Простое зарядное для авто. Зарядное устройство на «скорую руку Расчет вторичной обмотки трансформатора для зарядного устройства

Рынок буквально наполнен различными техническими новинками. Поэтому приобрести ЗУ для АКБ, тем более что и цена на такие изделия вполне доступная, сегодня не проблема. Но многие автолюбители все-таки предпочитают обходиться простейшими зарядными устройствами. Основных причин две – одни не верят в надежность современных приборов, а другим не нужны их многочисленные функции, и они считают это лишней тратой денег.

Простейшую «зарядку» для аккумулятора на 12 В несложно сделать из силового трансформатора, который есть во многих старых моделях бытовой техники.

Какой нужен Тр? Понятно, что обмотка первичная – на 220. Вторичная может быть одна или несколько; это непринципиально. Главное, чтобы с трансформатора можно было «снять» U 2 = 13±0,5 В. Больше или меньше – схема будет функционировать некорректно, если в данном случае этот термин уместен. Идеально для изготовления ЗУ подходит силовой трансформатор от ТВ-приемников старых (еще ламповых) моделей (ТС-180). Да и в первых телевизорах цветного изображения есть Тр, который имеет нужные выводы вторичных обмоток.

Что нужно сделать?

• Замерить напряжения на всех обмотках. Даже если они указаны в паспорте, на корпусе, проверить их работоспособность стоит. Применительно к ТС-180 берутся две «накальные» (они выдают по 6,3 В), и соединяются перемычкой последовательно. В итоге получается требуемый минимум – 12,6.

• Собрать диодный мост. Например, на основе п/п приборов серии Д242А. Их можно найти в том же телевизоре б/у, отпаять и использовать. Как вариант, купить готовую диодную сборку в магазине (KBPC10005 или подобную; продавец подскажет, если объяснить, для чего она нужна).

• Изготовить радиатор. Он необходим, чтобы при длительной зарядке мост не перегревался. Для диодов подойдет ребристая конструкция из алюминиевых (или дюралевых) пластин. Покупной мост достаточно закрепить на основе, подложив под него лишь одну, предварительно нанеся на нее слой термопасты. Ее можно купить в том же радиомагазине.

• Собрать схему. Из рисунка видно, что здесь не нужно быть «великим электронщиком» – все предельно просто и понятно.

Сделать зарядное устройство по этой схеме под силу даже тем, кто лишь приблизительно понимает, что такое электротехника и ее законы. Более «продвинутым» автомобилистам, скорее всего, понравятся другие. В исполнении они сложнее, но их преимущество – в возможности регулировать процесс заряда АКБ.

Нередко случается так, что нужно ехать, но АКБ «сел», и зарядки, по известному закону, под рукой нет. В подобных форс-мажорных обстоятельствах «палочкой-выручалочкой» может стать примитивная схема из лампы и диода.

Поскольку нагрузочный ток сравнительно небольшой, можно использовать диод 1N4004 или аналогичный по характеристикам. Он включается в цепь катодом (его вывод обозначается полоской на корпусе) к клемме «+» батареи. Но АКБ необходимо полностью отключить от бортовой сети автомобиля во избежание дальнейших проблем с ее электроникой.

Принцип работы схемы понять несложно. Ток регулируется самой лампой, так как ее нить накала имеет определенное сопротивление (I=P/U). Мощность осветительного прибора можно подобрать расчетным путем, хотя для упрощения задачи достаточно привести некоторые примеры. Их вполне хватит, чтобы понять, как собрать схему.

Лампочка на 60 Вт обеспечивает в цепи ток в 0,27 А. С учетом диода (он пропускает лишь один полупериод синусоиды) нагрузочный равен 0,318 х I. Чтобы получить I зар = 0,15 А, в цепь нужно включить лампу-сотку.

Постоянно использовать такую примитивную схему для зарядки автомобильного аккумулятора, естественно, не стоит. Но в трудной ситуации, когда нет иного решения, она очень даже выручит.

При длительной стоянке автомобильный аккумулятор со временем разряжается. Бортовое электрооборудование постоянно потребляет небольшой ток, а в АКБ происходит процесс саморазряда. Но даже регулярная эксплуатация машины не всегда обеспечивает достаточный заряд.

Особенно это заметно в зимнее время при коротких поездках. В таких условиях генератор не успевает восстановить заряд, потраченный на работу стартера. Тут поможет только зарядное устройство для автомобильного аккумулятора , которое можно сделать своими руками.

Зачем нужно заряжать АКБ

В современных автомобилях используются свинцово-кислотные аккумуляторы. Их особенность в том, что при постоянном слабом заряде происходит процесс сульфатации пластин . В результате аккумулятор теряет емкость и не может справиться с запуском двигателя. Избежать этого можно, регулярно заряжая батарею от сети. С его помощью можно подзарядить батарею и предотвратить, а в некоторых случаях даже обернуть вспять, процесс сульфатации.

Зарядное устройство (УЗ) для аккумуляторов, сделанное своими руками, незаменимо в случаях, когда вы оставляете машину в гараже на зимний период. Из-за саморазряда АКБ теряет 15-30% емкости за месяц . Поэтому завести машину в начале сезона без предварительной зарядки не получится.

Требования к ЗУ для автомобильных аккумуляторов

• Наличие автоматики. Аккумулятор ставится на заряд преимущественно ночью. Поэтому ЗУ не должно требовать контроля тока и напряжения со стороны автовладельца.
• Достаточное напряжение. Источник питания (ИП) должен выдавать 14,5 В . При падении напряжения на ЗУ нужно выбирать ИП большего напряжения.
• Защитная система. При превышении тока заряда автоматика должна необратимо отключать аккумулятор. Иначе прибор может выйти из строя и даже загореться. Система должна сбрасываться в исходное состояние только после вмешательства человека.
• Защита от переполюсовки. При неправильном подключении клемм АКБ к ЗУ цепь должна мгновенно отключаться. Система, описанная выше, справляется с этой задачей.

Распространенные ошибки конструкции самодельных ЗУ

• Подключение аккумулятора к домашней электросети через диодный мост и балласт в виде конденсатора с сопротивлением. Необходимый в таком случае бумажно-масляный конденсатор большой емкости обойдется дороже покупной «зарядки» . Такая схема подключения создает большую реактивную нагрузку, которая может «сбить с толку» современные приборы защиты и электросчетчики.
• Создание ЗУ на основе мощного трансформатора с первичной обмоткой на 220В и вторичной на 15В . Проблем с эксплуатацией такого оборудования не будет, а его надежности может позавидовать космическая техника. Но изготовление такого зарядного устройства для аккумулятора своими руками послужит наглядной иллюстрацией выражения «стрелять из пушки по воробьям» . Да и тяжелая громоздкая конструкция не отличается эргономикой и удобством использования.

Схема защиты

Вероятность того, что на выходе ЗУ для АКБ рано или поздно возникнет короткое замыкание 100% . Причиной может быть переполюсовка, слетевшая клемма или другая ошибка оператора. Поэтому начинать надо с конструкции устройства защиты (УЗ). Она должно быстро и четко срабатывать при перегрузке и обрывать выходную цепь.

Различают две конструкции УЗ:

• Внешние, выполненные в виде отдельного модуля. Их можно подключать к любому источнику постоянного напряжения 14 вольт.
• Внутренние, интегрированные в корпус конкретной «зарядки».

Классическая схема на диодах Шоттки спасает лишь при неправильном подключении аккумулятора. Но диоды попросту сгорят от перегрузки при подключении к разряженному аккумулятору или коротком замыкании на выходе ЗУ

Лучше использовать универсальную схему, представленную на рисунке. В ней используется гистерезис реле и медленная реакция кислотной батареи на скачки напряжения.

При скачке нагрузки в цепи падает напряжение на катушке реле и оно отключается, предотвращая перегрузку. Проблема в том, что данная схема не защищает при переполюсовке. Также система окончательно не отключается при превышении тока, а не коротком замыкании. При перегрузке контакты начнут непрерывно «хлопать» и этот процесс не остановится пока они не обгорят. Поэтому лучшей считается другая схема на паре транзисторов и реле.

Обмотка реле здесь подключена диодами по логической схеме «или» к схеме самоблокировки и модулям контроля. Перед эксплуатацией ЗУ нужно настроить, подключив к нему балластную нагрузку.

Какой источник тока использовать

Зарядное устройство, сделанное своими руками, требует источника питания. Для АКБ необходимы параметры 14,5-15 В/ 2-5 А (ампер часы) . Такие характеристики имеются у импульсных блоков питания (ИБП) и блоков на трансформаторе.

Достоинство ИБП в том, что он вполне может уже быть в наличии. Но трудоемкость создания ЗУ для АКБ на его основе намного выше. Поэтому покупать импульсный блок питания для использования в автомобильном ЗУ не стоит. Лучше тогда сделать более простой и дешевый источник питания из трансформатора и выпрямителя.

Схема зарядника для аккумулятора:

Источник питания для «зарядки» из ИПБ

Преимущество БП от компьютера в том, что он уже имеет встроенную защитную схему. Однако придется потрудиться, чтобы немного переделать конструкцию. Для этого надо сделать следующее:

• удалить все выходные провода кроме желтых (+12В) , черных (масса) и зеленого (провод включения ПК).
• закоротить зеленый и черный провода;
• установить выключатель сети (при отсутствии штатного);
• найти резистор обратной связи в цепи +12В ;
• заменить переменным резистором на 10 кОм ;
• включить БП;
• вращая переменный резистор, установить на выходе 14,4 В ;
• измерить текущее сопротивление переменного резистора;
• заменить переменный резистор постоянным того же номинала (допуск 2%);
• подключить к выходу блока питания вольтметр для контроля процесса зарядки (опционально);
• соединить желтые и черные провода в два жгута;
• подключить к ним провода с зажимами для соединения с клеммами.

Совет: вместо вольтметра можно использовать универсальный мультиметр. Для его питания следует оставить один красный провод (+5 В).

Зарядное устройство для аккумулятора своими руками готово. Остается только подключить прибор к электросети и зарядить батарею.

Зарядное на трансформаторе

Достоинство трансформаторного источника питания в том, что его электрическая инерция выше, чем у аккумулятора. Это повышает безопасность и надежность схемы.

В отличие от ИБП, здесь нет встроенной защиты. Поэтому надо нужно позаботиться о предотвращении перегрузки зарядного устройства, сделанного своими руками. Для автомобильных АКБ это тоже крайне важно. Иначе при перегрузках по току и напряжению возможны любые неприятности: от перегорания обмоток до расплескивания кислоты и даже взрыва аккумулятора.

ЗУ из электронного трансформатора (Видео)

В этом видео рассказывается о регулируемом блоке питания, основой которого служит переделанный электронный 12в трансформатор мощностью 105 Вт. В сочетании с модулем импульсного стабилизатора получается надёжный и компактный ЗУ для всех типов АКБ. 1.4-26V 0-3A.

Самодельный источник питания состоит из двух блоков: трансформатора и выпрямителя.

Можно найти готовую деталь с подходящими обмотками или намотать самому. Второй вариант более предпочтителен, так как найти трансформатор с выходом 14,3-14,5 вольт вам вряд ли удастся. Придется использовать готовые решения, выдающие 12,6 В . Повысить напряжение примерно на 0,6 В можно с помощью сборки выпрямителя со средней точкой на диодах Шоттки.

Мощность обмоток должна быть не менее 120 ватт , параметры диодов -

Автор

Профессиональный авто механик со стажем работы более 7 лет на одной из самых крупных сто в Москве. Хорошо разбираюсь в таких машинах как Ваз, Kia, Peugeot, Bmw, Audi, Mercedes и многие другие. Если хотите получить профессиональный ответ, оставляйте свои отзывы в комментариях к этому материалу.

Сейчас нет смысла собирать самостоятельно зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов: в магазинах огромный выбор готовых устройств, цены на них приемлемы. Однако не будем забывать о том, что приятно что-то сделать полезное своими руками, тем более что простое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора вполне можно собрать из подручных деталей, и цена его будет копеечной.

Единственное, о чем сразу стоит предупредить: схемы без точной регулировки тока и напряжения на выходе, которые не имеют отсечки тока по окончании заряда, пригодны для зарядки только свинцово-кислотных аккумуляторов. Для AGM и использование подобных зарядок приводит к повреждению аккумуляторной батареи!

Как сделать простейшее трансформаторное устройство

Схема этого зарядного устройства из трансформатора примитивна, но работоспособна и собирается из доступных деталей – таким же образом сконструированы и заводские зарядные устройства простейшего типа.

По своей сути – это двухполупериодный выпрямитель, отсюда и требования к трансформатору: так как на выходе таких выпрямителей напряжение равно номинальному напряжению переменного тока, помноженному на корень из двух, то при 10В на обмотке трансформатора мы получим 14,1 В на выходе зарядного устройства. Диодный мост берётся любой с прямым током более 5 ампер или собрать его из четырех отдельных диодов, с теми же требованиями к току подбирается и измерительный амперметр. Главное – разместить его на радиаторе, который в простейшем случае представляет собой алюминиевую пластину не менее 25 см2 площадью.

Примитивность такого устройства – не только минус: за счет того, что у него нет ни регулировки, ни автоматического отключения, оно может использоваться для «реанимации» сульфатированных аккумуляторов. Но не нужно забывать и об отсутствии защиты от переполюсовки в этой схеме.

Главная проблема – где найти трансформатор подходящей мощности (не менее 60 Вт) и с заданным напряжением. Можно использовать, если подвернется советский накальный трансформатор. Однако его выходные обмотки имеют напряжение 6,3В, поэтому придется соединять две последовательно, одну из них отмотав так, чтобы в сумме на выходе получить 10В. Подойдет недорогой трансформатор ТП207-3, у которого вторичные обмотки соединяются следующим образом:

Отматываем при этом обмотку между клеммами 7-8.

Простое зарядное устройство с электронной регулировкой

Однако можно обойтись и без отмотки, дополнив схему электронным стабилизатором напряжения на выходе. К тому же такая схема будет удобнее в гаражном применении, так как позволит скорректировать ток заряда при просадках напряжения питания, ее используют и для автомобильных аккумуляторов небольшой емкости при необходимости.

Роль регулятора здесь выполняет составной транзистор КТ837-КТ814, переменный резистор регулирует ток на выходе устройства. При сборке зарядки стабилитрон 1N754A можно заменить советским Д814А.

Схема регулируемого зарядного устройства проста для повторения, и легко собирается навесным монтажом без необходимости в травлении печатной платы. Однако учтите, что полевые транзисторы размещаются на радиаторе, нагрев которого будет ощутим. Удобнее воспользоваться старым компьютерным кулером, подключив его вентилятор к выходам зарядного устройства. Резистор R1 должен иметь мощность не менее 5 Вт, его проще намотать из нихрома или фехраля самостоятельно или соединить параллельно 10 одноваттных резисторов по 10 ом. Его можно и не ставить, но нельзя забывать, что он защищает транзисторы в случае замыкания выводов.

При выборе трансформатора ориентируйтесь на выходное напряжение 12,6-16В, берите либо накальный трансформатор, соединив последовательно две обмотки, либо подбирайте готовую модель с нужным напряжением.

Видео: Самое простое зарядное устройство для АКБ

Переделка зарядного устройства от ноутбука

Однако можно обойтись и без поисков трансформатора, если под руками есть ненужное зарядное устройство от ноутбука – при простой переделке мы получим компактный и легкий импульсный блок питания, способный заряжать автомобильные аккумуляторы. Поскольку нам потребуется получить напряжение на выходе 14,1-14,3 В, ни один готовый блок питания не подойдет, однако переделка проста.
Посмотрим на участок типовой схемы, по которой собраны устройства такого рода:

В них поддержание стабилизированного напряжения осуществляет цепь из микросхемы TL431, управляющей оптопарой (на схеме не показана): как только напряжение на выходе превышает значение, которое задают резисторы R13 и R12, микросхема зажигает светодиод оптопары, сообщает ШИМ-контроллеру преобразователя сигнал на снижение скважности подаваемых на трансформатор импульсов. Сложно? На самом деле все просто смастерить своими руками.

Вскрыв зарядное устройство, находим недалеко от выходного разъема TL431 и два резистора, связанные с ножкой Ref. Удобнее настраивать верхнее плечо делителя (на схеме – резистор R13): уменьшая сопротивление, мы уменьшаем и напряжение на выходе зарядного устройства, увеличивая – поднимаем его. Если у нас ЗУ на 12 В, нам понадобится резистор с большим сопротивлением, если зарядное на 19 В – то с меньшим.

Видео: Зарядка для аккумуляторов авто. Защита от короткого замыкания и переполюсовки. Своими руками

Выпаиваем резистор и вместо него устанавливаем подстроечный, заранее настроенный по мультиметру на то же сопротивление. Затем, подключив к выходу зарядного устройства нагрузку (лампочку из фары), включаем в сеть и плавно вращаем движок подстроечника, одновременно контролируя напряжение. Как только мы получим напряжение в пределах 14,1-14,3 В, отключаем ЗУ из сети, фиксируем движок подстроечного резистора лаком (хотя бы для ногтей) и собираем корпус обратно. Это займет не больше времени, чем Вы потратили на чтение этой статьи.

Есть и более сложные схемы стабилизации, причем их уже можно встретить и в китайских блоках. Например, здесь оптопарой управляет микросхема TEA1761:

Однако принцип настройки тот же: меняется сопротивление резистора, впаянного между плюсовым выходом блока питания и 6 ножкой микросхемы. На приведенной схеме для этого использованы два запараллеленных резистора (таким образом получено сопротивление, выходящее из стандартного ряда). Нам нужно так же впаять вместо них подстроечник и настроить выход на нужное напряжение. Вот пример одной из таких плат:

Путем прозвонки можно понять, что нас интересует на этой плате одиночный резистор R32 (обведен красным) – его нам и надо выпаивать.

В Интернете часто встречаются похожие рекомендации, как сделать самодельное зарядное устройство из компьютерного блока питания. Но учитывайте, что все они по сути – перепечатки старых статей начала двухтысячных, и подобные рекомендации к более-менее современным блокам питания неприменимы. В них уже нельзя просто поднять напряжение 12 В до нужной величины, так как контролируются и другие напряжения на выходе, а они неизбежно «уплывут» при такой настройке, и сработает защита блока питания. Можно использовать зарядные устройства ноутбуков, выдающие единственное напряжение на выходе, они гораздо удобнее для переделки.

Это зарядное устройство я сделал для зарядки автомобильных аккумуляторов, выходное напряжение 14.5 вольт, максимальный ток заряда 6 А. Но им можно заряжать и другие аккумуляторы, например литий-ионные, так как выходное напряжение и выходной ток можно регулировать в широких пределах. Основные компоненты зарядного устройства были куплены на сайте АлиЭкспресс.

Вот эти компоненты:

Еще потребуется электролитический конденсатор 2200 мкФ на 50 В, трансформатор для зарядного устройства ТС-180-2 (как распаивать трансформатор ТС-180-2 посмотрите в ), провода, сетевая вилка, предохранители, радиатор для диодного моста, крокодилы. Трансформатор можно использовать другой, мощностью не менее 150 Вт (для зарядного тока 6 А), вторичная обмотка должна быть рассчитана на ток 10 А и выдавать напряжение 15 – 20 вольт. Диодный мост можно набрать из отдельных диодов, рассчитанных на ток не менее 10А, например Д242А.

Провода в зарядном устройстве должны быть толстые и короткие. Диодный мост нужно закрепить на большой радиатор. Необходимо нарастить радиаторы DC-DC преобразователя, или использовать для охлаждения вентилятор.

Сборка зарядного устройства

Подсоедините шнур с сетевой вилкой и предохранителем к первичной обмотке трансформатора ТС-180-2, установите диодный мост на радиатор, соедините диодный мост и вторичную обмотку трансформатора. Припаяйте конденсатор к плюсовому и минусовому выводам диодного моста.

Подключите трансформатор к сети 220 вольт и произведите замеры напряжений мультиметром. У меня получились такие результаты:

1. Переменное напряжение на выводах вторичной обмотки 14.3 вольта (напряжение в сети 228 вольт).
2. Постоянное напряжение после диодного моста и конденсатора 18.4 вольта (без нагрузки).

Руководствуясь схемой, соедините с диодным мостом DC-DC понижающий преобразователь и вольтамперметр.

Настройка выходного напряжения и зарядного тока

На плате DC-DC преобразователя установлены два подстроечных резистора, один позволяет установить максимальное выходное напряжение, другим можно выставить максимальный зарядный ток.

Включите зарядное устройство в сеть (к выходным проводам ничего не подсоединено), индикатор будет показывать напряжение на выходе устройства, и ток равный нулю. Потенциометром напряжения установите на выходе 5 вольт. Замкните между собой выходные провода, потенциометром тока установите ток короткого замыкания 6 А. Затем устраните короткое замыкание, разъединив выходные провода и потенциометром напряжения, установите на выходе 14.5 вольт.

Данное зарядное устройство не боится короткого замыкания на выходе, но при переполюсовке может выйти из строя. Для защиты от переполюсовки, в разрыв плюсового провода идущего к аккумулятору можно установить мощный диод Шоттки. Такие диоды имеют малое падение напряжения при прямом включении. С такой защитой, если перепутать полярность при подключении аккумулятора, ток протекать не будет. Правда этот диод нужно будет установить на радиатор, так как через него при заряде будет протекать большой ток.

Подходящие диодные сборки применяются в компьютерных блоках питания. В такой сборке находятся два диода Шоттки с общим катодом, их нужно будет запараллелить. Для нашего зарядного устройства подойдут диоды с током не менее 15 А.

Нужно учитывать, что в таких сборках катод соединен с корпусом, поэтому эти диоды нужно устанавливать на радиатор через изолирующую прокладку.

Необходимо еще раз отрегулировать верхний предел напряжения, с учетом падения напряжения на диодах защиты. Для этого, потенциометром напряжения на плате DC-DC преобразователя нужно выставить 14.5 вольт измеряемых мультиметром непосредственно на выходных клеммах зарядного устройства.

Как заряжать аккумулятор

Протрите аккумулятор тряпицей смоченной в растворе соды, затем насухо. Выверните пробки и проконтролируйте уровень электролита, если необходимо, долейте дистиллированную воду. Пробки во время заряда должны быть вывернуты. Внутрь аккумулятора не должны попадать мусор и грязь. Помещение, в котором происходит заряд аккумулятора должно хорошо проветриваться.

Подключите аккумулятор к зарядному устройству и включите устройство в сеть. Во время заряда напряжение будет постепенно расти до 14.5 вольт, ток будет со временем уменьшаться. Аккумулятор можно условно считать заряженным, когда зарядный ток упадет до 0.6 – 0.7 А.

Правильный заряд аккумуляторной батареи является одним из наиболее важных условий, позволяющих обеспечить длительный срок их службы. Важно правильно спроектировать зарядное устройство, чтобы обеспечить оптимальный режим заряда батареи для восстановления номинальной ёмкости, определяющей количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор. Заряд аккумуляторной батареи, как правило, осуществляется в две ступени. На первой ступени рекомендуется заряжать аккумулятор неизменным по значению током IЗ = 0,25САБ. При этом аккумулятор получает основную часть энергии, в пределах 95 %. Зарядка аккумулятора на второй ступени происходит при стабильном напряжении. Этот режим обычно называют режимом подзаряда и используют для компенсации уменьшения емкости аккумулятора, вызванного токами саморазряда.

Зарядное устройство выполнено на базе непосредственного преобразователя постоянного напряжения НПН понижающего типа. Регулирование выходного напряжения в нем осуществляется за счет изменения относительной длительности открытого состояния силового транзистора при использовании широтно-импульсного регулирования. Частота преобразования зарядного устройства fЗУ = 22 кГц.

Исходными данными для расчета зарядного устройства являются входное напряжение, выходное напряжение, ток и характеристики АБ. Используем в качестве питающего выпрямленное напряжение сети. Заряд аккумуляторной батареи может осуществляться только при условии, что напряжение питающей сети находится в допустимом диапазоне.

Для однофазной питающей сети переменного тока с бестрансформаторным входом для СГЭП выберем мостовую схему выпрямителя с индуктивно-ёмкостным фильтром . При учете диапазона изменения напряжения питающей сети (отклонение вниз от номинала на 10%) значение напряжения на выходе входного фильтра не превышает UВХmin = 1,41Uсmin = 1,41·99 = 139 В даже на холостом ходу (конденсатор входного фильтра заряжен до напряжения, равного амплитуде напряжения питающей сети). В рабочем режиме UВХmin будет еще ниже на величину падения напряжения на диодах выпрямителя. Так как вход выпрямителя бестрансформаторный, коммутационными потерями можно пренебречь и величину выпрямленного напряжения можно считать по соотношениям для идеального выпрямителя.

Наибольшее значение напряжения на выходе фильтра определится из выражения (холостой ход - конденсатор фильтра заряжен до амплитуды входного напряжения):

Выходные параметры зарядного устройства определяются параметрами АБ. Выходное напряжение зарядного устройства для заряда АБ типа FG20721 c номинальным напряжением UАБ = 12·3 = 36 В и емкостью САБ = 6,5 Ач, работающей в цикличном режиме, определяется по выражению:

где 2,45 В - максимальное напряжение на элементе АБ;

m = 6 - количество элементов в секции;

n = 3 - количество секций в батарее.

Для выбора величины тока заряда АБ необходимо знать не только емкость АБ, но и интервалы времени между аварийными режимами (время, предоставленное для восстановления необходимой емкости АБ). Статистические данные выхода напряжения сети переменного тока за допустимые пределы - 1-2 раза в сутки. В этом случае для восстановления емкости АБ зарядный ток можно выбрать равным 0,2 САБ = 1,3А.

Для расчета параметров и выбора элементов силовой цепи зарядного устройства необходимо определить диапазон изменения относительной длительности открытого состояния транзистора зарядного устройства:

Для выбора величины индуктивности дросселя, кроме величины гmin, необходимо определиться с амплитудой пульсаций зарядного тока. Так как АБ не предъявляет особых требований к форме зарядного тока, то выберем величину пульсаций произвольно - допустим 10%.

Определим величину индуктивности по выражению:

Соединим параллельно три дросселя Д17-2 с параметрами: L = 2 мГн; Iподм = 6,3 А; Rобм = 0,3 Ом при последовательном соединении двух обмоток дросселя.

Т.к. АБ в СГЭП подключена постоянно, то выходной конденсатор ЗУ применяется для подавления высокочастотных помех. Выбираем конденсатор С10 - К73-17 - 100В - 1 мкФ±5%.

Рассчитаем параметры силового транзистора зарядного устройства. Максимальное напряжение, прикладываемое к силовому транзистору VT1 в закрытом состоянии определяется наибольшим выпрямленным напряжением:

Ток, протекающий через транзистор, равен току заряда:

Выбираем MOSFET-транзистор VT1 - IRF624 фирмы International Rectifier с параметрами: UСИmax = 250 В; IСmax = 4,4 А; RСИ = 1,1 Ом, tВКЛ = 20 нс, tВЫКЛ = 32 нс.

Статические потери в транзисторе:

Используя линейную аппроксимацию временной зависимости тока и напряжения в режиме переключения транзистора, определим динамические потери в нем по выражению:

Суммарные потери мощности на транзисторе:

не требуют установки транзистора на радиатор.

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диоду VD4 определяется наибольшим выпрямленным напряжением:

Среднее значение тока, протекающего по диоду, равно:

Выбираем диод VD4 - MUR240 фирмы ON Semiconductor, имеющий характеристики: UОБРmax = 400 В; IПР = 2 А; IИМП = 25 А; UПР = 1,05 В; tВОССТ = 65 нс.

Для ограничения сквозного тока, протекающего через диод при включении транзистора за время восстановления запирающих свойств диода, устанавливают балластный (ограничительный) дроссель L5, индуктивность которого определяют по выражению:

Выбираем дроссель Д13-3 с параметрами: L = 5 мкГн; Iподм = 4 А; Rобм = 0,015 Ом при последовательном соединении двух обмоток дросселя.

Сопряжение цепи управления силовым ключом зарядного устройства с выходом схемы управления (микроконтроллером) требует обеспечения гальванической развязки и согласования управляющего сигнала по мощности. Для этого воспользуемся микросхемой драйвера нижнего уровня с ограничением тока DA1 - IR2121 фирмы International Rectifier и трансформатором TV1. Основные параметры драйвера приведены в таблице 2.1 .

Выберем фильтрующие конденсаторы по цепи питания микросхемы драйвера C1, C2 - К10-79 - 25В - 1 мкФ±20% Н30.

Конденсатор C5 необходим для создания напряжения разной полярности на трансформаторе драйвера TV1:

Выбираем конденсатор C5 - К10-79 - 25В - 2 мкФ±5%.

Таблица 2.1 - Основные параметры драйвера IR2121

Рассчитаем трансформатор драйвера TV1. Для данного трансформатора выберем тип конструкции - тороид, магнитный материал сердечника - прессованный ферроматериал марки 2000НМ.

Коэффициент трансформации k = 1.

Средние значения напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора U1 = U2 = 12 В.

Наибольшее среднее значение тока в первичной обмотке I1 = I2 = IД гmax = 0,5 А.

Рассчитаем габаритную мощность трансформатора:

По известным токам и напряжениям обмоток и габаритной мощности трансформатора выбирается сердечник и определяются параметры обмоток, при этом число витков первичной обмотки рассчитывается исходя из наибольшего напряжения, прикладываемого к ней, чтобы исключить режим насыщения (замагничивания) сердечника трансформатора.

где SО - площадь окна сердечника магнитопровода [см2];

SС - поперечное сечение сердечника [см2];

kф - коэффициент формы напряжения (для прямоугольного сигнала - kф = 1);

kс - коэффициент заполнения сердечника сталью (для трансформаторов, выполненных на сердечниках из прессованных ферроматериалов kс = 1);

д - плотность тока в обмотках трансформатора (среднее значение для многовитковых трансформаторов равно 2,5 А/мм2);

у - коэффициент заполнения окна сердечника медью (для проводов круглого сечения в пределах от 0,2 до 0,35), примем у = 0,3;

Bм - индукция в магнитопроводе (для трансформаторов, выполненных на сердечниках из прессованных ферроматериалов индукция не превышает 0,2 Тл).

Выбираем сердечник из стандартного ряда магнитопроводов К16х8х6, имеющий SОSС = 0,12 см4, SО = 0,501 см2, SС = 0,24 см2.

Число витков в обмотках трансформаторов:

Диаметры проводов обмоток:

выбираем по одному проводу для каждой обмотки ПЭВ-1 с диаметром провода без изоляции равным 0,51 мм (диаметр провода с изоляцией равен 0,56 мм).

Диод VD2 служит для предотвращения появления на выходе микросхемы драйвера выбросов выходного напряжения ниже уровня земли во время процесса выключения. Максимальное обратное напряжение на диоде UОБРmax = 12 В, максимальный средний ток диода равен IVDmax = 0,5 А. Выбираем диод VD2 - КД289А с параметрами: UОБРmax = 25 В; IVDmax = 1 А; fmax = 100 кГц.

Конденсатор C6, а также диод VD3 необходимы для восстановления формы и амплитуды управляющих сигналов с драйвера после трансформатора TV1. Конденсатор C6 = C5 = 2 мкФ.

Максимальное обратное напряжение на диоде VD3 UОБРmax = 12 В, максимальный средний ток диода равен IVDmax = 0,5 А.Выбираем диод VD3 - КД289А (UОБРmax = 25 В; IVDmax = 1 А; fmax = 100 кГц).

Резистор в цепи затвора необходим для ограничения тока управления силовым транзистором ЗУ. Примем максимальное значение тока затвора транзистора IЗmax = 1 А. Рассчитаем сопротивление ограничивающего резистора:

Мощность, рассеиваемая на резисторе:

Выбираем резистор R3 - С2-33 - 0,125 - 12 Ом ±5%.