешевле. Можно установить практически любой мощный с каналом n-типа, например IRFZ34N. Микросхема КР1171СП10 заменима на другие микросхемы той же серии, желательно на напряжение не менее 7 В, при этом необходимо подобрать соответствующий стабилитрон VD7.

Настройка преобразователя заключается в установке на нужное напряжение точки переключения режимов стабилизации резистором R3. Удобнее всего это сделать, соединив параллельно выход регулируемого источника постоянного напряжения 0...25 В, 1 А, выход настраиваемого преобразователя и остеклованный резистор сопротивлением 20...24 Ом мощностью 25 Вт.

Установив на выходе первого источника необходимое напряжение, в данном случае 23 В, подстройкой резистора R3 следует добиться максимального выходного тока преобразователя. Плавно регулируя выходное напряжение первого источника и контролируя выходной ток преобразователя, можно снять характеристику, подобную приведенной на рис. 4.9. Просто нагружая выход преобразователя на переменный резистор, снять полностью его нагрузочную характеристику нельзя.

Напряжение, до которого будет разряжаться аккумулятор, устанавливают подборкой стабилитрона VD7. Для этого соединяют перемычкой базу и эмиттер транзистора VT4 и подключают вместо аккумулятора регулируемый источник постоянного напряжения.

Плавно регулируя выходное напряжение источника и подбирая VD7, добиваются выключения светодиода HL2 при напряжении 15...15,5 В. Снимают перемычку.

Для определения времени работы таймера можно измерить реальный ток зарядки аккумулятора (он меньше 235 мА на величину потребления таймером и делителями разрядной цепи) и рассчитать, за какое время аккумулятор получит заряд, в полтора раза превышающий его номинальную емкость. Лучше, однако, поступить так. Замкнув вывод 4 микросхемы DD1 на общий провод, подключить аккумулятор к устройству, настроенному по указаниям, приведенным выше. Аккумулятор должен полностью разрядиться, время, в которое

начнется зарядка, следует записать. Далее каждые полчаса, а в конце зарядки — чаще, необходимо цифровым вольтметром измерять напряжение на аккумуляторе. Пока идет зарядка, оно будет расти. Когда же зарядка закончится, большая часть энергии зарядного тока начнет превращаться в тепло и напряжение на аккумуляторе начнет падать. В этот момент зарядку необходимо прекратить, а определенное таким образом время зарядки использовать для установки частоты генератора. Для того чтобы увеличить точность отсчета по вольтметру на 3,5 знака (например, М-832), последовательно с ним можно включить резистор 200 кОм. Показания вольтметра станут заниженными, можно будет переключиться на диапазон 20 В, где цена младшего разряда будет в 10 раз меньше.

Чтобы Проще всего установить частоту генератора, следует входы 10 и 60 микросхемы DD1 временно отключить от цепи +5 В. В этом случае период импульсов с ее выходов уменьшится в 600 раз, соответственно уменьшится и время работы таймера. Далее, контролируя работу таймера по секундной стрелке часов, подбором резистора R6 установить время работы в секундах в шесть раз больше необходимого времени работы в часах, например, для получения времени зарядки аккумулятора 8 ч необходимо установить время работы таймера 48 с.

Для того чтобы зарядку аккумулятора можно было начинать без его предварительной разрядки, устройство можно дополнить кнопкой, замыкающей затвор и исток транзистора VT5. Кратковременное нажатие на эту кнопку будет приводить к переходу из режима разрядки в режим зарядки.

Зарядно-разрядное устройство можно перерасчитать и для аккумулятора с другими параметрами. При необходимости уменьшить выходную мощность нужно пропорционально уменьшить индуктивность первичной обмотки трансформатора Т1, выходное напряжение устанавливается изменением числа витков вторичной обмотки. В таймере важно обеспечить базовый ток транзистора VT2, обеспечивающий его глубокое насыщение. Делитель R14—RI5 цепи разряда при минимальном напряжении аккумулятора должен подавать на затвор VT5 4 В.

В копилку радиолюбителя.

Зарядно-разрядное устройство для аккумуляторной электродрели

Рис. 4.7. Источник питания зарядного устройства аккумуляторной электродрели

Рис. 4.9. Нагрузочная характеристика зарядного устройства аккумуляторной электродрели

Рейтинг@Mail.ru
Яндекс.Метрика