Тиристорное зарядное устройство для автомобильного аккумулятора: характеристика и схема

Функциональное описание схемы

Переменное напряжение от вторичной обмотки трансформатора (около 17 В) подается на управляемый тиристорно-диодный мост, далее в зависимости от импульсов управления, следующих от контроллера, оно подается на клеммы аккумулятора.

Контроллер состоит из отдельного сетевого трансформатора, его напряжение формируется стабилизатором LM7812, двойной мультивибратор CD4538 делает управляющие импульсы на тиристорах, и имеет цепи контроля напряжения аккумуляторной батареи, состоящие из оптрона CNY17 и источника опорного напряжения TL431, работающего в качестве компаратора.

Также использовались 2 датчика температуры 80 C. Один приклеен к радиатору, а другой — к вторичной обмотке сетевого трансформатора, датчики соединены последовательно. Активация датчика приводит к отключению напряжения на оптопаре и блокировке мультивибратора CD4538 и отсутствию сигналов управления затворами тиристора. Вентилятор постоянно подключен к аккумуляторной батарее.

Схема имеет переключатель AUT / MAN в положении MAN, при этом автоматическая система контроля напряжения аккумулятора отключена, и аккумулятор можно заряжать вручную, контролируя напряжение.

Вот несколько вариантов схем подключения выпрямителей и тиристоров:

Аналоги КУ202Н

Как и любые другие устройства, отечественный тиристор КУ202 имеет зарубежный аналог, который по своим параметрам относится к той же категории компонентов. Зарубежные производители давно ушли от производства такого форм-фактора по мощности тиристоров в металлическом корпусе. На рынке будут доступны только элементы в корпусе транзистора ТО220. Поэтому в любом случае придется внести конструктивные изменения в плату и монтажное место в частности.

К зарубежным аналогам тиристора КУ202Н относятся устройства:

ВТ138;
ВТ151.

Параметры незначительно отличаются от вышеописанного компонента, и средний ток в том числе, равен 7,5 А. Также можно применить в схемах более новый российский элемент Т112-10. Он имеет также металлический корпус с резьбовым отводом, но его размеры будут несколько меньше.

sxemy-podnial.net

Представляю вашему вниманию блок питания, который я наконец-то воспроизвёл на свет.

БП для низковольтных устройств с ЗУ и прозвонками. Внешний вид

Перед ним были блоки питания, но были они мертворождёнными…. Нет, ими я конечно пользовался, но не часто…

Дело в том, что сделать хороший лабораторный блок питания для радиолюбителя событие такой важности, как сделать ребёнка в семейной жизни…. И при том — любимого ребёнка…

Блоку питанию можно петь Оду любви, если он получился на славу. Не могу сказать, что своей конструкцией я доволен на сто процентов, но доволен. Я в ней воплотил, чуть ли не половину замыслов о блоке питания.

БП для низковольтных устройств с ЗУ и прозвонками. Схема

Для радиолюбителя ведь важно подобрать соответствующий трансформатор и корпус. И в этой конструкции почти всё совпало

Конечно, нет в ней почти радиатора, но корпус металлический и своё дело делает, тем более, что большие токи мне пока не нужны. Интегральные стабилизаторы радиолюбители применяют уже давно, но чтобы заставить его регулироваться, пришлось «попотеть». Оказалось, что в общей цепи можно применять только низкоомные переменные резисторы, и такие у меня нашлись только проволочные. Но четыре выходных напряжения и два из них регулируемые, позволяют макетировать практические любые низковольтные устройства. Так как я сейчас часто обращаюсь к устройствам с питанием от аккумуляторов мобильных телефонов, то одно регулируемое напряжение я сделал с выходным напряжением от 3 до 4,2 вольта. Так же сделал простейшее зарядное устройство для зарядки аккумуляторов мобильных устройств с током заряда до 1 Ампера. И ещё ввёл в блок питания прозвонку аккустических приборов с прозвонкой цепи, так как они хотя и нужны не часто, но нужны. И, пожалуй, самым не приятным для современного радиолюбителя является трудность приобретения выходных клемм. Да и если они будут в наличии, то радиолюбитель много раз подумает, устанавливать на конструкцию такие габаритные детали. На мой взгляд, я нашёл компромиссное решение.

Клеммная колодка. Конструкция

Конструкция получилась легко повторяемой, ведь для неё нужны доступные электрические полиэтиленовые клеммные колодки и лужёная жесть от любой консервной банки. На фотографии изображена такая клеммная колодка и объединённая общая полоса. К такой миниатюрной клеммной колодке можно, в любой момент подключить провод и зажать его винтом или подпаять к лепестку. Зарядным устройством можно плавно регулировать зарядный ток, и контролировать ход заряда по двухцветному светодиоду. Также установил выключатель сетевого питания от компьютерной сетевой переноски, что позволяет оперативно включать/выключать схему. Печатную плату не привожу, так как она индивидуальна.

Плата БП в сборе. Монтаж со стороны деталей

И ещё: подготовленный радиолюбитель может мне возразить, что не очень правильно, что я применил однополупериодные выпрямители, но я считаю, что для моих целей это приемлемый компромисс. Тем более такие выпрямители были применены зарубежными радиолюбителями более тридцати лет назад, описание подобной конструкции можно найти в журнале Радио №1, 1987 года.

P.S.: Один мой знакомый, который дал мне схему электронных барабанов, тоже жил с такой бедой. И хотя он был уже давно радиоинженером, дома пользовался блоком питания, который он сделал, будучи ещё начинающим радиолюбителем. С его слов, и с ними я согласен, блок питания сделать просто, и в тоже время неимоверно трудно. Так как, если ты уже определился со схемой и подбираешь детали к своей конструкции, тебя грызёт изнутри червь сомнения – а та ли это схема…. И, как правило, вся идея быстро разваливается….

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.

Как сделать ЗУ самостоятельно?

Если говорить о производстве ЗУ своими руками, то этот процесс рассмотрим на примере схемы 2. В данном случае тиристорное управления осуществляется посредством сдвига фаз. Весь процесс мы описывать не будем, поскольку он индивидуален в каждом случае, в зависимости от добавления дополнительных компонентов в конструкцию. Ниже рассмотрим основные нюансы, которые следует учесть.

В нашем случае устройство собирается на обычном оргалите, в том числе и конденсатор:

Диодные элементы, отмеченные на схеме как VD1 и VD 2, а также тиристоры VS1 и VS2, следует установить на теплоотводе, монтаж последних допускается на общем теплоотводе.
Элементы сопротивления R2, а также R5, следует использовать не менее, чем по 2 ватта.
Что касается трансформатора, то его можно приобрести в магазине либо взять из паяльной станции (качественные трансформаторы можно найти в старых советских паяльниках). Можно перемотать вторичный провод на новый сечением около 1.8 мм на 14 вольт. В принципе, можно использовать и более тонкие провода, поскольку этой мощности будет достаточно.
Когда все элементы будут у вас на руках, всю конструкцию можно установить в один корпус. Например, для этого можно взять старый осциллограф. В этом случае мы не будем давать какие-либо рекомендации, поскольку корпус — это личное дело каждого.
После того, как зарядный прибор будет готов, необходимо проверить его работоспособность. Если у вас есть сомнения касательно качества сборки, то мы бы порекомендовали произвести диагностику прибора на более старой АКБ, которую в случае чего не жалко будет выбросить. Но если вы все сделали правильно, в соответствии со схемой, то проблем в плане эксплуатации возникнуть не должно. Учтите и то, что изготовленное ЗУ не нуждается в настройке, оно изначально должно работать правильно.

Простое тиристорное ЗУ в корпусе осциллографа

Что такое фазоимпульсное регулирование

Тут речь идёт о принципе фазоимпульсного регулирования параметров мощности, что достигается за счёт использования тиристора. Подразумевается использование одного из режимов работы элемента.

При фазоимпульсном функционировании меняется показатель напряжения за счёт смены интервала проводимости в рамках используемого сетевого напряжения. В бытовом случае это стандартные 220 В.

Такое регулирование позволяет открывать и закрывать тиристор при каждой 1/2 периода. В итоге получается 100 циклов за 1 секунду.

С помощью такого способа удаётся постоянно и с высоким уровнем точности менять показатели напряжения. А в условиях нагрузки с малыми параметрами инерции это крайне актуально.

Это открывает отличные возможности по сборке зарядных устройств для автомобильных аккумуляторов на основе тиристора.

Функциональное описание схемы

Если напряжение на выходе TL431 (R) ниже 2,5 В (система делителя с PR2 с резисторами), ток не протекает через TL431 через LED2 и CNY17 из-за блокировки транзистора BC238, что приводит к высокому состоянию на входе сброса выв.13 микросхемы CD4538 и её нормальной работе (если управляющие импульсы направляются на затворы тиристора), если напряжение увеличивается (в результате зарядки батареи), тогда начинает действовать TL431, ток прекращает течь через LED2 и CNY17, BC238 срабатывает и низкое состояние подается на выв.13, генерация управляющих импульсов на затворе тиристора прекращается, и напряжение на аккумуляторе отключается. Напряжение отключения устанавливается PR4 на уровне 14,4 В. Светодиод LED1 во время зарядки становится все более и более частым и почти на финальной стадии.

Вот несколько вариантов схем подключения выпрямителей и тиристоров:

Схема на рис. A. Наименее благоприятное включение, высокое падение напряжения и сильный нагрев моста плюс потери на тиристоре. Преимущества: можно использовать один радиатор, потому что выпрямительные мосты обычно изолированы от корпуса.
Схема на рис. Б наиболее выгодна, потери только на тиристорах. Но два радиатора.
Схема на рис. С умеренно выгодна. Три или один радиатор (с одним радиатором, одним двойным диодом Шоттки или двумя диодами с катодом на корпусе.

Это нормальные напряжения на выводах чипа CD4538:

1 — 0 В 2 — от 11,5 В до 6 В при повороте потенциометра P 3,16 — 12 В 4,6,11 — от 2 В до 12 В при повороте P 5 — приблизительно 10 В 10,12 — около 0,1 В 13 — около 11,5 В с выключенным LED1 14 — около 12 В 15 — 0

В коллекторе BD135 около 19,9 В. Для более детальной настройки понадобится осциллограф. Схема довольно проста и при правильной сборке должна запускаться сразу после подачи напряжения.

Как сделать ЗУ самостоятельно?

В нашем случае устройство собирается на обычном оргалите, в том числе и конденсатор:

Диодные элементы, отмеченные на схеме как VD1 и VD 2, а также тиристоры VS1 и VS2, следует установить на теплоотводе, монтаж последних допускается на общем теплоотводе.
Элементы сопротивления R2, а также R5, следует использовать не менее, чем по 2 ватта.
Что касается трансформатора, то его можно приобрести в магазине либо взять из паяльной станции (качественные трансформаторы можно найти в старых советских паяльниках). Можно перемотать вторичный провод на новый сечением около 1.8 мм на 14 вольт. В принципе, можно использовать и более тонкие провода, поскольку этой мощности будет достаточно.
Когда все элементы будут у вас на руках, всю конструкцию можно установить в один корпус. Например, для этого можно взять старый осциллограф. В этом случае мы не будем давать какие-либо рекомендации, поскольку корпус — это личное дело каждого.
После того, как зарядный прибор будет готов, необходимо проверить его работоспособность. Если у вас есть сомнения касательно качества сборки, то мы бы порекомендовали произвести диагностику прибора на более старой АКБ, которую в случае чего не жалко будет выбросить. Но если вы все сделали правильно, в соответствии со схемой, то проблем в плане эксплуатации возникнуть не должно. Учтите и то, что изготовленное ЗУ не нуждается в настройке, оно изначально должно работать правильно.

Простое тиристорное ЗУ в корпусе осциллографа

ЗУ с дискретным регулированием

Регулировка тока и напряжения производится с помощью набора балластных конденсаторов С1 – С4 и тумблеров S1 – S4.

Включением тумблеров S1 – S4 в различных сочетаниях, можно ступенчато регулировать ток с дискретностью примерно в 1 А.
Всего существует 16 комбинаций положений тумблеров, т.е схема реализует 16 значения зарядного тока и напряжения, что вполне достаточно для качественной зарядки.
Схема надежная, хорошо себя зарекомендовала, но требует тщательного согласования величины емкостей С1 – С4 с напряжением вторичной обмотки.
После сборки нужно произвести предварительную проверку и настройку на активной нагрузке, например, на автомобильных лампах.

В этом устройстве на выводы батареи подаются прямоугольные импульсы выпрямленного напряжения с регулируемой скважностью (соотношение длительности импульсов и пауз между ними). От нее зависит величина среднего зарядного тока

Регулировка производится потенциометром Р5, задающего скважность генератора, собранного на микросхеме DD. Более подробная информация об этой схеме содержится в №11 журнала «Радио» за 2011 г

Практические примеры для повторения

Наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются схемы, предназначенные для управления яркостью светильника и изменения мощности паяльника. Такие схемы просты для повторения и могут собираться без использования печатных плат простым навесным монтажом.

Схемы, выполненные самостоятельно, ничем не уступают по работоспособности заводским, так как не требуют настроек и при исправных радиодеталях сразу готовы к использованию. В случае отсутствия возможности или желания изготовить прибор своими руками с «нуля», можно приобрести наборы для самостоятельного изготовления. Такие комплекты содержат все необходимые радиоэлементы, печатную плату и схему с инструкцией по сборке.

Доминирующая схема

Такой прибор проще всего собрать на тиристоре. Работа схемы основана на способности открывания тиристора при прохождении входной синусоиды через ноль, в результате чего сигнал обрезается, и величина напряжения на нагрузке изменяется.

Схема для повторения тиристорного регулятора мощности построена на использовании тиристора VS1, в качестве которого используется КУ202Н. Это радиоэлемент изготавливается из кремния и имеет структуру p-n-p типа. Применяется в качестве симметричного переключателя сигналов средней мощности и коммутации силовых цепей на переменном токе.

При подаче напряжения 220в входной сигнал выпрямляется и поступает на конденсатор C1. Как только значение падения напряжения на C1 сравняется с величиной разности потенциалов, в точке между сопротивлениями R3 и R4 биполярные транзисторы VT1 и VT2 открываются. Уровень напряжения ограничивается стабилитроном VD1. Сигнал поступает на управляющий вывод КУ202Н, а конденсатор C1 разряжается. При возникновении сигнала на управляющем выводе тиристор отпирается. Как только конденсатор разрядится, VT1 и VT2 закрываются, соответственно запирается и тиристор. При следующем полупериоде входного сигнала всё повторяется вновь.

Такой регулятор возможно использовать не только как диммер, но и для управления мощностью коллекторного двигателя. Доминирующая схема может работать при токах до 10 ампер, эта величина напрямую зависит от характеристик используемого тиристора, при этом он обязательно устанавливается на радиатор.

Контроллер нагрева паяльника

Управление мощностью паяльника не только положительно сказывается на сроке его службы, предотвращая жало и внутренние его элементы от перегревания, но и позволяет выпаивать радиоэлементы, критичные к температуре устройства.

Приборы для контроля температуры паяльника выпускаются давно. Одним из его видов был отечественный прибор, выпускающийся под названием «Добавочное устройство для электропаяльника типа П223». Он позволял подключать низковольтный паяльник к сети 220В.

Проще всего выполняется регулятор для паяльника с применением симистора КУ208Г.

Силовые контакты подключаются последовательно к нагрузке. Поэтому ток, протекающий через симистор, совпадает с током нагрузки. Для управления ключевым режимом применяется динистор VS2. Конденсатор C1 заряжается через резисторы: R1 и R2. Индикация работы организовывается под средством VD1 и светодиода LED. Из-за того, что для изменения напряжения на конденсаторе требуется время, образуется сдвиг фаз между сетевым и конденсаторным напряжением. Изменяя величину сопротивления R2, регулируется величина фазового сдвига. Чем дольше конденсатор заряжается, тем меньше находится в открытом состоянии симистор, а значит и значение мощности ниже.

Такой регулятор рассчитан на подключение нагрузки с мощностью до 300 ватт. При использовании паяльника с мощностью более 100 ватт симистор следует устанавливать на радиатор. Изготовленная плата с лёгкостью помещается на текстолите размером 25х30 мм и свободно размещается во внутренней сетевой розетке.

Originally posted 2018-07-04 07:13:04.

Нюансы в конструкции

Регулятор напряжения на тиристоре Тиристор – это управляемый полупроводник. При необходимости он может очень быстро провести ток в нужном направлении. От привычных диодов устройство отличается тем, что имеет возможность контролировать момент подачи напряжения.

Регулятор состоит из трех компонентов:

катод – проводник, подключаемый к отрицательному полюсу источника питания;
анод – элемент, присоединяемый к положительному полюсу;
управляемый электрод (модулятор), который полностью охватывает катод.

Регулятор функционирует при соблюдении нескольких условий:

тиристор должен попадать в схему под общее напряжение;
модулятор должен получать кратковременный импульс, позволяющий устройству контролировать мощность электроприбора. В отличие от транзистора регулятору не требуется удержание этого сигнала.

Тиристор обладает двумя устойчивыми положениями («открыто» или «закрыто»), которые переключаются при помощи напряжения. При появлении нагрузки он включается, при пропадании электрического тока выключается. Собирать подобные регуляторы учат начинающих радиолюбителей. Заводские паяльники, имеющие регулировку температуры жала, стоят дорого. Гораздо дешевле купить простой паяльник и самому собрать для него регистр напряжения. Существует несколько схем монтажа устройства. Самый несложный – это навесной тип. При его сборке не используют печатную плату. Не потребуется также специальные навыки при монтаже. Сам процесс занимает мало времени. Поняв принцип работы регистра, будет просто разобраться в схемах и рассчитать оптимальную мощность для идеальной работы оборудования, где тиристор установлен.

Фото процесса изготовления зарядки

Диодно-тиристорный мост размещен на отдельных платах и может проводить ток до 20 А, радиаторы изолированы друг от друга и корпуса. Вторичная обмотка трансформатора намотана проволокой диаметром около 2 мм, и при принудительном охлаждении она может дать долговременно около 8 А (достаточно для большинства нужд автолюбителей, заряжая батареи до 82 А/ч). Но ничего не мешает установить трансформатор с ещё большей мощностью.

Тут использованы отдельные измерительные провода, которые подключаются к токовым клеммам.

Стоимость сборки самодельной ЗУ определяется основным трансформатором (160 Вт, 24 В) примерно 1000 руб., а также мощными диодами и тиристорами. Обычно этого добра в радиолюбительских закромах хватает (как и готовых корпусов от чего-то), так что в идеале оно не будет стоить ни копейки.

Здравствуйте ув. читатель блога «Моя лаборатория радиолюбителя».

В сегодняшней статье речь пойдет о давно «заюзаной», но очень полезной схеме тиристорного фазоимпульсного регулятора мощности, которое мы будем использовать как зарядное устройство для свинцовых аккумуляторных батарей.

Начнем с того, что зарядное на КУ202 имеет целый ряд преимуществ: — Способность выдерживать ток заряда до 10 ампер — Ток заряда импульсный, что, по мнению многих радиолюбителей, помогает продлить жизнь аккумулятору — Схема собрана с не дефицитных, недорогих деталей, что делает ее очень доступной в ценовой категории — И последний плюс- это легкость в повторении, что даст возможность ее повторить, как новичку в радиотехнике, так и просто владельцу автомобиля, вообще не имеющего знания в радиотехнике, которому нужна качественная и простая зарядка.

Со временем попробовал доработанную схему с автоматическим отключением аккумулятора, рекомендую почитать Зарядное для автомобильного аккумулятора В свое время я собирал эту схему на коленке за 40 минут вместе с травкой платы и подготовкой компонентов схемы. Ну хватит рассказов, давайте рассмотрим схему.

Схема тиристорного зарядного устройства на КУ202

Перечень используемых компонентов в схеме C1 = 0,47-1 мкФ 63В

R1 = 6,8к — 0,25Вт R2 = 300 — 0,25Вт R3 = 3,3к — 0,25Вт R4 = 110 — 0,25Вт R5 = 15к — 0,25Вт R6 = 50 — 0,25Вт R7 = 150 — 2Вт FU1 = 10А VD1 = ток 10А, желательно брать мост с запасом. Ну на 15-25А и обратное напряжение не ниже 50В VD2 = любой импульсный диод, на обратное напряжение не ниже 50В VS1 = КУ202, Т-160, Т-250 VT1 = КТ361А, КТ3107, КТ502 VT2 = КТ315А, КТ3102, КТ503

Монтаж элементов на печатной плате

Диоды и тиристор желательно монтировать на отдельных радиаторах, причем их обязательно изолируйте от корпуса. Все остальные элементы устанавливаются на печатной плате.

Использовать навесной монтаж нежелательно – слишком это некрасиво смотрится, да и опасно. Чтобы разместить элементы на плате, нужно:

Просверлить тонким сверлом отверстия под ножки.
Залудить все печатные дорожки.
Покрыть дорожки тонким слоем олова, это обеспечит надежность монтажа.
Установить все элементы и пропаять их.

После окончания монтажа можно покрыть дорожки эпоксидной смолой или лаком. Но перед этим обязательно подключите трансформатор и провода, которые идут к аккумулятору.