Самостоятельное изготовление простых зарядных устройств, выполненных на тиристоре

Что нужно знать владельцу такого зарядного устройства?

Если ваш выбор пал именно на этот тип автомобильных зарядных устройств, то нужно знать некоторые нюансы:

1. Наберитесь терпения – зарядка не может происходить быстро, ведь автомобиль это же мобильный телефон. Средняя ее продолжительность составляет примерно 15-20 часов. Быстрая зарядка, которую так рекламируют и советуют в авто салонах, имеет свои подводные камни, среди которых быстрый износ аккумулятора и недолгий срок эксплуатации самого ЗУ.
2. Не введитесь на удочку маркетологов – иногда в магазинах продавцы, обладающие особыми навыками убеждения и навязывания товара, продадут такой агрегат, который не подходит ни по одному из желаемых параметров. Поэтому, перед покупкой точно определите, какими характеристиками должен обладать агрегат, а также проконсультируйтесь о наиболее качественных моделях и добросовестных производителях.
3. Учитывайте особенности своего автомобиля и места проживания – температурный режим окружающей среды – это один из самых важных показателей при выборе АКБ. Если средняя температура зимой начинается от -30°С, то наличие импульсного зарядника такое же значимое как и ремни безопасности.
4. Место покупки – чтобы избежать подделок, коих сейчас на рынке немало, рекомендуется приобретать такой товар только в сертифицированных точках продаж. Сам же товар должен в обязательном порядке проверяться при покупателе на исправность, а также иметь гарантийный талон на год. За это время любые поломки с устройством должны устраняться мастером бесплатно. Запомните – дешево, не значит качественно, но и завышения цена не дает полной гарантии на беспроблемную эксплуатацию агрегата.
5. Внимательно читайте инструкцию – зачастую многие пользователи импульсных зарядных устройств считают, что если принцип работы идентичен, то и управление такое же, но это не так. Каждая модель имеет свои технические особенности и нюансы, от исполнения которых зависит не только исправность зарядного устройства, но и срок годности самого аккумулятора.

Соблюдая эти рекомендации, выбор и эксплуатация зарядного устройства импульсного типа, не составит труда.

Импульсное зарядное устройство на КУ202Н

Распространенная, простая, но очень эффективная схема тиристорного фазоимпульсного регулятора мощности уже давно используется для заряда свинцовых аккумуляторов.

Узнай время зарядки своего аккумулятора

Зарядка на КУ202Н позволяет:

Схема тиристорного зарядного устройства на КУ202Н

• добиться зарядного тока до 10А;
• выдавать импульсный ток, благоприятно влияющий на продолжительность жизни АКБ;
• собрать устройство своими руками из недорогих деталей, доступных в любом магазине радиоэлектроники;
• повторить принципиальную схему даже новичку, поверхностно знакомому с теорией.

Условно, представленную схему можно разделить на:

• Понижающее устройство – трансформатор с двумя обмотками, превращающий 220В из сети в 18-22В, необходимых для работы прибора.
• Выпрямительный блок, преобразующий импульсное напряжение в постоянно собирается из 4-х диодов или реализуется с помощью диодного моста.
• Фильтры – электролитические конденсаторы, отсекающие переменные составляющие выходного тока.
• Стабилизация осуществляется за счет стабилитронов.
• Регулятор тока производится компонентом, строящимся на транзисторах, тиристорах и переменном сопротивлении.
• Контроль выходных параметров реализуется с помощью амперметра и вольтметра.

Принцип работы

Схема зарядного устройства с тиристором

Цепь из транзисторов VT1 и VT2 контролирует электрод тиристора. Ток проходит через VD2, защищающий от возвратных импульсов. Оптимальный ток зарядки контролируется компонентом R5. В нашем случае, он должен быть равен 10% от емкости аккумулятора. Чтобы контролировать регулятор тока, данный параметр перед клеммами подключения необходимо установить амперметр.

Питание данной схемы осуществляется трансформатором с выходным напряжением от 18 до 22 В. Обязательно необходимо расположить диодный мост, а также управляющий тиристор на радиаторах, для отвода избытка тепла. Оптимальный размер радиатора должен превышать 100см2. При использовании диодов Д242-Д245, КД203- в обязательном порядке изолируйте их от корпуса устройства.

Данная схема зарядного устройства на тиристорах обязательно должна комплектоваться предохранителем для выходного напряжения. Его параметры подбираются согласно собственных нужд. Если вы не собираетесь использовать токи более 7 А, то предохранителя на 7.3 А будет вполне достаточно.

Особенности сборки и эксплуатации

Схема проверки теристора

Собранное по представленной схеме зарядное устройство в дальнейшем можно дополнять автоматическими защитными системами (от переполюсовки, короткого замыкания и др). Особенно полезным, в нашем случае будет установка системы отключения подачи тока при заряде батареи, что убережет ее от перезаряда и перегрева.

Другие защитные системы желательно комплектовать светодиодными индикаторами, сигнализирующими о коротких замыканиях и других проблемах.

Внимательно следите за выходным током, так как он может изменяться из-за колебаний в сети.

Как и аналогичные тиристорные фазоимпульсные регуляторы, собранное по представленной схеме зарядное устройство создает помехи радиоприему, поэтому желательно предусмотреть LC-фильтр для сети.

Тиристор КУ202Н можно заменить аналогичными КУ202В, КУ 202Г или КУ202Е. Также можно использовать и более производительные Т-160 или Т-250.

Схема зарядного на 12 вольт 20 ампер

Схема управления питается от той же обмотки трансформатора, что и заряжаемая батарея. Транзистор Q1 является детектором пересечения нуля и управляет моностабильным триггером U1B, задачей которого является генерация импульса длительности, регулируемого потенциометром P1. Конец этого импульса, в свою очередь, запускает U1A, который генерирует импульсы с фиксированной длиной около 200 мкс (это рекомендуемая длина для тиристоров). Этот импульс после преобразования управляет тиристорами.

Импульсный трансформатор выполняет здесь две функции: гальваническое разделение управляющих электродов и катодов обоих тиристоров друг от друга и гальваническое разделение схемы управления от тиристоров. Благодаря этому оба тиристора могут быть установлены на одном и том же радиаторе без изолирующих прокладок, и схема управления может питаться тем же напряжением, что и тиристоры. Кроме того, 3 силовых выпрямительных диода также могут быть привинчены к обычному радиатору без изолирующих прокладок. Это значительно упростило сборку и уменьшило количество радиаторов до двух. А транзистор Q2, управляемый короткими импульсами, даже не нагревается — радиатор который установили оказался ненужным. 

От схемы контроллера перейдем к общей схеме зарядки: 

Поскольку тиристоры имеют монтажный винт на аноде и диоды на катоде, они могут быть привинчены к соединительным радиаторам без изолирующих прокладок (то есть диоды к одному, тиристоры к другому). 

Диод D3 и L1 не являются обязательными элементами, но настоятельно рекомендуется их поставить. Если используем дроссель, также должны использовать диод D3. Он закрывает поток индуцированного тока и позволяет отключать тиристоры. D3 и L1 здесь выполняют ту же роль, что и в понижающем преобразователе, в котором тиристор является ключевым элементом. 

Дроссель был намотан на сердечник старого трансформатора сетевого мощностью около 150 Вт проводом 2 мм, намотано до заполнения. Он должен иметь воздушный зазор 0,5-1 мм, который легко внедрить, потому что это сердечник в форме 2U. Как правило, этот дроссель не является обязательным элементом, и вы можете не ставить его вообще. Но если что, у него должен быть зазор, вот как на картинке у трансформатора мощностью 100 Вт: 

Сердечник разобрать, намотать проволоку диаметром около 2 мм. Затем, где есть красные линии, сунуть прокладку из пластика толщиной 2 мм между элементами сердечника. Затем прикрутить винты там, где зеленая отметка.

Теперь корпус самого зарядного устройства — он был сделано из негорючих пластиковых пластин, скрученных с помощью уголков и болтов. Естественно там должны быть предохранители. Как предохранитель на вторичной стороне, так и классический сетевой предохранитель.

Основной элемент – трансформатор

Без него просто никуда, изготовить зарядное устройство с регулировкой на тиристоре без использования трансформатора не получится. Цель применения трансформатора – снижение напряжения с 220 В до 18-20 В. Именно столько нужно для нормальной работы зарядного устройства. Общая конструкция трансформатора:

1. Магнитопровод из стальных пластин.
2. Первичная обмотка подключается к источнику переменного тока 220 В.
3. Вторичная обмотка соединяется с основной платой зарядного устройства.

В некоторых конструкциях могут применяться две вторичные обмотки, включенные последовательно. Но в конструкции, которая рассматривается в статье, применяется трансформатор, у которого одна первичная и столько же вторичных обмоток.

Что такое импульсное зарядное устройство?

В отличие от трансформаторных собратьев импульсные зарядные устройства заряжают батарею не постоянным током какого-либо значения, а импульсами. Для их образования используется современная элементная база – громоздкие трансформаторы при этом не потребуются. Импульсная зарядка аккумулятора происходит в режиме как постоянного тока, так и постоянного напряжения, плюс комбинированный цикл

А это очень важно, например, для необслуживаемых АКБ

Принцип действия

Если смотреть по конструкции, речь идёт об устройстве, восстанавливающем заряд автомобильной АКБ особым образом. В импульсное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора входят:

• небольшой импульсный трансформатор;
• диодный выпрямитель;
• блок стабилизации;
• система индикации (аналоговые приборы или цифровой дисплей);
• электронный модуль, контролирующий процесс заряжания.

Как действует ИЗУ? Электронная схема и трансформатор генерируют высокую частоту, с помощью которой входное напряжение от сети повышается. При этом активно применяются фильтры (в состав которых входят электролитические конденсаторы), задерживающие помехи и сглаживающие напряжение на выходе. Далее происходит его преобразование с одновременным понижением до требуемого значения. К аккумулятору поступает ток, величина которого контролируется дополнительными электронными блоками. По окончании процесса диодный выпрямитель блокируется, зарядка прекращается.

Особенности

Все импульсные зарядки несложны в эксплуатации и имеют свою классификацию. В магазине вы встретите ИЗУ нескольких типов:

1. Ручные: относительно недорогие устройства, требующие постоянного контроля над процессом заряжания: то есть придётся периодически подстраивать U и I, следить за временем процесса.
2. Полуавтоматы: здесь часть процессов происходит без участия автовладельца – ему необходимо лишь учитывать продолжительность процедуры.
3. Автоматы: программируемые устройства, способные сначала определять состояние АКБ, потом выбирать оптимальный режим её восстановления и заряжать с последующим автоматическим отключением.

Специальный режим зарядки

С помощью ИЗУ батарею можно зарядить постоянным током, напряжением либо использовать комбинированный режим, о чём будет написано далее. Но у многих импульсников существует и специальный метод восстановления АКБ, называемый BOOST. Это чрезвычайный режим, обеспечивающий подзарядку аккумулятора в течение максимум 10 минут. По окончании такого срока двигатель запустится, даже если аккумулятор был разряжен очень сильно.

Но часто пользоваться подобным режимом нежелательно: постоянное сильное воздействие на пластины-электроды быстро приведёт к их разрушению, и батарея потеряет работоспособность окончательно через 2–3 месяца. Применять BOOST можно лишь в крайних случаях: когда нужно срочно ехать, а батарея оказалась разряженной.

Преимущества и недостатки

Чем же обусловлена популярность импульсных устройств у автолюбителей? На это есть довольно веские причины:

1. Небольшие габариты: некоторые импульсники можно свободно поместить даже в бардачок авто. Поэтому зарядник легко взять с собой в длительную поездку при сильном морозе, чтобы после ночёвки не испытывать проблем с запуском мотора.
2. Лёгкость в эксплуатации: разобраться с управлением прибором сможет даже человек, не искушённый в тонкостях электроники.
3. Программное обеспечение в самых современных ИЗУ исключает присутствие человека при процессе заряжания, в крайнем случае его участие сводится к минимуму.
4. Импульсные зарядки имеют всевозможные виды защиты от замыканий, переполюсовок и т. п.
5. Автоматический режим работы не допускает перегрев АКБ и продлевает эксплуатационный ресурс батареи.
6. В некоторые ИЗУ интегрирована система подсказок. При неправильном подключении или неверном выборе режима тревожный сигнал, информация на дисплее подскажут, что нужно делать, чтобы правильно зарядить АКБ.

А что можно сказать об отрицательных сторонах этого зарядного устройства? Здесь стоит выделить пару главных моментов. Первый заключается в относительно высокой стоимости аппарата. Взглянув на цену, большинство покупателей тут же переходят к полке с трансформаторными ЗУ. Поэтому импульсники чаще можно встретить в автосервисах, на станциях ТО, в частных мастерских.

Второе – наличие множества датчиков, приборов, сложной электронной схемы. Всё это очень сильно помогает в процессе работы. Но в случае поломки одного из элементов ремонт может вылиться в копеечку. Да такую, что, возможно, придётся задуматься о приобретении другого аппарата.

Грубый расчет обмоток трансформатора

Желательно в конструкции зарядного устройства на тиристорах использовать трансформатор с уже имеющейся первичной обмоткой. Но если нет первичной обмотки, нужно вычислить ее. Для этого достаточно знать мощность устройства и площадь сечения магнитопровода. Желательно использовать трансформаторы мощностью свыше 50 Вт. Если известно сечение магнитопровода S (кв. см), можно вычислить число витков на каждый 1 В напряжения:

N = 50 / S (кв. см).

Чтобы вычислить количество витков в первичной обмотке, нужно 220 умножить на N. Аналогичным образом считается и вторичная обмотка. Но нужно учитывать, что в бытовой сети напряжение может подскакивать вплоть до 250 В, поэтому трансформатор должен выдерживать такие перепады.

Ответы на 5 часто задаваемых вопросов

Потребуется ли производить какие-то дополнительные меры, перед тем как приступать к зарядке аккумуляторной батареи на своём автомобиле? – Да, потребуется почистить клеммы, поскольку во время работы на них появляются кислотные отложения. Контакты очень хорошо нужно почистить, чтобы ток без трудностей поступал к батарее. Иногда автомобилисты используют смазку для обработки клемм, ее тоже следует убрать.

Чем протереть клеммы зарядных устройств? — Специализированное средство можно купить в магазине или приготовить самостоятельно. В качестве самостоятельно изготовленного раствора используют воду и соду. Компоненты смешиваются и перемешиваются. Это отличный вариант для обработки всех поверхностей. Когда кислота соприкоснется с содой, то произойдет реакция и автомобилист обязательно ее заметит. Это место и потребуется тщательно протереть, чтобы избавиться от всей кислоты

Если клеммы ранее обрабатывались смазкой, то она убирается любой чистой тряпкой.

Если на аккумуляторе стоят крышки, то их нужно вскрывать перед началом зарядки? — Если крышки имеются на корпусе, то их обязательно снимают.

По какой причине необходимо откручивать крышечки с аккумуляторной батареи? — Это нужно, чтобы газы, образующиеся в процессе зарядки, беспрепятственно выходили из корпуса.

Есть необходимость обращать внимание на уровень электролита в аккумуляторной батарее? – Это делается в обязательном порядке. Если уровень ниже требуемого, то необходимо добавить дистиллированную воду внутрь аккумулятора

Уровень определить не составит труда – пластины должны быть полностью покрыты жидкостью.

Советы по эксплуатации

При эксплуатации ЗУ своими руками нужно учитывать несколько моментов. В первую очередь, это последовательность действий. Для начала рекомендуется демонтировать крышку устройства и открутить пробки. Если необходимо добавить электролит в систему, для этого используйте дистиллированную воду, сделать это нужно до того, как будет осуществлена процедура заряда.

Учтите несколько параметров:

1. Уровень напряжения. Максимальный показатель в данном случае должен составлять не более 14.4 вольт.
2. Сила тока. Этот параметр регулируется, для этого учитывайте уровень разрядки батареи. К примеру, если батарея авто разряжена на 25%, то при активации ЗУ параметр силы тока может возрасти.
3. Время заряда аккумулятора авто. В том случае, если на ЗУ нет никаких индикаторов, то понять, когда аккумулятор авто заряжен, можно по показателю величины тока. В частности, если этот параметр в течение трех часов не будет изменяться, то это будет свидетельствовать о том, что батарея заряжена.

Никогда не заряжайте прибор более 24 часов, это приведет к тому, что электролит просто закипит, а внутри схемы произойдет замыкание.

Намотка и сборка трансформатора

Прежде чем начинать намотку, нужно вычислить диаметр провода, который потребуется использовать. Для этого нужно воспользоваться простой формулой:

d = 0,02×√I (обмотки).

Сечение провода измеряется в миллиметрах, ток обмотки — в миллиамперах. Если нужно производить зарядку током 6 А, то подставляете под корень значение 6000 мА.

Вычислив все параметры трансформатора, начинаете намотку. Укладываете виток к витку равномерно, чтобы в окне поместилась обмотка. Начало и конец фиксируете – желательно припаивать их к свободным контактам (если имеются таковые). Как только будет готова обмотка, можно собирать пластины из трансформаторной стали. Обязательно после завершения намотки покройте провода лаком, это позволит избавиться от гудения при работе. Клеевым раствором можно обработать и пластины сердечника после сборки.

Описание тиристорного ЗУ

Тиристорное зарядное устройство являет собой девайс с электронным управлением зарядным током. Такие девайсы производятся на основе тиристорного регулятора мощности, который является фазоимпульсным. В устройстве ЗУ такого типа нет дефицитных компонентов, а если все его детали будут целыми, то его даже не придется настраивать после изготовления.

С помощью такого ЗУ можно заряжать аккумулятор транспортного средства током от нуля до десяти ампер. Помимо этого, оно может применяться в качестве регулируемого источника питания для тех или иных приборов, к примеру, паяльника, переносной лампы и т.д. По своей форме зарядный ток очень похож на импульсный, а последний, в свою очередь, позволяет продлить ресурс эксплуатации аккумулятора. Использование тиристорного ЗУ допускается в температурном диапазоне от -35 до +35 градусов.

Схема

Если вы решите соорудить тиристорное ЗУ своими руками, то можно применять множество различных схем. Рассмотрим описание на примере схемы 1. Тиристорное ЗУ в данном случае питается от обмотки 2 трансформаторного узла через диодный мост VDI+VD4. Элемент управления выполнен в виде аналога однопереходного транзистора. В данном случае, при помощи переменного резисторного элемента можно регулировать время, на протяжении которого будет осуществляться заряд конденсаторного компонента С2. Если положение этой детали будет крайним правым, то показатель зарядного тока будет наибольшим, и наоборот. Благодаря диоду VD5 осуществляется защита управляющей цепи тиристора VS1.

Плюсы и минусы

Основное преимущество такого прибора — это качественная зарядка током, которая позволит не разрушить, а увеличить ресурс эксплуатации аккумулятора в целом.

Если нужно, ЗУ может быть дополнено всевозможными автоматическими компонентами, предназначенными для таких опций:

прибор сможет отключиться в автоматическом режиме, когда зарядка будет завершена;
поддержание оптимального напряжения аккумулятора в случае его длительного хранения без эксплуатации;
еще одна функция, которую можно расценивать как преимущество — тиристорное ЗУ может сообщать автовладельцу о том, правильно ли он подключил полярность АКБ, а это очень важно при зарядке;
также в случае добавления дополнительных компонентов может быть реализовано еще одно преимущество — защита узла от замыканий выхода (автор видео — канал Blaze Electronics).

Что касается непосредственно недостатков, то к ним можно отнести колебания зарядного тока, если напряжение в бытовой сети будет нестабильно. Кроме того, как и другие тиристорные регуляторы, такое ЗУ может создавать определенные помехи для передачи сигнала. Чтобы не допустить этого, при изготовлении ЗУ необходимо дополнительно установить LC-фильтр. Такие фильтрующие элементы, например, используются в сетевых блоках питания.

Устройство изделия

Устройство УЗ-А представляет собой выпрямитель с плавной установкой тока. С выводов 3, 6 сетевого трансформатора Т1 напряжение поступает на 2[-полупериодный управляемый выпрямитель, выполненный на тиристорах VS1 и VS2.

Выпрямленное напряжение подается на аккумуляторную батарею через контакты X1 («плюс») и Х2 («минус»). Для контроля величины тока заряда служит индикатор тока РА1.

Для отключения цепи заряда от аккумулятора через 10,5 ± 1 час, управления работой тиристоров и установки необходимого тока заряда служит схема, собранная на транзисторах VT1 + VT11 и микросхеме DD1.

На транзисторе VT1 выполнен формирователь импульсов с частотой 50 Гц, на интегральной схеме DD1 — счетчик импульсов, на транзисторах VT8 и VT10 — делитель частоты на 2, на транзисторе VT6 — управляемый генератор (стабилизатор) тока.

При этом необходимый ток заряда устанавливается потенциометром RP1.

Генератор управляющих импульсов выполнен на транзисторах VTЗ и VT7.

Транзистор VT2 является усилителем этих импульсов по мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства зарядного автоматического «Электроника» — вариант 1 (нумерация деталей выполнена согласно маркировке на заводской схеме).

Рис. 3. Принципиальная схема устройства зарядного автоматического «Электроника» — вариант 2 (нумерация деталей выполнена согласно маркировке на заводской плате).

Рис. 4. Монтажная плата устройства зарядного автоматического «Электроника».

Рис. 5. Монтажная плата устройства зарядного автоматического «Электроника».

На транзисторе VT11 выполнена схема защиты от короткого замыкания и переполюсовки выводов.

Схема на транзисторах VT4 и VT5 служит для переключения устройства в режим уменьшенного тока (через 6 — 8 часов ток уменьшится в 1,3 — 2,5 раза).

На диодах VD7 и VD8 собран выпрямитель питания схемы формирователя импульсов и счетчика. Диоды VD5 и VD6 запрещают подачу импульсов на управляющий электрод тиристора в момент, когда к тиристору приложено обратное напряжение.

Для индикации включения сети и конца заряда служат светодиоды VD2 и VD13.

Предприятие — изготовитель оставляет за собой право замены отдельных элементов схемы, не влияющих на технические характеристики изделия.

Тиристорное зарядное устройство своими руками

Для собственноручной сборки представленной схемы понадобится минимум времени и сил, вместе с невысокими затратами на компоненты. Большую часть составляющих можно легко заменить на аналоги. Часть деталей можно позаимствовать у вышедшего из строя электрооборудования. Перед использованием, компоненты следует проверить, благодаря этому собранное даже из б/у деталей зарядное устройство, будет работать сразу после сборки.

В отличие от представленных на рынке моделей, работоспособность собранного своими руками зарядного сохраняется в большем диапазоне. Вы можете зарядить автомобильный аккумулятор от -350С до 350С. Это и возможность регулировать выходной ток, давая батарее большой ампераж, позволяет за короткое время компенсировать батарее заряд, достаточный для поворота стартером мотора.

Тиристорные зарядные устройства имеют место в гаражах автолюбителей, благодаря их возможностям безопасно заряжать автомобильный аккумулятор. Принципиальная схема данного прибора позволяет собрать его самостоятельно, используя товары с радио рынка. Если знаний недостаточно, можно воспользоваться услугами радиолюбителей, которые за плату в разы меньшую, чем стоимость магазинного зарядного устройства, смогут собрать вам аппарат по предоставленной им схеме.

Принципиальные электросхемы, подключение устройств и распиновка разъёмов

Большой популярностью среди автолюбителей самодельщиков пользуются тиристорные автозарядки, в которых питание от мощного трансформатора поступает на АКБ через тиристор, управляемый открывающими его импульсами от генератора. В простейшем виде схема будет выглядеть вот так:

И нечего улыбаться — она реально рабочая и в своё время довольно долго успешно эксплуатировалась. Более сложный вариант, с отдельным генератором импульсов и контролем режимов заряда (напряжения на батарее) показан на следующей принципиальной схеме:

Но если опыт позволяет, луче собрать третье автоматическое зарядное тиристорное, которое кроме того что собрано многими людьми, имеет вполне неплохие параметры и возможности.