Схема автоматического зарядного устройства для аккумуляторов 12в

Вот очень простая и интересная схема несложной зарядки для 12 В свинцово-кислотных, в том числе гелевых аккумуляторов. Имеется автоматический режим — по окончании процесса светодиод мигает, когда батарея заряжена. А плохой АКБ устройство определяет соответствующим образом и не заряжает.

Схема простого зарядного на 12 вольт

Чтоб зарядить свинцовый аккумулятор небольшой ёмкости, в несколько ампер, потребуется зарядное устройство, схема которого предлагается для самостоятельного изготовления. Зарядка может полностью зарядить любой 12 вольтовый аккумулятор ёмкостью до 5 А/ч и держать его заряженным в течение нескольких месяцев. Рисунок печатной платы примерно такой:

Чтоб было понятнее, условно разделим всю принципиальную схему на отдельные модули. Устройство не включается, пока аккумулятор не подключен через клеммы, как показано на схеме. Кнопка Push нужна для запуска схемы при абсолютно разряженной батарее. Это действие включает транзистор. Сопротивление между коллектором и эмиттером уменьшается и загорается светодиодный индикатор. Электрический потенциал к нижней части схемы идет через диод, Уэ-катод тиристора и через два резистора по 1,8 Ом включенных параллельно.

Тиристор включается в течение каждого полупериода напряжения, и ток течет в батарею. Напряжение также падает на двух низкоомных резисторах и подается на конденсатор 47 мкФ. Он заряжается и включает транзистор BC547. Транзистор лишает тиристор напряжения управляющего электрода и он выключается. Энергия конденсатора поступает в транзистор, но через короткое время она уже не сможет удержать транзистор включенным.

Транзистор выключается, тиристор включается и подает еще один импульс тока от заряжаемую батарею. В процессе заряда батареи, ее напряжение увеличивается, это контролирует блок «монитор напряжения». Работает он так: учитывая что напряжение на батарее увеличивается до 13,5 В, каждый резистор будет иметь некоторое падение напряжения на нем, соответствующее сопротивлению резистора. Диод будет иметь постоянное падение 0,7 В. Напряжение через стабилитрон будет 10 В. Это оставляет 0,6 В между базой и эмиттером транзистора. Такого напряжения достаточно, чтобы открыть транзистор. А значит зарядка отключается.

Схема предназначена для тока заряда до 400 мА. Максимальное значение определяется резисторами 1R8. Они не позволяют превысить более 900 мА в течение половины цикла. При желании, можно слабый тиристор MCR100 заменить на BT136 — который держит до 10 А. Когда аккумулятор полностью заряжен, индикатор LED начнет мигать. Мигание создаёт резистор 2k2 и конденсатор 47 мкФ, подключенный к блоку монитору напряжения.

Зарядите полностью аккумулятор и когда напряжение достигает 13.4 В, подстройте регулятор так, чтобы светодиод мигал. Схема не включится совсем, если напряжение аккумулятора менее 4-х вольт. Но если аккумулятор хороший, а просто был полностью разряжен, вы можете вручную запустить процесс при подключении аккумулятора и нажатия кнопки.

Если аккумулятор не заряжается даже после того, как вы нажали кнопку, не тратьте на него время — скорее всего он уже вообще не будет заряжаться. Таким образом это зарядное устройство идеально подходит для определения того, может ли вообще батарея быть заряжена. Для этого просто подключите АКБ к зарядному устройству и контролируйте напряжение на батарее. Если оно остается на уровне менее 8 В даже после некоторого времени, батарея неисправно и уже вряд-ли когда-то зарядится вообще.

Бывают случаи, особенно зимой, когда владельцы автомобилей нуждаются в подзарядке автомобильного аккумулятора от внешнего источника питания. Безусловно, людям, не имеющим хороших навыков работы с электротехникой, желательно купить заводское устройство зарядки аккумуляторной батареи, ещё лучше приобрести пуско-зарядное устройство для запуска двигателя с разряженным аккумулятором без потерь времени на внешнюю подзарядку.

Но если есть небольшие знания в области электроники, можно собрать простое зарядное устройство своими руками.

Общая характеристика

Для правильного обслуживания аккумулятора и продления срока его службы подзарядка требуется при падении напряжения на клеммах ниже 11,2 В. При таком напряжении двигатель, скорее всего, запустится, но при долгой стоянке зимой это приведёт к сульфатации пластин и, как следствие, к снижению ёмкости батареи. При длительной стоянке зимой необходимо регулярно следить за вольтажом на клеммах АКБ. Оно должно составлять 12 В. Лучше всего снять батарею и занести её в тёплое место, не забывая при этом следить за уровнем заряда.

Зарядка АКБ производится постоянным или импульсным током. При использовании блока питания постоянного напряжения ток для правильной зарядки должен составлять одну десятую часть от ёмкости батареи. Если ёмкость АКБ составляет 50 А-ч, то для зарядки необходим ток 5 ампер.

Для продления срока службы АКБ применяют методики десульфатации аккумуляторных пластин. Батарею разряжают до напряжения менее пяти вольт многократным потреблением большого тока краткой длительности. Пример такого потребления — запуск стартера. После этого производят медленную полную зарядку маленьким током в пределах одного ампера. Повторяют процесс 8—9 раз. Метод десульфатации является долгим по времени, но согласно всем исследованиям даёт хороший результат.

Нужно помнить, что при зарядке важно не допускать перезаряда АКБ. Заряд производится до напряжения 12,7—13,3 вольт и зависит от модели батареи. Максимальный заряд указывается в документации к аккумулятору, которую всегда можно найти в интернете.

Перезаряд вызывает закипание, увеличивает плотность электролита и, как следствие, разрушение пластин. Заводские устройства зарядки имеют системы контроля заряда и последующего отключения. Собрать самостоятельно такие системы, не обладая достаточными знаниями в электронике, достаточно сложно.

Схемы для сборки своими руками

Стоит рассказать о простых устройствах зарядки, которые можно собрать, обладая минимальными знаниями в электронике, а ёмкость заряда отследить путём подключения вольтметра или обыкновенного тестера.

Схема зарядки для экстренных случаев

Бывают случаи, когда автомобиль, простоявший ночь возле дома, утром невозможно завести из-за разряженного аккумулятора. Причин возникновения этого неприятного обстоятельства может быть много.

Если аккумулятор был в хорошем состоянии и немного разрядился, решить проблему помогут:

1. Источник постоянного напряжения 12—25 вольт.
2. Сопротивление ограничения тока.

В качестве источника питания отлично подойдёт зарядное устройство от ноутбука. Оно обладает выходным напряжением в 19 вольт и током в пределах двух ампер, чего вполне достаточно для выполнения поставленной задачи. На выходном разъёме, как правило, внутренний вход — плюс, внешний контур штекера — минус.

В качестве ограничительного сопротивления, которое является обязательным, можно применить салонную лампочку. Можно использовать и более мощные лампы, например, от габаритов, но это создаст лишнюю нагрузку на блок питания, что очень нежелательно.

Собирается элементарная схема: минус блока питания подключается к лампочке, лампочка к минусу АКБ. Плюс идёт напрямую от батареи к блоку питания. В течение двух часов аккумулятор получит заряд для запуска двигателя.

Из блока питания от стационарного компьютера

Такое устройство более сложно в изготовлении, но его можно собрать с минимальными познаниями в электронике. Основой послужит ненужный блок от системного блока компьютера. Выходные напряжения таких блоков +5 и +12 вольт с выходным током около двух ампер. Эти параметры позволяют собрать немощное зарядное устройство, которое при правильной сборке долго и надёжно послужит хозяину. Полная зарядка аккумулятора займёт длительное время и будет зависеть от ёмкости батареи, но не будет создаваться эффекта десульфатации пластин. Итак, пошаговая сборка прибора:

1. Разобрать блок питания и выпаять все провода кроме зелёного. Запомнить или отметить места входа чёрного (GND) и жёлтого +12 В.
2. Зелёный провод припаять к месту, где находился чёрный (это необходимо для старта блока без системной платы ПК). На место чёрного провода припаять отвод, который будет минусовым для зарядки АКБ. На место жёлтого провода припаять плюсовой отвод зарядки аккумулятора.
3. Необходимо найти микросхему TL 494 или её аналог. Список аналогов легко найти в интернете, один из них обязательно будет найден в схеме. При всём многообразии блоков без этих микросхем их не производят.
4. От первой ноги этой микросхемы — она левая нижняя, найти резистор, который идёт на выход +12 вольт (жёлтый провод). Это можно сделать визуально по дорожкам на схеме, можно при помощи тестера, подключив питание и замерив напряжение на входе резисторов, идущих к первой ноге. Не стоит забывать, что на первичную обмотку трансформатора идёт напряжение 220 вольт, поэтому нужно соблюдать меры безопасности при запуске блока без корпуса.
5. Выпаять найденный резистор, замерить его сопротивление тестером. Подобрать близкий по номиналу переменный резистор. Выставить его на номинал нужного сопротивления и запаять на место удалённого элемента схемы гибкими проводами.
6. Запустив блок питания путём регулировки переменного резистора, получить напряжение 14 В, в идеале 14.3 В. Главное, не перестараться помня, что 15 В, как правило, предел для отработки защиты и, как следствие, отключения.
7. Выпаять переменный резистор, не сбив его настройку, и замерить получившееся сопротивление. Необходимый или максимально близкий номинал сопротивления подобрать или набрать из нескольких резисторов и запаять в схему.
8. Блок проверить, на выходе должно быть искомое напряжение. При желании к выходам на схеме плюса и минуса можно подключить вольтметр, поместив его на корпусе для наглядности. Последующая сборка происходит в обратном порядке. Прибор готов к использованию.

Блок прекрасно заменит недорогую заводскую зарядку и достаточно надёжен. Но ОБЯЗАТЕЛЬНО нужно помнить, что устройство имеет защиту от перегрузки, но это не спасёт от ошибки в полярности. Проще говоря, если перепутать плюс и минус при подключении к АКБ, зарядное мгновенно выйдет из строя.

Схема зарядного устройства из старого трансформатора

Если под рукой нет старого блока питания от компьютера, и радиотехнический опыт позволяет самостоятельно монтировать несложные схемы, то можно воспользоваться следующей довольно интересной схемой зарядки АКБ с контролем и регулировкой подаваемого напряжения.

Для сборки устройства можно воспользоваться трансформаторами от старых блоков бесперебойного питания или телевизоров советского производства. Подойдёт любой мощный понижающий трансформатор с суммарным набором напряжений на вторичных обмотках примерно 25 вольт.

Диодный выпрямитель собран на двух диодах КД 213А (VD 1, VD 2), которые устанавливаются обязательно на радиатор и могут быть заменены любыми импортными аналогами. Аналогов много, и они легко подбираются по справочникам в интернете. Наверняка нужные диоды найдутся дома в старой ненужной аппаратуре.

Такой же метод можно применить для замены управляющего транзистора КТ 827А (VT 1) и стабилитрона Д 814 А (VD 3). Транзистор устанавливается на радиатор.

Регулировка подаваемого напряжения осуществляется переменным резистором R2. Схема простая и заведомо рабочая. Собрать её сможет человеку с минимальными познаниями в электронике.

Импульсная зарядка для АКБ

Схема сложна в сборке, но это единственный недостаток. Найти простую схему импульсного блока зарядки вряд ли получится. Это компенсируется плюсами: такие блоки почти не греются, при этом имеют серьёзную мощность и большой КПД, отличаются компактным размером. Предложенная схема, в смонтированном на плате виде, уместиться в контейнер размером 160*50*40 мм. Для сборки прибора необходимо понимать принцип работы ШИМ (Широтно-импульсная модуляция) генератора. В предложенном варианте он реализован при помощи распространённого и недорогого контроллера IR 2153.

При применённых конденсаторах мощность прибора 190 Ватт. Этого хватит для зарядки любого аккумулятора лёгкого автомобиля ёмкостью до 100 А-ч. Установив конденсаторы по 470 мкФ, мощность возрастёт в два раза. Станет возможна зарядка АКБ ёмкостью до двухсот ампер/часов.

Полезный совет

При использовании устройств без автоматического контроля заряда АКБ можно применить простейшее сетевое, суточное реле китайского производства. Это избавит от необходимости следить за временем отключения блока от сети.

Стоимость такого прибора около 200 рублей. Зная примерное время зарядки своего аккумулятора, можно выставить нужное время отключения. Это гарантирует своевременное прекращение подачи электричества. Можно отвлечься на дела и забыть о АКБ, что может привести к закипанию, разрушению пластин и выходу аккумулятора из строя. Новый аккумулятор будет стоить гораздо дороже

Меры предосторожности

При использовании приборов, собранных своими руками, следует соблюдать следующие меры безопасности:

1. Все приборы, включая АКБ, должны находиться на огнеупорной поверхности.
2. При первичном применении изготовленного прибора необходимо обеспечить полный контроль всех параметров зарядки. Обязательно нужно контролировать температуру нагрева всех элементов зарядки и АКБ, нельзя допускать закипания электролита. Параметры напряжения и тока контролируют тестером. Первичный контроль поможет определить время полной зарядки аккумулятора, что пригодится в будущем.

Собрать зарядку для АКБ несложно даже для новичка. Главное, делать всё внимательно и соблюдать меры безопасности, т. к. придётся иметь дело с открытым напряжением в 220 вольт.

Меняю PIC контролера на любимый AVR, 7-сегментные индикаторы на знаковый LCD, ну и дорабатываю программный код в плане расширения функционала касаемо калибровок и прочих мелочей.

Ну-с, товарищи паятели, берём статью, железяки, паяльник и поехали! :bye:

Содержание / Contents

↑ Немного лирики

Я давно хотел собрать прибор для проверки 12В/7Аh аккумуляторных батарей (АКБ), т.к. на работе их накопилось немало, а качество закупаемых батарей не всегда доходит до приемлемого уровня. И вдруг я наткнулся на датагорскую статью от koan51. Идея прибора проста: заряжать и разряжать батарею фиксированным током, измеряя время в процессе работы при контроле напряжения. Зная все три величины, можно измерить ток по простой формуле — время, умноженное на ток.
Набросал схему, основываясь на статье Александра.

↑ Принципиальная схема автоматического зарядно-тренирующего устройства на МК

Как видно по схеме, управляющие/контролирующие цепи тока заряда и разряда АКБ остались прежними, только собраны они на регуляторах LM317 вместо LM7805 и MOSFET ключи Q1, Q3 применены несколько иной марки.

Токами зарядки и разрядки можно управлять резисторами R1, R9. При данных на схеме сопротивлениях в 1,25 Ом, ток через стабилизатор составит около 1 Ампера. Я нашёл в магазине лишь 1,5 Омные резисторы, которые выдали мне 833 мА, его и запишем в прибор, т.к. в программе заложен функционал для калибровки всех токов, но об этом позже.

Элементы U1, U2, U3 прикреплены на радиатор с маленьким вентилятором, который питается от двух ножек МК в 5 В (решил, что особо сильно крутить кулер не нужно, нагрев радиатора не такой сильный, да и шума много будет, а две ноги от МК с запасом покрывают максимально допустимый нагрузочный на порт МК ток).

Питание прибора осуществляется от импульсного БП, который ранее обеспечивал питанием какой-то небольшой ЖК монитор. Однако мне пришлось поднять ему напряжение, немного изменив делитель напряжения на TL431, т.к. он выдавал всего 19 В (3А) и также понадобилось перепаять выходные конденсаторы на 35 В, после чего он стал выжимать все 24 В на ура!

Сам микроконтроллер ATMEGA8 питается стабилизированным в 5 В напряжением от 7805 (U3). Защитный диод D1 служит для предотвращения протекания тока от АКБ обратно в импульсник при отсутствии внешнего источника питания.

Дополнительно в схему был давлен зуммер LS1, который пищит на каждом шаге работы устройства, что удобно при длительной его работе, сидишь рядом, не глядя на него, и слышишь, как он переходит от этапа к этапу, удобно.

Также была добавлена индикации состояния ключей (идёт зарядка – горит зелёный или разрядка – горит красный) состоящая из двух светодиодов.

↑ Управление

Управление реализовано на трёх кнопках «MODE», «START» и «RESET». Кнопкой «MODE» можно переключать шаги работы с 1 до 4, кнопка «START» служит для начало проведения замеров (во время проведения замеров, при нажатии данной кнопки, прибор покажет историю токов на каждом шаге), а кнопка «RESET» (её нужно удерживать пару секунд) сбрасывает программу устройства, в начальное состояние, очищая также историю.

↑ Логика работы программы

Логика работы проста и состоит из 4 этапов:
STEP 1 — разряд АКБ до напряжения 10.7В;
STEP 2 — заряд АКБ до напряжения 15В;
STEP 3 — разряд АКБ до напряжения 10.7В;
STEP 4 — заряд АКБ до напряжения 15В.
— На каждом этапе, происходит измерение времени.
— Контролируется напряжение на АКБ.
— Можно пропустить не нужные шаги, перейдя сразу на 2, 3 или 4 шаг.
— Основным показателем состояния АКБ будет емкость, измеренная на третьем шаге.

В случае пропадания контакта с АКБ или же короткого замыкания клемм, прибор остановит свою работу и высветит «ERROR» ошибку.

↑ Технические характеристики

Программу я изначально старался писать как можно более универсальной. Прочитав про реализацию калибровки на основе EEPROM из статьи Александра, я решил завести специальное меню калибровки т.к. LCD позволяет всё красиво нарисовать и показать.
— Максимальное время таймера: до 100 часов.
— Диапазон калибровки напряжений: 3.0 – 20.0 В, шаг 100 мВ.
— Диапазон калибровки тока заряда/разряда: 100 – 10 000 мА, шаг 1 мА.
— Максимальный ток заряда/разряда: ограничен LM317, в 1,5А. (можно добавить мощный транзистор с увеличенными по мощности резисторами R1 и R9, который увеличит его вплоть до 10А).

↑ Конструкция устройства

Так как я любитель упаковывать все детали в как можно меньший корпус, мне пришла на ум идея опробовать «буржуйский» способ производства корпусов из текстолита Алексея (AlexD). :yahoo:

Процесс производства мне показался несколько утомительным, однако результат впечатляет. После покраски корпус стал прям как заводской! Но, пожалуй, я буду использовать данный метод только для маленьких корпусов, всё-таки цена на текстолит кусается.
Не обращайте внимания на особые текстуры моих стен, у меня идёт ремонт!