Стабилизатор тока для зарядки аккумулятора. Зарядное со стабилизацией тока. Простой стабилизатор напряжения к зарядному устройству

Стабилизатор тока позволяет получать токи в нагрузке от 1 мА до 10 А . Устройство содержит следующие основные узлы: источник опорного напряжения , мощный генератор выходного тока , прецизионный задающий узел , а также блок питания и измерительные приборы . Мощный генератор выходного тока, формирующий ток в нагрузке, построен на базе операционного усилителя по классической схеме. Регулирующий элемент выполнен на составных транзисторах VT2 и VT3.
Источник опорного напряжения представляет собой повторитель напряжения, выход которого нагружен на ряд последовательно соединенных прецизионных резисторов R4-R12. На вход повторителя приходит постоянное напряжение Uo, поступающее с выхода двухступенчатого параметрического стабилизатора напряжения на опорных диодах VD1 и VD3 серии Д818Е и КС515А через делитель на резисторах Rl — R3. На каждом из 9 нагрузочных резисторов R4 — R12 падает одинаковое напряжение, равное U0/9 Таким образом, с выходов этого делителя можно снять десять опорных напряжений в диапазоне от О до U0 Для повышения точности задания нагрузочные резисторы выбраны низкоомными с допуском 1 %. Выходные сигналы ИОН формируют в задающем узле напряжения управления мощным генератором выходного тока.

Схема источника тока для заряда АКБ

Прецизионный задающий узел представляет собой сумматор, выполненный на высокоточном ОУ серии К140УД14А. Он обеспечивает суммирование опорных напряжений, снимаемых с делителя R4-R12. Это позволяет установить на выходе ОУ DA2 с помощью переключателей SA1 — SA4 любое напряжение от 0 до 1,111 U0 в соответствии с выражением:

где К1, К2, КЗ, К4 -0, 1, 2,… 9 — коэффициенты, устанавливаемые переключателями SA1 — SA4 соответственно. Таким образом, прецизионный задающий узел позволяет дискретно установить задающее напряжение с шагом U0/9000 Для высокой точности суммирования резисторы сумматора должны иметь допуск 0,05…0,1% и сопротивление значительно большее, чем у резисторов ИОН. Такое построение задающего узла обеспечивает простоту и высокую точность установки при минимальном количестве деталей.

Недавно возникла у меня необходимость собрать по-быстрому зарядное устройство для автомобильного аккумулятора с зарядным током до порядка 3-4-х ампер. На всякие премудрости времени, да и желания, особо не было. Поэтому из закромов всплыла старая, но проверенная временем схема стабилизатора зарядного тока. Дискуссию о пользе — вреде заряда аккумулятора стабильным током оставим за пределами этого поста. Скажу только, что схема простая, надёжная, проверенная временем. А больше от неё ничего и не требуется.

Схема зарядного устройства следующая (для увеличения — клик на картинке):

Микросхема (К553УД2) установлена древняя, но так как она в наличии как раз имелась, а тратить время на эксперименты с другими, более современными, было лень, она и была установлена. В качестве резистора R3 был использован шунт от старого тестера.

Можно изготовить его из нихрома, но необходимо помнить, что сечение его должно быть достаточным. чтобы пропустить через себя зарядный ток и не раскалиться при этом.

Шунт, установленный параллельно амперметру, подбирается исходя из параметров имеющейся измерительной головки. Устанавливается он непосредственно на клеммах головки.

Печатная плата стабилизатора тока зарядного устройства вот такая:

В качестве трансформатора подойдёт любой от 85 вт и выше. Вторичная обмотка на напряжение 15 вольт. Сечение провода (диаметр по меди) от 1,8 мм.

В качестве выпрямительного моста был установлен 26MB120A. Он, конечно, мощноват для этой конструкции, но уж больно удобно его монтировать — прикрутил на радиатор, нацепил клеммы и всё. Его спокойно заменяем на любой диодный мост. Главное, чтобы держал необходимый ток (про радиатор тоже не забываем).

Для корпуса подвернулся ящик от старой магнитолы. В верхней плоскости его был насверлен ряд отверстий для лучшей вентиляции.

Передняя панель — из листа текстолита. На амперметре установлен шунт, который надо отрегулировать опираясь на показания тестового амперметра.

Транзистор на радиаторе крепится к задней стенке корпуса.

После сборки устройства проверяем стабилизатор тока просто закоротив между собой (+) и (-). Регулятор должен обеспечить плавную регулировку во всём диапазоне зарядного тока. При необходимости — подбираем резистор R1.

Не забываем, что при этом ВСЁ падение напряжения приходится на регулировочный транзистор! Это вызывает его сильный нагрев! Быстро проведя проверку размыкаем перемычку!!!

Теперь зарядным устройством можно пользоваться. Оно будет стабильно поддерживать зарядный ток во всём диапазоне зарядки. Так как устройство не имеет автоматического отключения по окончании зарядки, за уровнем напряжения на аккумуляторе следим по показанию вольтметра.

Бывают случаи, когда необходимо пропускать стабильный ток через светодиоды, ограничить ток зарядки аккумуляторов или испытать источник питания, а реостата под рукой нет. В этом, и не только, случае помогут специальные схемотехнические решения ограничивающие, регулирующие и стабилизирующие ток. Далее подробно рассмотрены схемы стабилизаторов и регуляторов тока

Источники тока, в отличие от источников напряжения, стабилизируют выходной ток, изменяя выходное напряжение так, чтобы ток через нагрузку всегда оставался одинаковым.
Таким образом, источник тока отличается от источника напряжения, как вода отличается от суши. Типичное применение источников тока – питание светодиодов, зарядка аккумуляторов и т.п.
Внимание! Не путайте стабилизатор тока со стабилизатором напряжения! Это может плохо кончиться =)

Простой стабилизатор тока на КРЕНке

Для этого стабилизатора тока достаточно применить КР142ЕН12 или LM317. Это регулируемые стабилизаторы напряжения способные работать с токами до 1,5А, входными напряжениями до 40В и рассеивают мощность до 10Вт (при соблюдении теплового режима).
Схема и применение показаны на рисунках ниже

Собственное потребление данных микросхем относительно невелико – около 8мА и это потребление практически не меняется при изменении тока протекающего через крен или изменения входного напряжения. Как видим, в вышеприведенных схемах, стабилизатор LM317 работает как стабилизатор напряжения, удерживая на резисторе R3 постоянное напряжение, которое можно регулировать в некоторых пределах построечным резистором R2. В данном случае R3 называется токозадающим резистором. Поскольку сопротивление R3 неизменно, то ток через него будет стабильным. Ток на входе крен будет примерно на 8мА больше.

Таким образом, мы получили простой как веник стабилизатор тока, который может применяться как электронная нагрузка, источник тока для заряда аккумуляторов и т.п.

Интегральные стабилизаторы достаточно шустро реагируют на изменение входного напряжения. Недостаток же такого регулятора тока – весьма большое сопротивление токозадающего резистора R3 и как следствие необходимость применять более мощные и более дорогие резисторы.

Простой стабилизатор тока на двух транзисторах

Достаточно широкое распространение получили простенькие стабилизаторы тока на двух транзисторах. Основной минус данной схемы – не очень хорошая стабильность тока в нагрузке при изменении питающего напряжения. Впрочем, для многих применений сгодятся и такие характеристики.

Далее показана схема стабилизатора тока на транзисторе. В данной схеме токозадающим резистором является R2. При увеличении тока через VT2, увеличится напряжение на токозадающем резисторе R2, которое при величине примерно 0,5…0,6В начинает открывать транзистор VT1. Транзистор VT1 открываясь начинает закрывать транзистор VT2 и ток через VT2 уменьшается.

Вместо биполярного транзистора VT2, можно применить – полевой транзистор.

Стабилитрон VD1 выбирается на напряжение 8…15В и необходим в случаях, когда напряжение источника питания достаточно велико и может пробить затвор полевого транзистора. Для мощных MOSFET это напряжение составляет порядка 20В. Далее показана схема стабилизатора тока с использованием MOSFET.

Нужно учитывать, что MOSFET открываются при напряжении на затворе не менее 2В, соответственно увеличивается и напряжение, необходимое для нормальной работы схемы стабилизатора тока. При зарядке аккумуляторов и некоторых других задачах вполне достаточно будет включить транзистор VT1 с резистором R1 непосредственно к источнику питания так, как это показано на рисунке:

В схемах стабилизатора тока на транзисторах необходимое значение токозадающего резистора для заданного значения тока примерно в два раза меньше, чем в схемах со стабилизатором на КР142ЕН12 или LM317. Это позволяет применить токозадающий резистор меньшей мощности.

Стабилизатор тока на операционном усилителе (на ОУ)

Если необходимо собрать регулируемый в широких пределах стабилизатор тока или стабилизатор тока с токозадающим резистором на порядок или даже два ниже, чем на схемах, показанных ранее, можно применить схему с усилителем ошибки на ОУ (операционном усилителе). Схема такого стабилизатора тока показана на рис:

В данной схеме токозадающим является резистор R7. ОУ DA2.2 усиливает напряжение токозадающего резистора R7 – это усиленное напряжение ошибки. ОУ DA2.1 сравнивает опорное напряжение и напряжение ошибки и регулирует состояние полевого транзистора VT1.

Обратите внимание, что схема требует отдельного питания, подаваемого на разъем XP2. Напряжение питания должно быть достаточным для работы компонентов схемы и не превышать значения напряжения пробоя затвора MOSFET VT1.

В качестве генератора опорного напряжения в схеме на рис. 7 применена микросхема DA1 REF198 с выходным напряжением 4,096В. Это достаточно дорогая микросхема, поэтому ее можно заменить обычной кренкой, а если напряжение питания схемы (+U) является стабильным, то и вовсе обойтись без стабилизатора напряжения в данной схеме. В этом случае переменный резистор R подсоединяется не к REF, а к +U. В случае электронного управления схемой вывод 3 DA2.1 можно подключить непосредственно к выходу ЦАП.

Для настройки схемы необходимо выставить ползунок переменного резистора R1 в верхнее по схеме положение, подстроечным резистором R3 установить необходимое значение тока – это значение будет максимальным. Теперь резистором R1 можно регулировать ток через VT1 от 0 до установленного при настройке максимального тока. Элементы R2, C2, R4 необходимы для предотвращения возбуждения схемы. Из-за этих элементов временные характеристики не являются идеальными, что видно по осциллограмме

На осциллограмме луч 1 (желтый ) показывает напряжение нагружаемого ИП (источника питания), луч 2 (голубой ) показывает напряжение на токозадающем резисторе R7. Как видно, в течение 80 мкс через схему протекает ток в несколько раз больше установленного.

Стабилизатор тока на микросхеме импульсного стабилизатора напряжения

Иногда от стабилизатора тока требуется не только работать в широком диапазоне питающих напряжений и нагрузок, но и иметь высокий КПД. В этих случаях компенсационные стабилизаторы не годятся и на смену им приходят стабилизаторы импульсные (ключевые). Кроме того, импульсные стабилизаторы могут при небольшом входном напряжении получать высокое напряжение на нагрузке.

• Напряжение питяния 2…16,5В
• Собственное потребление 110uA
• Выходная мощность до 15W
• КПД при токе нагрузки 10mA…1A достигает 90%
• Опорное напряжение 1,5V

На рисунке показан один из вариантов включения микросхемы, именно его мы и возьмем за основу нашей схемы.

Упрощенно процесс стабилизации выглядит следующим образом. Резисторы R1 и R2 являются делителями выходного напряжения микросхемы, как только делимое напряжение, поступающее на вывод FB микросхемы MAX771, больше опорного напряжения (1,5V) микросхема уменьшает выходное напряжение и наоборот — если напряжение на выводе FB меньше 1,5V, микросхема увеличивает входное напряжение.

Очевидно, что если контрольные цепи изменить так, чтобы MAX771 реагировала (и соответственно регулировала) выходной ток, то мы полчим стабилизированный источник тока.
Ниже показаны модифицированная схема с ограничением выходного напряжения и вариант нагрузки.

При небольшой нагрузке, пока падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3 меньше 1,5V, схема на Рис.10a работает как стабилизатор напряжения, стабилизируя напряжение на уровне стабилитрона VD2 + 1,5V. Как только ток нагрузки становится достаточно большим, на R3 падение напряжения увеличивается и схема переходит в режим стабилизации тока.

Резистор R8 устанавливается в том случае, если напряжение стабилизации может быть большим — больше 16,5V. Резистор R3 является токозадающим и рассчитывается по формуле: R3 = 1,5/Iст.
Недостатком схемы является достаточно большое падение напряжения на токоизмерительном резисторе R3. Данный недостаток устраняется применением операционного усилителя (ОУ) для усиления сигнала с резистора R3. Например, если резистор требуется уменьшить в 10 раз при заданном токе, то усилитель на ОУ должен усилить напряжение падающее на R3 тоже в 10 раз.

Заключение

Итак, было рассмотрено несколько схем выполняющих функцию стабилизации тока. Конечно же, эти схемы можно улучшать, увеличивая быстродействие, точность и т.д. Можно применять в качестве датчика тока специализированные микросхемы и делать сверхмощные регулирующие элементы, но эти схемы идеально подходят в тех случаях, когда требуется быстро создать инструмент для облегчения своей работы или решения определенного круга задач.

В любом автомобиле АКБ заряжается генератором. Сам генератор выдаёт в электросеть стабилизированное напряжение, не превышающее 14,2-14,4 Вольта. Интересно то, что для полной зарядки АКБ к его клеммам необходимо подвести 14,5 Вольт или больше, что зависит от типа батареи. И любой штатный аккумулятор, находясь под капотом авто, никогда не будет заряжен на 100%. Вывод: цикл полной зарядки можно провести, если использовать зарядные устройства. Дальше речь пойдёт об их правильной эксплуатации.

Самое простое – зарядка стабилизированным током

Существует класс зарядных устройств, способных регулировать выходной ток. Пользоваться таким оборудованием просто, надо только знать, чему равен наибольший зарядный ток для каждого аккумулятора. Смотрим на корпус АКБ, находим значение ёмкости:

Этикетка аккумулятора BOSCH Silver

Значение, как видите, указано в ампер-часах. Обычно встречаются следующие цифры: 55 либо 60 Ah. Помните, что максимальный зарядный ток – это одна десятая электрической ёмкости, делённая на час.

Пример: 60 делим на 10 и получаем 6. Значит, АКБ ёмкостью 60 А*ч нельзя заряжать током, превышающим 6 Ампер.

Полный цикл заряда, проводимого с использованием максимально допустимого тока, равен 10-ти часам. Это следует из теории. На практике, однако, всё выглядит сложнее:

• При достижении заряда, составляющего 75% ёмкости, силу тока уменьшают вдвое. Для свинцово-кислотных АКБ при таком уровне заряда на клеммах будет следующее напряжение – ровно 14,4 В;
• Заряжая необслуживаемую батарею, уменьшайте ток ещё в 2 раза, как только напряжение на клеммах достигнет 15-ти Вольт (85-90% заряда);
• Нужно помнить о том, что действительное значение ёмкости зависит от температуры. При -30 Гр. Цельсия она снижается до 50%. Значит, если планируете эксплуатировать батарею при низких температурах, никогда не доводите заряд до 100% от номинала.

Из совета под номером «1» следует вывод: через шесть, максимум через семь часов выполнения зарядки надо проконтролировать, чему равно напряжение на клеммах. Если вам неизвестно, чему оно должно быть равно при заряде 75%, просто уменьшите ток вдвое.

Батарея считается полностью заряженной, если напряжение на её клеммах при проведении зарядки не меняется. Проведите замеры дважды с интервалом в 1 час. Этого будет достаточно.

Использование стабилизаторов напряжения

Стандартное зарядное устройство позволяет регулировать силу тока и ничего больше. Тем не менее, в современном оборудовании предусмотрено наличие второго режима, в котором оператор может устанавливать значение напряжения.

По идее, использовать режим стабилизированного напряжения нужно на втором этапе зарядки. То есть сначала АКБ заряжают стабилизированным током, а затем, дойдя до 50% ёмкости, можно установить фиксированное напряжение:

• 14,4 В – чтобы зарядить батарею на 70-80%;
• 15 В – чтобы довести заряд до 85-90% ёмкости;
• 16 В – так батарея зарядится на 95-97%.

Суть в том, что нельзя просто выставить на клеммах 16 Вольт и забыть об АКБ на пару часов. Если указанное напряжение подавать на разряженный аккумулятор, вы получите силу тока 40-50 А. В принципе, на начальном этапе такие значения будут допустимыми. Но разные клеммы, провода, а также внутренние схемы оборудования значительную силу тока не выдержат.

В каждом зарядном устройстве, способном стабилизировать напряжение, предусмотрена встроенная защита. Она сработает сразу, как только сила зарядного тока превзойдёт 30 Ампер. Будьте внимательны, не заряжайте напряжением 16 и даже 15 Вольт полностью «севший» аккумулятор!

По мере зарядки АКБ, если используется постоянное напряжение, сила тока будет снижаться. Именно поэтому проводить зарядку стабилизированным напряжением рекомендуют на финальном этапе. Батарея считается заряженной, когда выполнено одно условие: сила тока приблизилась к минимуму и не меняется в течение часа.

Зимняя эксплуатация АКБ

Совет, актуальный для зимы, звучит просто: не оставляйте разряженный аккумулятор в условиях отрицательных температур. Чем ближе заряд находится к 0%, тем ниже концентрация кислоты в электролите. Ну а вода при температуре 0 Гр. имеет обыкновение замерзать.

Если есть подозрение, что внутри АКБ образовался лёд, сначала проводят прогрев. А уж затем, когда лёд растает, батарею можно будет заряжать.

Существует следующая рекомендация: если мотор на морозе не заводится, но АКБ ещё не разряжен, нужно просто включить свет фар и подождать минут 5. В результате лёд расплавится, двигатель запустится, а дальше начнёт работать генератор. В некоторых случаях, возможно, это действительно срабатывает. Но лучше отогревать АКБ в помещении.

Не заряжайте аккумулятор, если нет уверенности в том, что лёд внутри «банок» полностью отсутствует. Нарушив это правило, можно вызвать повреждение контактных пластин. Номинальная ёмкость в результате снизится, и значительно.

Отключив аккумулятор от зарядного устройства, можно проверить, до какой степени он в данный момент заряжен:

• Если напряжение в отсутствие нагрузки равно 12,65 В, значит заряд АКБ составляет 99-100%;
• Напряжение 12,1 В соответствует 50-процентному заряду;
• 11,7 В – полный разряд;
• Если напряжение не превышает 11 Вольт, аккумулятор подлежит замене.

Можете заряжать батарею аккумулятора, не снимая её с автомобиля. Тогда обязательно нужно отключать минусовую клемму, а уж затем подсоединяют «крокодилы» стабилизатора:

«Минусовой» контакт АКБ имеет обыкновение окисляться. Здесь вам помогут напильник, наждачная бумага и обычный нож, если его не жалко.

Можно пытаться запустить стартёр, используя «внешний» АКБ. Но тогда штатную батарею необходимо отключать. Сделать это можно указанным способом – достаточно отсоединить одну клемму (минусовую).

Видео - пример