Принципиальная схема простого зу для авто. Самодельное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора

Соблюдение режима эксплуатации аккумуляторных батарей, и в частности режима зарядки, гарантирует их безотказную работу в течение всего срока службы. Зарядку аккумуляторных батарей производят током, значение которого можно определить по формуле

где I - средний зарядный ток, А., а Q - паспортная электрическая емкость аккумуляторной батареи, А-ч.

Классическая зарядного устройства для автомобильного аккумулятора состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя и регулятора тока зарядки. В качестве регуляторов тока применяют проволочные реостаты (см. Рис. 1) и транзисторные стабилизаторы тока.

В обоих случаях на этих элементах выделяется значительная тепловая мощность, что снижает КПД зарядного устройства и увеличивает вероятность выхода его из строя.

Для регулировки зарядного тока можно использовать магазин конденсаторов, включаемых последовательно с первичной (сетевой) обмоткой трансформатора и выполняющих функцию реактивных сопротивлений, гасящих избыточное напряжение сети. Упрощенная такого устройства приведена на рис. 2.

В этой схеме тепловая (активная) мощность выделяется лишь на диодах VD1-VD4 выпрямительного моста и трансформаторе, поэтому нагрев устройства незначителен.

Недостатком на Рис. 2 является необходимость обеспечить напряжение на вторичной обмотке трансформатора в полтора раза большее, чем номинальное напряжение нагрузки (~ 18÷20В).

Схема зарядного устройства, обеспечивающее зарядку 12-вольтовых аккумуляторных батарей током до 15 А, причем ток зарядки можно изменять от 1 до 15 А ступенями через 1 А, приведена на Рис. 3.

Предусмотрена возможность автоматического выключения устройства, когда батарея полностью зарядится. Оно не боится кратковременных коротких замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней.

Выключателями Q1 - Q4 можно подключать различные комбинации конденсаторов и тем самым регулировать ток зарядки.

Переменным резистором R4 устанавливают порог срабатывания К2, которое должно срабатывать при напряжении на зажимах аккумулятора, равном напряжению полностью заряженной батареи.

На Рис. 4 представлена еще одного зарядного устройства, в котором ток зарядки плавно регулируется от нуля до максимального значения.

Изменение тока в нагрузке достигается регулированием угла открывания тринистора VS1. Узел регулирования выполнен на однопереходном транзисторе VT1. Значение этого тока определяется положением движка переменного резистора R5. Максимальный ток заряда аккумулятора 10А, устанавливается амперметром. устройства обеспечена со стороны сети и нагрузки предохранителями F1 и F2.

Вариант печатной платы зарядного устройства (см. рис. 4), размером 60х75 мм приведен на следующем рисунке:

В схеме на рис. 4 вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на ток, втрое больший зарядного тока, и соответственно мощность трансформатора также должна быть втрое больше мощности, потребляемой аккумулятором.

Названное обстоятельство является существенным недостатком зарядных устройств с регулятором тока тринистором (тиристором).

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD1-VD4 и тиристор VS1 необходимо установить на радиаторы.

Значительно снизить потери мощности в тринисторе, а следовательно, повысить КПД зарядного устройства можно, регулирующий элемент перенести из цепи вторичной обмотки трансформатора в цепь первичной обмотки. такого устройства показана на рис. 5.

В схеме на Рис. 5 регулирующий узел аналогичен примененному в предыдущем варианте устройства. Тринистор VS1 включен в диагональ выпрямительного моста VD1 - VD4. Поскольку ток первичной обмотки трансформатора примерно в 10 раз меньше тока заряда, на диодах VD1-VD4 и тринисторе VS1 выделяется относительно небольшая тепловая мощность и они не требуют установки на радиаторы. Кроме того, применение тринистора в цепи первичной обмотки трансформатора позволило несколько улучшить форму кривой зарядного тока и снизить значение коэффициента формы кривой тока (что также приводит к повышению КПД зарядного устройства). К недостатку этого зарядного устройства следует отнести гальваническую связь с сетью элементов узла регулирования, что необходимо учитывать при разработке конструктивного исполнения (например, использовать переменный резистор с пластмассовой осью).

Вариант печатной платы зарядного устройства на рисенке 5, размером 60х75 мм приведен на рисунке ниже:

Примечание:

Диоды выпрямительного мостика VD5-VD8 необходимо установить на радиаторы.

В зарядном устройстве на рисунке 5 диодный мостик VD1-VD4 типа КЦ402 или КЦ405 с буквами А, Б, В. Стабилитрон VD3 типа КС518, КС522, КС524, или составленный из двух одинаковых стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 16÷24 вольта (КС482, Д808, КС510 и др.). Транзистор VT1 однопереходной, типа КТ117А, Б, В, Г. Диодный мостик VD5-VD8 составлен из диодов, с рабочим током не менее 10 ампер (Д242÷Д247 и др.). Диоды устанавливаются на радиаторы площадью не менее 200 кв.см, а радиаторы будут сильно нагреваться, в корпус зарядного устройства можно установить вентилятор для обдува.

Наверное, каждому автомобилисту знакома проблема севшего или полностью вышедшего из строя АКБ. Конечно, реанимировать автомобиль не так сложно, но как быть, если времени совсем нет, а ехать нужно срочно? Ведь не у каждого есть «зарядка». Из этого материала вы узнаете, как сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, какие есть виды.

[ Скрыть ]

Импульсные зарядки для АКБ

Не так давно зарядные устройства типа трансформатор встречались повсеместно, то сегодня найти такое ЗУ будет довольно проблематично. Со временем трансформаторы отошли на второй план, уступив позиции . В отличие от трансформатора, импульсное ЗУ позволяет обеспечить полный , но это достоинство не главное.

Для работы с трансформатором требовалась определенная сноровка, а вот с импульсными ЗУ довольно просты в эксплуатации. Кроме того, в отличие от трансформаторов, их стоимость более доступная. Также трансформатор характеризуется большими размерами, а габариты импульсных устройств более компактные.

Заряд АКБ импульсного девайса, в отличие от трансформатора, производится в двух этапах. Первый — это постоянство напряжения, второй — тока. Обычно в основе современных ЗУ лежат пусть и однотипные, но достаточно сложные схемы. Так что, если данный девайс выходит из строя, то автомобилисту, вероятнее всего, придется покупать новое.

Что касается кислотно-свинцовых АКБ, то эти батареи в принципе чувствительные к температуре. Если на улице зной, то уровень заряда должен составлять хотя бы половину, а если температура минусовая — то АКБ должен быть заряжен хотя бы на 75%. Иначе ЗУ попросту перестанет функционировать и понадобится его подзарядка. Для таких целей отлично подходят импульсные ЗУ 12 вольт, так как они не оказывают негативного воздействия на сам АКБ (автор видео — Артем Петухов).

Автоматические ЗУ для автомобильных аккумуляторов

Если вы — начинающий автомобилист, то вам лучше будет использовать автоматическое ЗУ для АКБ. Данные ЗУ оснащены богатым функционалом и защитными опциями, что позволяет предупредить водителя в том случае, если подключение будет некорректным. Кроме того, автоматическое ЗУ будет предотвращать подачу напряжения, если оно подключено неправильно. Иногда зарядка может самостоятельно рассчитываться уровень заряда и емкость батареи.

Схемы автоматических ЗУ оборудуются дополнительными приборами — таймерами, которые позволяют выполнять несколько разных задач. Речь идет о полной зарядке батареи, оперативной подзарядке, а также полном . В том случае, когда задача будет выполнена, ЗУ сообщит об этом автомобилисту и автоматически отключится.

Как известно, если меры использования АКБ не соблюдаются, на пластинах батареи может возникать сульфитация, то есть соли. Благодаря циклу заряда-разряда вы сможете не только удалить соли, но и увеличить ресурс эксплуатации аккумулятора в целом. В целом стоимость современных зарядок на 12 вольт не особо высокая, поэтому приобрести такой девайс может каждый автомобилист. Но бывают случаи, когда устройство необходимо прямо сейчас, а зарядить аккумулятор — нет возможности. Можно попробовать сделать простое самодельное ЗУ на 12 вольт с амперметром и без, об этом мы расскажем далее.

Как сделать устройство самостоятельно

Как сделать простой самодельный ? Несколько способов приведены ниже (автор видео — Crazy Hands).

ЗУ для аккумулятора из блока питания ПК

Неплохое на 12 вольт можно соорудить с применением рабочего блока питания от компьютера и амперметра. Данный выпрямитель с амперметром подойдет почти для всех батарей.

Почти каждый блок питания оборудуется ШИМом — рабочим контроллером на микросхеме. Чтобы правильно осуществить заряд батареи, необходимо около 10 тока (от полного заряда АКБ). Так что если у вас есть блок питания мощностью более 150 Вт, то можете использовать его.

1. Из разъемов -5 вольт, -12 вольт, +5В и +12 В следует выпаять проводки.
2. После этого выпаивается резистор R1, вместо него следует установить резистор на 27 кОм. Также от главного привода необходимо отсоединить 16 выход.
3. Далее, с задней стороны БП нужно монтировать регулятор тока типа R10, а также пропустить два провода — сетевой и для подключения к клеммам. Перед тем, как сделать выпрямитель, желательно подготовить блок резисторов. Чтобы сделать его, вам необходимо просто параллельно подключить два резистора для измерения тока, мощность которых составит 5 Вт.
4. Чтобы настроить выпрямитель на 12 вольт, на плату также нужно установить еще один резистор — подстроечный. Чтобы избежать возможных связей между электрической цепью и корпусом, удалите небольшую часть дорожки.
5. Далее, на схеме необходимо облудить и запаять проводки на выводах 14, 15, 16 и 1. На выводах необходимо монтировать специальные зажимы, чтобы можно было зацепить клемму. Чтобы не перепутать плюс и минус, провода следует пометить, для этого можно применять изоляционные трубки.

Если зарядное устройство своими руками на 12 вольт будет использоваться только для зарядки АКБ, то амперметр и вольтмерт вам не потребуются. Использование амперметра позволит вам узнать точную информацию о том, в каком состоянии находится зарядка батареи. Если стрелочная шкала на амперметре не подходит, то можно начертить свою на компьютере. Распечатанная шкала устанавливается в амперметр.

Простейшее ЗУ с использованием адаптера

Также можно сделать прибор, где основную функцию источника тока будет выполнять адаптер на 12 вольт. Такое устройство довольно простое, для его изготовления не требуется специальная схема. Следует учесть один важный момент — показатель напряжения в источнике должен соответствовать напряжению АКБ. Если эти показатели будут разниться, то зарядить аккумулятор вы не сможете.

1. Возьмите адаптер, конец его провода следует обрезать и оголить до 5 см.
2. Затем проводки с различными зарядами следует отодвинуть друг от друга, примерно на 35-40 см.
3. Теперь на концы проводков следует установить зажимы, как и в предыдущем случае, их следует заранее обозначить, иначе впоследствии вы можете запутаться. эти зажимы поочередно подключаются к АКБ, только после этого можно будет включить адаптер.

В целом способ простой, но сложность метода состоит в том, чтобы выбрать правильный источник. Если в процессе зарядки вы замечаете, что батарея сильно нагревается, то необходимо прервать этот процесс на несколько минут.

ЗУ из бытовой лампочки и диода

Этот способ является одним из самых простых. Чтобы соорудить такое устройство, заранее подготовьте:

• обычную лампу, приветствуется высокая мощность, поскольку она влияет на скорость зарядки (до 200 Вт);
• диод, по которому ток проходит в одном направлении, к примеру, такие диоды установлены в зарядных устройствах для ноутбуков;
• штекер и кабель.

Процедура подключения достаточно простая. Более подробная схема представлена на видео в конце статьи.

Заключение

Учтите, что для того, чтобы сделать качественное ЗУ, мало только прочитать эту статью. Необходимо обладать определенными знаниями и навыками, подробно ознакомиться с видеозаписями, представленными здесь. Неверно собранное устройство может испортить батарею. В продаже на автомобильном рынке можно встретить недорогие и качественные зарядные устройства, которые будут служить не один год.

Видео «Как соорудить ЗУ из диода и лампочки?»

Как правильно сделать зарядку такого типа — узнайте из видео ниже (автор видео — Dmitry Vorobyev).

Кому некогда «заморачиваться» со всеми нюансами зарядки автомобильного аккумулятора, следить за током зарядки, вовремя отключить, чтоб не перезарядить и т.д., можно порекомендовать простую схему зарядки автомобильного АКБ с автоматическим отключением при полной зарядке аккумулятора. В этой схеме используется один не мощный транзистор для определения напряжения на аккумуляторе.

Схема простого автоматического зарядного устройства автомобильного аккумулятора

Список необходимых деталей:

• R1 = 4,7 кОм;
• Р1 = 10K подстроечный;
• T1 = BC547B, КТ815, КТ817;
• Реле = 12В, 400 Ом, (можно автомобильное, например: 90.3747);
• TR1 = напряжение вторичной обмотки 13,5-14,5 В, ток 1/10 от емкости АКБ (например: АКБ 60А/ч — ток 6А);
• Диодный мост D1-D4 = на ток равный номинальному току трансформатора = не менее 6А (например Д242, КД213, КД2997, КД2999 …), установленные на радиаторе;
• Диоды D1(параллельно реле), D5,6 = 1N4007, КД105, КД522…;
• C1 = 100uF/25V.
• R2, R3 — 3 кОм
• HL1 — АЛ307Г
• HL2 — АЛ307Б

В схеме отсутствует индикатор зарядки, контроля тока (амперметр) и ограничение зарядного тока. При желании можно поставить на выход амперметр в разрыв любого из проводов. Светодиоды (HL1 и HL2) с ограничительными сопротивлениями (R2 и R3 — 1 кОм) или лампочки параллельно С1 «сеть», а к свободному контакту RL1 «конец заряда».

Изменённая схема

Ток, равный 1/10 от ёмкости АКБ подбирается количеством витков вторичной обмотки трансформатора. При намотке вторички трансформатора необходимо сделать несколько отводков для подбора оптимального варианта зарядного тока.

Заряд автомобильного (12-ти вольтового) аккумулятора считается законченным, когда напряжение на его клеммах достигнет 14,4 вольт.

Порог отключения (14,4 вольт) устанавливается подстроечным резистором Р1 при подключенном и полностью заряженном аккумуляторе.

При зарядке разряженного аккумулятора напряжение на нём будет около 13В, в процессе зарядки ток будет падать, а напряжение возрастать. Когда напряжение на аккумуляторе достигнет 14,4 вольт, транзистор Т1 отключит реле RL1 цепь заряда будет разорвана и АКБ отключится от зарядного напряжения с диодов D1-4.

При снижении напряжения до 11,4 вольт, зарядка снова возобновляется, такой гистерезис обеспечивают диоды D5-6 в эмиттере транзистора. Порог срабатывания схемы становится 10 + 1,4 = 11,4 вольт, которые могут быть рассмотрены как для автоматического перезапуска процесса зарядки.

Такое самодельное простое автоматическое автомобильное зарядное устройство поможет Вам проконтролировать процесс зарядки, не проследить окончание зарядки и не перезарядить свой аккумулятор!

Использованы материалы сайта:homemade-circuits.com

Другой вариант схемы зарядного устройства для 12-ти вольтового автомобильного аккумулятора с автоматическим отключением по окончании зарядки

Схема немного сложнее предыдущей, но с более чётким срабатыванием.

!
Сегодня мы рассмотрим 3 простые схемы зарядных устройств, которые могут быть использованы для зарядки самых разных аккумуляторов.

Первые 2 схемы работают в линейном режиме, а линейный режим в первую очередь означает сильный нагрев. Но зарядное устройство вещь стационарная, а не портативная, чтобы КПД было решающим фактором, так что единственный минус представленных схем – это то, что они нуждаются в больших радиатор охлаждения, а в остальном все хорошо. Такие схемы всегда применялись и будут применяться, так как имеют неоспоримые плюсы: простота, низкая себестоимость, не «гадят» в сеть (как в случае импульсных схем) и высокая повторяемость.

Рассмотрим первую схему:

Данная схема состоит всего из пары резисторов (с помощью которых задается напряжение окончания заряда или выходное напряжение схемы в целом) и датчика тока, который задает максимальной выходной ток схемы.

Если нужно универсальное зарядное устройство, то схема будет выглядеть следующим образом:

Вращением подстроечного резистора можно задать любое напряжение на выходе от 3 до 30 В. По идее можно и до 37В, но в таком случае на вход нужно подавать 40В, чего автор (AKA KASYAN) делать не рекомендует. Максимальный выходной ток зависит от сопротивления датчика тока и не может быть выше 1,5А. Выходной ток схемы можно рассчитать по указанной формуле:

Где 1,25 - это напряжение опорного источника микросхемы lm317, Rs - сопротивление датчика тока. Для получения максимального тока 1,5А сопротивление этого резистора должно быть 0,8 Ом, но на схеме 0,2 Ома.

Дело в том, что даже без резистора максимальный ток на выходе микросхемы будет ограничен до указанного значения, резистор тут в большей степени для страховки, а его сопротивление снижено для минимизации потерь. Чем больше сопротивление, тем больше на нем будет падать напряжение, а это приведет к сильному нагреву резистора.

Микросхему обязательно устанавливают на массивный радиатор, на вход подается не стабилизированное напряжение до 30-35В, это чуть меньше максимально допустимого входного напряжения для микросхемы lm317. Нужно помнить, что микросхема lm317 может рассеять максимум 15-20Вт мощности, обязательно учитывайте это. Также нужно учитывать то, что максимальное выходное напряжение схемы будет на 2-3 вольта меньше входного.

Зарядка происходит стабильным напряжением, а ток не может быть больше выставленного порога. Данная схема может быть использована даже для зарядки литий-ионных аккумуляторов. При коротких замыканиях на выходе ничего страшного не произойдет, просто пойдет ограничение тока и, если охлаждение микросхемы хорошее, а разница входного и выходного напряжения небольшое, схема в таком режиме может проработать бесконечно долгое время.

Собрано все на небольшой печатной плате.

Ее, а также печатные платы для 2-ух последующих схем можете вместе с общим архивом проекта.

Вторая схема из себя представляет мощный стабилизированный источник питания с максимальным выходным током до 10А, была построена на базе первого варианта.

Она отличается от первой схемы тем, что тут добавлен дополнительный силовой транзистор прямой проводимости.

Максимальный выходной ток схемы зависит от сопротивления датчиков тока и тока коллектора использованного транзистора. В данном случае ток ограничен на уровне 7А.

Выходное напряжение схемы регулируется в диапазоне от 3 до 30В, что у позволит заряжать практически любые аккумуляторы. Регулируют выходное напряжение с помощью того же подстроечного резистора.

Этот вариант отлично подходит для зарядки автомобильных аккумуляторов, максимальный ток заряда с указанными на схеме компонентами составляет 10А.

Теперь давайте рассмотрим принцип работы схемы. При малых значениях тока силовой транзистор закрыт. При увеличении выходного тока падение напряжения на указанном резисторе становится достаточным и транзистор начинает открываться, и весь ток будет протекать по открытому переходу транзистора.

Естественно из-за линейного режима работы схема будет нагреваться, особенно жестко будут греться силовой транзистор и датчики тока. Транзистор с микросхемой lm317 прикручивают на общий массивный алюминиевый радиатор. Изолировать подложки теплоотвода не нужно, так как они общие.

Очень желательно и даже обязательно использование дополнительного вентилятора, если схема будет эксплуатироваться на больших токах.
Для зарядки аккумуляторов, вращением подстроечного резистора нужно выставить напряжение окончания заряда и все. Максимальный ток заряда ограничен 10-амперами, по мере заряда батарей ток будет падать. Схема коротких замыканий не боится, при КЗ ток будет ограничен. Как и в случае первой схемы, если имеется хорошее охлаждение, то устройство сможет долговременно терпеть такой режим работы.
Ну а теперь несколько тестов:

Как видим стабилизация свое отрабатывает, так что все хорошо. Ну и наконец третья схема:

Она представляет из себя систему автоматического отключения аккумулятора при полном заряде, то есть это не совсем зарядное устройство. Начальная схема подвергалась некоторым изменением, а плата дорабатывалась в ходе испытаний.

Рассмотрим схему.

Как видим она до боли простая, содержит всего 1 транзистор, электромагнитное реле и мелочевку. У автора на плате также имеется диодный мост по входу и примитивная защита от переполюсовки, на схеме эти узлы не нарисованы.

На вход схемы подается постоянное напряжение с зарядного устройства или любого другого источника питания.

Тут важно заметить, что ток заряда не должен превышать допустимый ток через контакты реле и ток срабатывания предохранителя.

При подаче питания на вход схемы, заряжается аккумулятор. В схеме есть делитель напряжения, с помощью которого отслеживается напряжение непосредственно на аккумуляторе.

По мере заряда, напряжение на аккумуляторе будет расти. Как только оно становится равным напряжению срабатывания схемы, которое можно выставить путем вращения подстроечного резистора, сработает стабилитрон, подавая сигнал на базу маломощного транзистора и тот сработает.

Так как в коллекторную цепь транзистора подключена катушка электромагнитного реле, последняя также сработает и указанные контакты разомкнутся, а дальнейшая подача питания на аккумулятор прекратится, заодно и сработает второй светодиод, уведомив о том, что зарядка окончена.

На фотографии представлено самодельное автоматическое зарядное устройство для зарядки автомобильных аккумуляторов на 12 В током величиной до 8 А, собранного в корпусе от милливольтметра В3-38.

Почему нужно заряжать аккумулятор автомобиля
зарядным устройством

АКБ в автомобиле заряжается с помощью электрического генератора. Для защиты электрооборудования и приборов от повышенного напряжения, которое вырабатывает автомобильным генератором, после него устанавливают реле-регулятор, который ограничивает напряжение в бортовой сети автомобиля до 14,1±0,2 В. Для полной же зарядки аккумулятора требуется напряжение не менее 14,5 В.

Таким образом, полностью зарядить АКБ от генератора невозможно и перед наступлением холодов необходимо подзаряжать аккумулятор от зарядного устройства.

Анализ схем зарядных устройств

Привлекательной выглядит схема изготовления зарядного устройства из блока питания компьютера. Структурные схемы компьютерных блоков питания одинаковые, но электрические разные, и для доработки требуется высокая радиотехническая квалификация.

Интерес у меня вызвала конденсаторная схема зарядного устройства, КПД высокий, тепла не выделяет, обеспечивает стабильный ток заряда вне зависимости от степени заряда аккумулятора и колебаний питающей сети, не боится коротких замыканий выхода. Но тоже имеет недостаток. Если в процессе заряда пропадет контакт с аккумулятором, то напряжение на конденсаторах возрастает в несколько раз, (конденсаторы и трансформатор образуют резонансный колебательный контур с частотой электросети), и они пробиваются. Надо было устранить только этот единственный недостаток, что мне и удалось сделать.

В результате получилась схема зарядного устройства без выше перечисленных недостатков. Более 16 лет заряжаю ним любые кислотные аккумуляторы на 12 В. Устройство работает безотказно.

Принципиальная схема автомобильного зарядного устройства

При кажущейся сложности, схема самодельного зарядного устройства простая и состоит всего из нескольких законченных функциональных узлов.

Если схема для повторения Вам показалась сложной, то можно собрать более , работающую на таком же принципе, но без функции автоматического отключения при полной зарядке аккумулятора.

Схема ограничителя тока на балластных конденсаторах

В конденсаторном автомобильном зарядном устройстве регулировка величины и стабилизация силы тока заряда аккумулятора обеспечивается за счет включения последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора Т1 балластных конденсаторов С4-С9. Чем больше емкость конденсатора, тем больше будет ток заряда аккумулятора.

Практически это законченный вариант зарядного устройства, можно подключить после диодного моста аккумулятор и зарядить его, но надежность такой схемы низкая. Если нарушится контакт с клеммами аккумулятора, то конденсаторы могут выйти из строя.

Емкость конденсаторов, которая зависит от величины тока и напряжения на вторичной обмотке трансформатора, можно приблизительно определить по формуле, но легче ориентироваться по данным таблицы.

Для регулировки тока, чтобы сократить количество конденсаторов, их можно подключать параллельно группами. У меня переключение осуществляется с помощью двух галетного переключателя, но можно поставить несколько тумблеров.

Схема защиты
от ошибочного подключения полюсов аккумулятора

Схема защиты от переполюсовки зарядного устройства при неправильном подключении аккумулятора к выводам выполнена на реле Р3. Если аккумулятор подключен неправильно, диод VD13 не пропускает ток, реле обесточено, контакты реле К3.1 разомкнуты и ток не поступает на клеммы аккумулятора. При правильном подключении реле срабатывает, контакты К3.1 замыкаются, и аккумулятор подключается к схеме зарядки. Такую схему защиты от переполюсовки можно использовать с любым зарядным устройством, как транзисторным, так и тиристорным. Ее достаточно включить в разрыв проводов, с помощью которых аккумулятор подключается к зарядному устройству.

Схема измерения тока и напряжения зарядки аккумулятора

Благодаря наличию переключателя S3 на схеме выше, при зарядке аккумулятора есть возможность контролировать не только величину тока зарядки, но и напряжение . При верхнем положении S3, измеряется ток, при нижнем – напряжение. Если зарядное устройство не подключено к электросети, то вольтметр покажет напряжение аккумулятора, а когда идет зарядка аккумулятора, то напряжение зарядки. В качестве головки применен микроамперметр М24 с электромагнитной системой. R17 шунтирует головку в режиме измерения тока, а R18 служит делителем при измерении напряжения.

Схема автоматического отключения ЗУ
при полной зарядке аккумулятора

Для питания операционного усилителя и создания опорного напряжения применена микросхема стабилизатора DA1 типа 142ЕН8Г на 9В. Микросхема это выбрана не случайно. При изменении температуры корпуса микросхемы на 10º, выходное напряжение изменяется не более чем на сотые доли вольта.

Система автоматического отключения зарядки при достижении напряжения 15,6 В выполнена на половинке микросхемы А1.1. Вывод 4 микросхемы подключен к делителю напряжения R7, R8 с которого на него подается опорное напряжение 4,5 В. Вывод 4 микросхемы подключен к другому делителю на резисторах R4-R6, резистор R5 подстроечный для установки порога срабатывания автомата. Величиной резистора R9 задается порог включения зарядного устройства 12,54 В. Благодаря применению диода VD7 и резистора R9, обеспечивается необходимый гистерезис между напряжением включения и отключения заряда аккумулятора.

Работает схема следующим образом. При подключении к зарядному устройству автомобильного аккумулятора, напряжение на клеммах которого меньше 16,5 В, на выводе 2 микросхемы А1.1 устанавливается напряжение достаточное для открывания транзистора VT1, транзистор открывается и реле P1 срабатывает, подключая контактами К1.1 к электросети через блок конденсаторов первичную обмотку трансформатора и начинается зарядка аккумулятора.

Как только напряжение заряда достигнет 16,5 В, напряжение на выходе А1.1 уменьшится до величины, недостаточной для поддержания транзистора VT1 в открытом состоянии. Реле отключится и контакты К1.1 подключат трансформатор через конденсатор дежурного режима С4, при котором ток заряда будет равен 0,5 А. В таком состоянии схема зарядного устройства будет находиться, пока напряжение на аккумуляторе не уменьшится до 12,54 В. Как только напряжение установится равным 12,54 В, опять включится реле и зарядка пойдет заданным током. Предусмотрена возможность, в случае необходимости, переключателем S2 отключить систему автоматического регулирования.

Таким образом, система автоматического слежения за зарядкой аккумулятора, исключит возможность перезаряда аккумулятора. Аккумулятор можно оставить подключенным к включенному зарядному устройству хоть на целый год. Такой режим актуален для автолюбителей, которые ездят только в летнее время. После окончания сезона автопробега можно подключить аккумулятор к зарядному устройству и выключить только весной. Даже если в электросети пропадет напряжение, при его появлении зарядное устройство продолжит заряжать аккумулятор в штатном режиме

Принцип работы схемы автоматического отключения зарядного устройства в случае превышения напряжения из-за отсутствия нагрузки, собранной на второй половинке операционного усилителя А1.2, такой же. Только порог полного отключения зарядного устройства от питающей сети выбран 19 В. Если напряжение зарядки менее 19 В, на выходе 8 микросхемы А1.2 напряжение достаточное, для удержания транзистора VT2 в открытом состоянии, при котором на реле P2 подано напряжение. Как только напряжение зарядки превысит 19 В, транзистор закроется, реле отпустит контакты К2.1 и подача напряжения на зарядное устройство полностью прекратится. Как только будет подключен аккумулятор, он запитает схему автоматики, и зарядное устройство сразу вернется в рабочее состояние.

Конструкция автоматического зарядного устройства

Все детали зарядного устройства размещены в корпусе миллиамперметра В3-38, из которого удалено все его содержимое, кроме стрелочного прибора. Монтаж элементов, кроме схемы автоматики, выполнен навесным способом.

Конструкция корпуса миллиамперметра, представляет собой две прямоугольные рамки, соединенные четырьмя уголками. В уголках с равным шагом сделаны отверстия, к которым удобно крепить детали.

Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. Силовой трансформатор ТН61-220 закреплен на четырех винтах М4 на алюминиевой пластине толщиной 2 мм, пластина в свою очередь прикреплена винтами М3 к нижним уголкам корпуса. На этой пластине установлен и С1. На фото вид зарядного устройства снизу.

К верхним уголкам корпуса закреплена тоже пластина из стеклотекстолита толщиной 2 мм, а к ней винтами конденсаторы С4-С9 и реле Р1 и Р2. К этим уголкам также прикручена печатная плата, на которой спаяна схема автоматического управления зарядкой аккумулятора. Реально количество конденсаторов не шесть, как по схеме, а 14, так как для получения конденсатора нужного номинала приходилось соединять их параллельно. Конденсаторы и реле подключены к остальной схеме зарядного устройства через разъем (на фото выше голубой), что облегчило доступ к другим элементам при монтаже.

На внешней стороне задней стенки установлен ребристый алюминиевый радиатор для охлаждения силовых диодов VD2-VD5. Тут также установлен предохранитель Пр1 на 1 А и вилка, (взята от блока питания компьютера) для подачи питающего напряжения.

Силовые диоды зарядного устройства закреплены с помощью двух прижимных планок к радиатору внутри корпуса. Для этого в задней стенке корпуса сделано прямоугольное отверстие. Такое техническое решение позволило к минимуму свести количество выделяемого тепла внутри корпуса и экономии места. Выводы диодов и подводящие провода распаяны на незакрепленную планку из фольгированного стеклотекстолита.

На фотографии вид самодельного зарядного устройства с правой стороны. Монтаж электрической схемы выполнен цветными проводами, переменного напряжения – коричневым, плюсовые – красным, минусовые – проводами синего цвета. Сечение проводов , идущих от вторичной обмотки трансформатора к клеммам для подключения аккумулятора должно быть не менее 1 мм 2 .

Шунт амперметра представляет собой отрезок высокоомного провода константана длиной около сантиметра, концы которого запаяны в медные полоски. Длина провода шунта подбирается при калибровке амперметра. Провод я взял от шунта сгоревшего стрелочного тестера. Один конец из медных полосок припаян непосредственно к выходной клемме плюса, ко второй полоске припаян толстый проводник, идущий от контактов реле Р3. На стрелочный прибор от шунта идут желтый и красный провод.

Печатная плата блока автоматики зарядного устройства

Схема автоматического регулирования и защиты от неправильного подключения аккумулятора к зарядному устройству спаяна на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита.

На фотографии представлен внешний вид собранной схемы. Рисунок печатной платы схемы автоматического регулирования и защиты простой, отверстия выполнены с шагом 2,5 мм.

На фотографии выше вид печатной платы со стороны установки деталей с нанесенной красным цветом маркировкой деталей. Такой чертеж удобен при сборке печатной платы.

Чертеж печатной платы выше пригодится при ее изготовлении с помощью технологии с применением лазерного принтера.

А этот чертеж печатной платы пригодится при нанесении токоведущих дорожек печатной платы ручным способом.

Шкала стрелочного прибора милливольтметра В3-38 не подходила под требуемые измерения, пришлось начертить на компьютере свой вариант, напечатал на плотной белой бумаге и клеем момент приклеил сверху на штатную шкалу.

Благодаря большему размеру шкалы и калибровки прибора в зоне измерения, точность отсчета напряжения получилась 0,2 В.

Провода для подключения АЗУ к клеммам аккумулятора и сети

На провода для подключения автомобильного аккумулятора к зарядному устройству с одной стороны установлены зажимы типа крокодил, с другой стороны разрезные наконечники. Для подключения плюсового вывода аккумулятора выбран красный провод, для подключения минусового – синий. Сечение проводов для подключения к устройству аккумулятора должно быть не менее 1 мм 2 .

К электрической сети зарядное устройство подключается с помощью универсального шнура с вилкой и розеткой, как применяется для подключения компьютеров, оргтехники и других электроприборов.

О деталях зарядного устройства

Силовой трансформатор Т1 применен типа ТН61-220, вторичные обмотки которого соединены последовательно, как показано на схеме. Так как КПД зарядного устройства не менее 0,8 и ток заряда обычно не превышает 6 А, то подойдет любой трансформатор мощностью 150 ватт. Вторичная обмотка трансформатора должна обеспечить напряжение 18-20 В при токе нагрузки до 8 А. Если нет готового трансформатора, то можно взять любой подходящий по мощности и перемотать вторичную обмотку. Рассчитать число витков вторичной обмотки трансформатора можно с помощью специального калькулятора .

Конденсаторы С4-С9 типа МБГЧ на напряжение не менее 350 В. Можно использовать конденсаторы любого типа, рассчитанные на работу в цепях переменного тока.

Диоды VD2-VD5 подойдут любого типа, рассчитанные на ток 10 А. VD7, VD11 - любые импульсные кремневые. VD6, VD8, VD10, VD5, VD12 и VD13 любые, выдерживающие ток 1 А. Светодиод VD1 – любой, VD9 я применил типа КИПД29. Отличительная особенность этого светодиода, что он меняет цвет свечения при смене полярности подключения. Для его переключения использованы контакты К1.2 реле Р1. Когда идет зарядка основным током светодиод светит желтым светом, а при переключении в режим подзарядки аккумулятора – зеленым. Вместо бинарного светодиода можно установить любых два одноцветных, подключив их по ниже приведенной схеме.

В качестве операционного усилителя выбран КР1005УД1, аналог зарубежного AN6551. Такие усилители применяли в блоке звука и видео в видеомагнитофоне ВМ-12. Усилитель хорош тем, что не требует двухполярного питания, цепей коррекции и сохраняет работоспособность при питающем напряжении от 5 до 12 В. Заменить его можно практически любым аналогичным. Хорошо подойдут для замены микросхемы, например, LM358, LM258, LM158, но нумерация выводов у них другая, и потребуется внести изменения в рисунок печатной платы.

Реле Р1 и Р2 любые на напряжение 9-12 В и контактами, рассчитанными на коммутируемый ток 1 А. Р3 на напряжение 9-12 В и ток коммутации 10 А, например РП-21-003. Если в реле несколько контактных групп, то их желательно запаять параллельно.

Переключатель S1 любого типа, рассчитанный на работу при напряжении 250 В и имеющий достаточное количество коммутирующих контактов. Если не нужен шаг регулирования тока в 1 А, то можно поставить несколько тумблеров и устанавливать ток заряда, допустим, 5 А и 8 А. Если заряжать только автомобильные аккумуляторы, то такое решение вполне оправдано. Переключатель S2 служит для отключения системы контроля уровня зарядки. В случае заряда аккумулятора большим током, возможно срабатывание системы раньше, чем аккумулятор зарядится полностью. В таком случае можно систему отключить и продолжить зарядку в ручном режиме.

Электромагнитная головка для измерителя тока и напряжения подойдет любая, с током полного отклонения 100 мкА, например типа М24. Если нет необходимости измерять напряжение, а только ток, то можно установить готовый амперметр, рассчитанный на максимальный постоянный ток измерения 10 А, а напряжение контролировать внешним стрелочным тестером или мультиметром, подключив их к контактам аккумулятора.

Настройка блока автоматической регулировки и защиты АЗУ

При безошибочной сборке платы и исправности всех радиоэлементов, схема заработает сразу. Останется только установить порог напряжения резистором R5, при достижении которого зарядка аккумулятора будет переведена в режим зарядки малым током.

Регулировку можно выполнить непосредственно при зарядке аккумулятора. Но все, же лучше подстраховаться и перед установкой в корпус, схему автоматического регулирования и защиты АЗУ проверить и настроить. Для этого понадобится блок питания постоянного тока, у которого есть возможность регулировать выходное напряжение в пределах от 10 до 20 В, рассчитанного на выходной ток величиной 0,5-1 А. Из измерительных приборов понадобится любой вольтметр, стрелочный тестер или мультиметр рассчитанный на измерение постоянного напряжения, с пределом измерения от 0 до 20 В.

Проверка стабилизатора напряжения

После монтажа всех деталей на печатную плату нужно подать от блока питания питающее напряжение величиной 12-15 В на общий провод (минус) и вывод 17 микросхемы DA1 (плюс). Изменяя напряжение на выходе блока питания от 12 до 20 В, нужно с помощью вольтметра убедиться, что величина напряжения на выходе 2 микросхемы стабилизатора напряжения DA1 равна 9 В. Если напряжение отличается или изменяется, то DA1 неисправна.

Микросхемы серии К142ЕН и аналоги имеют защиту от короткого замыкания по выходу и если закоротить ее выход на общий провод, то микросхема войдет в режим защиты и из строя не выйдет. Если проверка показала, что напряжение на выходе микросхемы равно 0, то это не всегда означает о ее неисправности. Вполне возможно наличие КЗ между дорожками печатной платы или неисправен один из радиоэлементов остальной части схемы. Для проверки микросхемы достаточно отсоединить от платы ее вывод 2 и если на нем появится 9 В, значит, микросхема исправна, и необходимо найти и устранить КЗ.

Проверка системы защиты от перенапряжения

Описание принципа работы схемы решил начать с более простой части схемы, к которой не предъявляются строгие нормы по напряжению срабатывания.

Функцию отключения АЗУ от электросети в случае отсоединения аккумулятора выполняет часть схемы, собранная на операционном дифференциальном усилителе А1.2 (далее ОУ).

Принцип работы операционного дифференциального усилителя

Без знания принципа работы ОУ разобраться в работе схемы сложно, поэтому приведу краткое описание. ОУ имеет два входа и один выход. Один из входов, который обозначается на схеме знаком «+», называется неинвертирующим, а второй вход, который обозначается знаком «–» или кружком, называется инвертирующим. Слово дифференциальный ОУ означает, что напряжение на выходе усилителя зависит от разности напряжений на его входах. В данной схеме операционный усилитель включен без обратной связи, в режиме компаратора – сравнения входных напряжений.

Таким образом, если напряжение на одном из входов будет неизменным, а на втором изменятся, то в момент перехода через точку равенства напряжений на входах, напряжение на выходе усилителя скачкообразно изменится.

Проверка схемы защиты от перенапряжения

Вернемся к схеме. Неинвертирующий вход усилителя А1.2 (вывод 6) подключен к делителю напряжения, собранного на резисторах R13 и R14. Этот делитель подключен к стабилизированному напряжению 9 В и поэтому напряжение в точке соединения резисторов, никогда не изменяется и составляет 6,75 В. Второй вход ОУ (вывод 7) подключен ко второму делителю напряжения, собранному на резисторах R11 и R12. Этот делитель напряжения подключен к шине, по которой идет зарядный ток, и напряжение на нем меняется в зависимости от величины тока и степени заряда аккумулятора. Поэтому и величина напряжения на выводе 7 тоже будет, соответственно изменятся. Сопротивления делителя подобраны таким образом, что при изменении напряжения зарядки аккумулятора от 9 до 19 В напряжение на выводе 7 будет меньше, чем на выводе 6 и напряжение на выходе ОУ (вывод 8) будет больше 0,8 В и близко к напряжению питания ОУ. Транзистор будет открыт, на обмотку реле Р2 будет поступать напряжение и оно замкнет контакты К2.1. Напряжение на выходе также закроет диод VD11 и резистор R15 в работе схемы участвовать не будет.

Как только напряжение зарядки превысит 19 В (это может случится только в случае, если от выхода АЗУ будет отключен аккумулятор), напряжение на выводе 7 станет больше, чем на выводе 6. В этом случае на выходе ОУ напряжение скачкообразно уменьшится до нуля. Транзистор закроется, реле обесточится и контакты К2.1 разомкнутся. Подача питающего напряжения на ОЗУ будет прекращена. В момент, когда напряжение на выходе ОУ станет равно нулю, откроется диод VD11 и, таким образом, параллельно к R14 делителя подключится R15. Напряжение на 6 выводе мгновенно уменьшится, что исключит ложные срабатывания в момент равенства напряжений на входах ОУ из-за пульсаций и помех. Изменяя величину R15 можно менять гистерезис компаратора, то есть напряжение, при котором схема вернется в исходное состояние.

При подключения аккумулятора к ОЗУ напряжения на выводе 6 опять установится равным 6,75 В, а на выводе 7 будет меньше и схема начнет работать в штатном режиме.

Для проверки работы схемы достаточно изменять напряжение на блоке питания от 12 до 20 В и подключив вольтметр вместо реле Р2 наблюдать его показания. При напряжении меньше 19 В, вольтметр должен показывать напряжение, величиной 17-18 В (часть напряжения упадет на транзисторе), а при большем – ноль. Желательно все же подключить к схеме обмотку реле, тогда будет проверена не только работа схемы, но и его работоспособность, а по щелчкам реле можно будет контролировать работу автоматики без вольтметра.

Если схема не работает, то нужно проверить напряжения на входах 6 и 7, выходе ОУ. При отличии напряжений от указанных выше, нужно проверить номиналы резисторов соответствующих делителей. Если резисторы делителей и диод VD11 исправны, то, следовательно, неисправен ОУ.

Для проверки цепи R15, D11 достаточно отключить одни из выводов этих элементов, схема будет работать, только без гистерезиса, то есть включаться и отключаться при одном и том же подаваемом с блока питания напряжении. Транзистор VT12 легко проверить, отсоединив один из выводов R16 и контролируя напряжение на выходе ОУ. Если на выходе ОУ напряжение изменяется правильно, а реле все время включено, значит, имеет место пробой между коллектором и эмиттером транзистора.

Проверка схемы отключения аккумулятора при полной его зарядке

Принцип работы ОУ А1.1 ничем не отличается от работы А1.2, за исключением возможности изменять порог отключения напряжения с помощью подстроечного резистора R5.

Для проверки работы А1.1, питающее напряжение, поданное с блока питания плавно увеличивается и уменьшается в пределах 12-18 В. При достижении напряжения 15,6 В должно отключиться реле Р1 и контактами К1.1 переключить АЗУ в режим зарядки малым током через конденсатор С4. При снижении уровня напряжения ниже 12,54 В реле должно включится и переключить АЗУ в режим зарядки током заданной величины.

Напряжение порога включения 12,54 В можно регулировать изменением номинала резистора R9, но в этом нет необходимости.

С помощью переключателя S2 имеется возможность отключать автоматический режим работы, включив реле Р1 напрямую.

Схема зарядного устройства на конденсаторах
без автоматического отключения

Для тех, кто не имеет достаточного опыта по сборке электронных схем или не нуждается в автоматическом отключении ЗУ по окончании зарядки аккумулятора, предлагаю упрощенней вариант схемы устройства для зарядки кислотных автомобильных аккумуляторов. Отличительная особенность схемы в ее простоте для повторения, надежности, высоком КПД и стабильным током заряда, наличие защиты от неправильного подключения аккумулятора, автоматическое продолжение зарядки в случае пропадания питающего напряжения.

Принцип стабилизации зарядного тока остался неизменным и обеспечивается включением последовательно с сетевым трансформатором блока конденсаторов С1-С6. Для защиты от перенапряжения на входной обмотке и конденсаторах используется одна из пар нормально разомкнутых контактов реле Р1.

Когда аккумулятор не подключен, контакты реле Р1 К1.1 и К1.2 разомкнуты и даже если зарядное устройство подключено к питающей сети ток не поступает на схему. Тоже самое происходит, если подключить ошибочно аккумулятор по полярности. При правильном подключении аккумулятора ток с него поступает через диод VD8 на обмотку реле Р1, реле срабатывает и замыкаются его контакты К1.1 и К1.2. Через замкнутые контакты К1.1 сетевое напряжение поступает на зарядное устройство, а через К1.2 на аккумулятор поступает зарядный ток.

На первый взгляд кажется, что контакты реле К1.2 не нужны, но если их не будет, то при ошибочном подключении аккумулятора, ток потечет с плюсового вывода аккумулятора через минусовую клемму ЗУ, далее через диодный мост и далее непосредственно на минусовой вывод аккумулятора и диоды моста ЗУ выйдут из строя.

Предложенная простая схема для зарядки аккумуляторов легко адаптируется для зарядки аккумуляторов на напряжение 6 В или 24 В. Достаточно заменить реле Р1 на соответствующее напряжение. Для зарядки 24 вольтовых аккумуляторов необходимо обеспечить выходное напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т1 не менее 36 В.

При желании схему простого зарядного устройства можно дополнить прибором индикации зарядного тока и напряжения, включив его как в схеме автоматического зарядного устройства.

Порядок зарядки автомобильного аккумулятора
автоматическим самодельным ЗУ

Перед зарядкой снятый с автомобиля аккумулятор необходимо очистить от грязи и протереть его поверхности, для удаления кислотных остатков, водным раствором соды. Если кислота на поверхности есть, то водный раствор соды пенится.

Если аккумулятор имеет пробки для заливки кислоты, то все пробки нужно выкрутить, для того, чтобы образующиеся при зарядке в аккумуляторе газы могли свободно выходить. Обязательно нужно проверить уровень электролита, и если он меньше требуемого, долить дистиллированной воды.

Далее нужно переключателем S1 на зарядном устройстве выставить величину тока заряда и подключить аккумулятор соблюдая полярность (плюсовой вывод аккумулятора нужно подсоединить к плюсовому выводу зарядного устройства) к его клеммам. Если переключатель S3 находится в нижнем положении, то стрелка прибора на зарядном устройстве сразу покажет напряжение, которое выдает аккумулятор. Осталось вставить вилку сетевого шнура в розетку и процесс зарядки аккумулятора начнется. Вольтметр уже начнет показывать напряжение зарядки.