Автоматическое зарядное устройство с бес­транс­фор­ма­тор­ным питанием

Универсальный блок повышенной мощности для широкого спектра аккумуляторных батарей 3-27В (3-100Ач). Как правильно зарядить автомобильный аккумулятор: одноэтапная и трёхэтапная зарядки

Начну необычно!
Шедевральностью приведённая бестрансформаторная схема не блещет! Не блещет родная ни мрамором, ни златом, ни светом звёзд... Мало того, с лёгкость может долбануть зазевавшегося гражданина электрическим разрядом, посредством чего привести его организм в состояние глубокой печали, беспокойства и хаотичности мыслей.

Теперь о хорошем.
Простота, подкупающий функционал и радующие глаз массогабаритные показатели электроизделий, обозначенных в заголовке, погрузили меня в размышления о целесообразности поиметь в хозяйстве именно бестрансформаторное зарядное устройство. Мотивом погружения предшествовала ниоткуда вдруг выросшая разовая потребность срочно оживить довольно мощный АКБ.

Результатом мыслительного процесса явилось универсальное автоматическое зарядное устройство для мощных аккумуляторов напряжением 3-27 В и собственной ёмкостью 3-100 Ач.

Рис.1 Схема бестрансформаторного зарядного устройства

Основой устройства является ёмкостный балластный элемент, образованный конденсаторами С1-С5, включение и выключение которых производится соответствующими тумблерами.
Реактивные сопротивления этих конденсаторов и мостовой выпрямитель Br2 образуют источник стабильного и неизменного постоянного тока, величина которого выбирается исходя из рекомендаций производителя АКБ. Значения этих токов могут выбираться любыми из диапазона 0,3-9,3А с шагом 0,3А.

Для предохранения диодов выпрямителя от резкого скачка тока в момент включения прибора, в него введено устройство мягкого пуска, состоящего из резистора R1 и реле Rel1, закорачивающего данный резистор через некоторое время после окончания переходных процессов.
Важный момент! Переключатель S1 - это тумблер без фиксации, алгоритм работы (on)-off-(on), количество контактных групп - 2.
Резистор R3 предназначен для разряда балластных конденсаторов после выключения зарядного устройства.

А всё-таки, каким током следует заряжать аккумулятор?

Оптимальным током является величина, равная 1/10 (± 10%) от полной ёмкости АКБ - это стандартные рекомендации производителей на обслуживаемые автомобильные аккумуляторные батареи.
При меньшем токе заряда процесс будет пропорционально замедляться, при большем - начнёт плохеть пациенту.
Для необслуживаемых изделий некоторые производители настоятельно рекомендуют использовать номинальный ток заряда не более 1/20 от ёмкости аккумулятора.

Ясен пипидастр, что в определённый момент АКБ наберёт полный заряд и на продолжающееся воздействие извне начнёт реагировать бурным химическим негодованием с неприятным выделением газа. Этот неловкий момент следует предотвратить и отключить зарядное устройство в момент 20%-го превышения значения напряжения на клеммах от паспортной величины характеристики аккумулятора.
Таким образом, для 12В батарей процесс заряда следует стопорнуть при напряжении на выводах АКБ 14,4 В, для 24 вольтовых - при 28,8 В и т.д.

Однако вернёмся к схеме.
Ответственным за состоянием здоровья аккумулятора назначен компаратор DA1, который сравнивает напряжение на АКБ с уровнем, установленным переменным резистором R5.
В момент совпадения этих величин, на выходе компаратора появляется высокий уровень напряжения, который посредством транзисторного аналога тиристора (транзисторы T1, T2) замыкает реле Rel1 на землю, что в свою очередь приводит к отключению блока от сети и, соответственно, к прекращению процесса заряда.
Аналогичный процесс происходит и при желании вручную отключить зарядное устройство от сети. В этом случае высокий уровень напряжения подаётся на аналог тиристора посредством замыкания контактов переключателя S1.2.

Интегральный регулируемый стабилизатор Vr1 формирует стабильное напряжение в диапазоне 3-27В. Его низкое выходное сопротивление позволяет исключить влияние входного сопротивления вольтметра на формируемые уровни напряжения при желании сделать этот прибор внешним и отключаемым после установки необходимого значения напряжения.

Стабилитроны D1, D2 поддерживают напряжение питания микросхем Vr1 и DA1 на уровне 30В, диод D3 не позволяет выйти напряжению на входе компаратора за допустимые пределы, светодиод Led1 служит для индикации включённого состояния устройства.

С1-С5 выполнены в виде батарей из параллельно соединённых неполярных конденсаторов экзотического номинала 4,7мкФ x 400в: С1 - 1шт, С2 - 2шт, С3 - 4шт и т.д... Всего 31 штука, не больше, не меньше - хоть из-под земли достань, да выложи!
На самом деле не так уж всё и грустно. Изделия, заказанные у наших китайских друзей, уложатся в небольшую коробчёнку и не сильно обременительную сумму, не превышающую 1000 российских тугриков.

Диодный мост Br2 следует выбирать с некоторым запасом по максимальному току. Я остановил свой выбор на 15-ти амперном экземпляре. При необходимости работать с высокими токами заряда этот элемент необходимо снабдить радиатором, исходя из рассеиваемой мощности P_рас ≈ I_зар x 1,5.
Рассчитать размер радиатора можно по ссылке   Ссылка на страницу.

Реле должно выдерживать необходимый максимальный коммутируемый ток и не гнушаться работой с сетевым напряжением. Ток срабатывания должен находиться в районе 20мА, как правило, в документации такие реле называются - High Sensitive. При наших мощностях таким током срабатывания обладают реле с номинальным рабочим напряжением 24 вольта.

Тумблеры: S1 должен быть рассчитан на максимальный ток - не менее 10А, S2-S6 - не менее 5А.

Компаратор DA1 может быть любым, поддерживающим однополярное 30-вольтовое питание и имеющим входные токи - не более 100nA.

А какие условия безопасности надо выполнять при работе с бестрансформаторными источниками питания мы довольно подробно обсудили на странице   Ссылка на страницу.

И под занавес приведу более долгий, но продвинутый способ зарядить АКБ за несколько этапов.
К преимуществам этого способа следует отнести то, что аккумулятор получает полный заряд и восстанавливает свою ёмкость практически на 100 процентов. Недостаток заключается в увеличении времени процесса и необходимости нескольких подходов к заряжаемому.

1. Сначала устанавливаем ток, равным 0,1 от номинальной ёмкости АКБ. Для батареи 55 А-ч это составит 5,5 ампер (в нашем случае - 5,4). В таком режиме заряжаем до напряжения на выводах АКБ 14,4 вольта. Устанавливаем это напряжение регулятором, далее ждём, пока зарядник вырубится;

2. Снижаем ток заряда в два раза (до 2,7 ампер), заряжаем до напряжения на выводах АКБ 15 вольт, ждём, пока зарядник вырубится;

3. Снижаем ток заряда ещё в два раза (до 1,2 ампера), заряжаем до напряжения на выводах АКБ 15,5 вольт, ждём, пока зарядник вырубится, если через 5-6 часов этого не произошло, вырубаем устройство вручную.

А теперь - о самом важном!!!
Безтрансформаторные источники питания являются устройствами, не обладающими гальванической развязкой от сети, поэтому все подключения проводов к аккумулятору необходимо провести до втыкания вилки в розетку.

В процессе зарядки блудить шаловливыми ручонками по оголённым проводам и клеммам АКБ не следует - есть шанс словить переменку (не слишком большой, но весьма неприятный...).

По окончании процесса, точно также - сначала выдернуть штепсель из розетки, а уже потом отсоединять аккумулятор.

Итак. Подсоединили АКБ, воткнули вилку, установили ток заряда, повернули R5 в нижнее по схеме положение - теперь можно нажать включатор и начинать зарядку. После этого следует установить переменный резистор в положение, соответствующее необходимому уровню отключения зарядного устройства, контролируя эту величину по показаниям вольтметра.
Если аккумулятор не будет подключён к зарядному устройству, или отвалится какой-либо провод, сработает схема защиты, что приведёт к отключению блока от сети.