Выпрямитель для зарядки аккумулятора 12 вольт

Аккумуляторная батарея нашла широкое применение не только в сельской местности, она стала неотъемлемой частью нашей жизни. Используется практически везде: в различного рода технике (мотоциклы, автомобили, тракторы и т.п.), на станциях (в Арктике, в Антарктике, в отдаленных сельских местностях, в тундре, в степях и т.п.), в малогабаритной аппаратуре (часы, калькуляторы и т.п.), в бытовой аппаратуре (процессоры, антенны и т.п.). Используют АКБ и на космических спутниках, станциях. Все они предназначены для обеспечения «питания» в различных областях их широкого применения. Конечно, конструкции их различны друг от друга по исполнению, по размерам, по цвету и т.д. Из этого широкого круга аккумуляторных батарей мы рассмотрим автомобильные аккумуляторные батареи и выпрямитель для заряда аккумулятора. Для обеспечения стабильной работы аккумуляторной батареи нам необходим в первую очередь выпрямитель. Он служит для восстановления заряженности аккумуляторной батареи, в виду того, что при долговременной эксплуатации аккумуляторная батарея приходит в негодность.

Сначала рассмотрим устройство аккумуляторной батареи

1. Отрицательная пластина. 2. Сепаратор. 3. Положительная пластина. 4. Предохранительная сетка. 5. Баретка. 6. Штырь. 7. Моноблок. 8. Уплотнительная мастика. 9. Положительный вывод. 10. Пробка наливного отверстия. 11. Межэлементная перемычка. 12. Крышка. 13. Отрицательный вывод.

Аккумуляторная батарея состоит из отрицательных и положительных пластин, предохранительной сетки, отдельных секций, перемычек, отрицательного и положительного контактов. Сейчас рынок заполнен АКБ сомнительного качества. Для сельского жителя, проживающего на Севере, качество и стоимость играют огромную роль. Так АКБ сомнительного качества в холодных условиях прослужит совсем немного.

Что нужно знать при покупке аккумуляторной батареи? При покупке новой аккумуляторной батареи следует особое внимание уделить пластинкам. Они должны быть прямыми, не иметь перекосов, не должны соприкасаться друг с другом. В ином случае это может привести к сульфатации пластин — образование следов окисления на пластинках и образования осадков окисления на дне аккумуляторной батареи, что само по себе приводит к разъеданию пластин, и как правило это приводит к выходу аккумуляторной батареи из эксплуатации. Такие засульфатированные аккумуляторные батареи служат 1-2 года.

Переходим к схеме выпрямителя для зарядки батареи

Существуют 3 вида выпрямителей: выпрямители заряжающие постоянным током, переменным током и асимметричным током.

1. Выпрямители постоянного тока отличаются тем, что заряжают аккумуляторную батарею строго постоянным током, «очищенным» от пульсаций переменного напряжения.
2. Выпрямители, заряжающие переменным током, имеют на выходе пульсирующее переменное напряжение.
3. Асимметричный ток имеет положительную постоянную составляющую, собирается как правило на однополупериодных выпрямителях. Он имеет несколько лучшие результаты по сравнению с двумя типами выпрямителей.

Схема асимметричного выпрямителя состоит собственно из выпрямителя и усилителя тока. Выпрямитель состоит из предохранителя, выключателя, трансформатора, мощного диода, стабилитрона и переменного резистора.

Предохранитель рассчитан на ток 10 А. Трансформатор от старого телевизора ТС-200, может подойти и любой другой мощностью 150 Вт, с выходным напряжением 21 Вольт. Мощный резистор МЛТ-2. Диод – мощный диод Д305, или любой другой, рассчитанный на ток не менее 5 А. Усилитель ЗУ состоит из регулятора тока на 2 транзисторах. Транзистор можно заменить на любой другой транзистор из серии кт825-кт818. При монтаже транзистор устанавливают на радиаторы. Мощные резисторы проволочные. Сборка схемы произведена навесным способом. Навесным называется такой способ сборки, где на уже использованную и очищенную от дорожек плату, устанавливаются детали и монтаж производится проводами.

Работа выпрямителя

При подключении выпрямителя на выходе трансформатора появляется переменное напряжение 21 В (амплитудное значение 29 В). Это напряжение поступает на однополупериодный выпрямитель, выполненный на диоде VD1. С выхода выпрямителя переменное напряжение поступает на стабилизатор управляющего напряжения, выполненного на балластном резисторе R1 и двух последовательно соединенных стабилитронов VD2, VD3. С движка переменного резистора R2, подключенного параллельно стабилитронам, управляющее напряжение подается на регулятор тока – он выполнен на мощных транзисторах VT1 и VT2.

Перемещением движка резистора изменяют ток зарядки аккумуляторной батареи, являющейся своеобразной нагрузкой транзистора VT2. При равных напряжениях стабилизатора и аккумуляторной батареи зарядный ток равен нулю. За время одного периода переменного напряжения формируется один импульс зарядного тока. В промежутке между зарядными формируются разрядные импульсы длительностью вдвое большей зарядных. Разрядный ток зависит от сопротивления резистора R4.

Шкала амперметра рассчитана на ток 10 А. Среднее значение номинального напряжения составляет 14 В. Соотношения амплитуд положительного и отрицательного значения 10:1. Допустим, максимальное положительное значение тока составляет 5 ампер. Тогда отрицательное значение обратного тока составит 0,5 ампер.

Период положительного и отрицательного значения тока должно составлять 1:2. Это значит, что длина положительного значения выпрямленного тока составляет половину периода. А отрицательное значение тока составляет период. Выпрямитель для заряда аккумулятора обеспечивает значение напряжения от 13-15 вольт и выпрямленного тока около 5 ампер.

При эксплуатации автомобилей многие из нас сталкиваются с необходимостью подзарядки аккумулятора, что позволяет гарантировать беспроблемность использования автомобиля в холодное время года. Действительно, с наступлением холодов АКБ может плохо держать заряд, что и приводит к определенным сложностям в эксплуатации автомобиля. В этом случае необходимо будет выполнить подзарядку аккумулятора, что можно сделать при помощи как специальных покупных устройств, так и изготовленных самостоятельно выпрямителей. Такие самодельные зарядники имеют довольно простую конструкцию, что позволяет выполнить их каждому автовладельцу.

Причины проблем с аккумулятором

Автомобильные аккумуляторы — это довольно простые устройства, которые состоят из заряженных свинцовых пластин, погруженных в электролит, что и позволяет батарее накапливать и отдавать напряжение при использовании автомобиля. В отдельных случаях могут отмечаться определенные сложности в работе АКБ, которая может терять заряд по следующим причинам:

• Использование устаревших, исчерпавших свой ресурс батарей.
• Частые и нерегулярные поездки не позволяют зарядиться АКБ.
• Повышенная нагрузка на батарею, что обусловлено использованием различного электрооборудования в автомобиле.
• Неисправность генератора.
• Эксплуатация автомобиля в условиях экстремально низких температур.

Любая из перечисленных выше причин может привести к полной разрядке батареи, в итоге аккумулятор не сможет провернуть стартер, а завести двигатель будет невозможно. В таком случае необходимо будет снять аккумулятор с автомобиля и зарядить его в домашних условиях при помощи специального устройства.

Как происходит зарядка

При использовании на автомобиле качественного аккумулятора и отсутствия каких-либо проблем с генератором АКБ будет набирать во время движения необходимый заряд, поэтому какого-либо дополнительного обслуживания и подзарядки в данном случае не требуется. Однако зимой на АКБ приходится повышенная нагрузка, что обусловлено невозможностью прокрутить стартер на замерзшем автомобиле. Поэтому достаточно нескольких неудачных попыток завести двигатель, чтобы батарея полностью потеряла заряд, и в последующем завести машину будет уже невозможно.

Зарядка автомобильного аккумулятора будет необходима в тех случаях, когда показатель напряжения на клеммах падает ниже отметки 11,2 Вольта. В зависимости от используемых выпрямителей такая зарядка аккумулятора может выполняться импульсным или постоянным током. При этом показатель мощности работы зарядных устройств выбирается в зависимости от емкости батареи. Например, если требуется подзарядить аккумулятор емкостью в 60 Ампер/часов, то показатель тока заряда устанавливают на 6 Ампер.

Непосредственно процедура подзарядки аккумулятора не представляет какой-либо особой сложности. К аккумулятору подключают клеммы от выпрямителя и подают небольшое напряжение. За 24 или 48 часов батарея наберёт необходимую ей ёмкость и в последующем будет с легкостью прокручивать стартер, заводя двигатель автомобиля. Такое устройство отличается простотой конструкции, поэтому изготовить импульсное зарядное устройство для автомобиля своими руками не составит какого-либо труда.

При подзарядке аккумулятора может возникать такое неприятное явление, как сульфатизация свинцовых пластин. Появляется подобное при частичном наборе ёмкости и высоких показателях рабочего тока. В изготовленных заводским способом устройствах, где часть параметров контролируется автоматикой, при достижении определенной емкости ток автоматически уменьшается, что позволяет избежать повреждения свинцовых пластин. Если же выполняется подзарядка аккумулятора при помощи самостоятельно изготовленных выпрямителей, то необходимо вручную снижать показатель рабочего тока, что и позволит правильно выполнить всю работу.

Необходимо следить за тем, чтобы общая мощность заряда не превышала у батареи 13,2 Вольта, в противном случае может отмечаться закипание электролита, что приводит в последующем к быстрому разрушению пластин.

Схемы простейших зарядных устройств

Любое устройство выпрямитель для аккумулятора будет состоять из следующих компонентов:

• Стабилизатора тока.
• Блока питания.
• Регулятора силы заряда.
• Индикатора напряжения.
• Опционально: контроль уровня заряда и автоматического отключения.

Конструкция таких выпрямителей не представляет особой сложности, поэтому нужный вам прибор можно с легкостью изготовить из подручных материалов, даже если вы обладаете начальным опытом в радиоэлектронике. Всё что вам потребуется — это простейшие схемы зарядного устройства для автомобильного аккумулятора, а также начальные навыки работы с паяльником.

Изготавливаем зарядник для АКБ

Выполнить такой выпрямитель не составит труда. Стоимость используемых запчастей минимальна, поэтому вы сможете существенно сэкономить в сравнении с приобретением уже готового заводского прибора.

Для этой работы вам потребуется:

• Паяльник и комплект для пайки.
• Несколько прочных проводов.
• Диодная сборка и обмоточный трансформатор.
• Проволочный разрядный реостат.
• Гасящий конденсатор.
• Конденсаторная батарея.
• Ареометр для проверки уровня заряда.

Делаем блок питания

Блок питания можно с легкостью выполнить из диодной сборки и двух обмоточных трансформаторов. Трансформаторы подключаются к диодному и тиристорному мосту, который позволяет снизить уровень напряжения до нужных величин. Регулировка тока будет выполняться нами при помощи реостата. Помните о том, что керамические сердечники или переменные резисторы такой нагрузки выдержать не смогут, поэтому использовать их в выпрямителях для аккумуляторов не следует.

Упростить изготовление зарядника можно путем использования блоков питания от старых компьютеров. Такие блоки выдают необходимое стабильное напряжение, они полностью безопасны в использовании и отличаются простотой подключения к тиристорному блоку, который будет выпрямлять напряжение. Вам необходимо лишь помнить о том, что такие блоки питания рассчитаны на показатель тока не более 2 Ампер, поэтому можно будет выполнить лишь маломощный зарядник.

Стабилизатор напряжения

Использование проволочного реостата позволяет не только оптимальным образом уменьшить показатель выходного напряжения, но и решает проблему с большим выделением тепла от избыточной мощности. К сожалению, КПД таких приборов не слишком высок, соответственно наш реостат будет являться слабым звеном, которое часто ломается и требует замены. Впрочем, на 5—10 подзарядок проволочного реостата хватит, а в последующем буквально за копейки можно приобрести аналогичные детали и выполнить ремонт вышедшего из строя выпрямителя.

Единственный нюанс использования такого проволочного реостата состоит в том, что зарядка АКБ выполняется на меньшем токе, а это приводит к некоторому увеличению длительности такой работы.

Соответственно, если покупными устройствами зарядить аккумулятор можно буквально за сутки, то при помощи самодельного выпрямителя такая работа может затянуться на полтора-два дня.

Автоматический контроль заряда

Именно правильный контроль заряда и изменение силы мощности тока является одним из условий набора емкости батареей, которая в последующем с легкостью заводит двигатель автомобиля. Необходимо подключить в схему автомобильного зарядного устройства вольтметр или же специальные устройства для автоматического контроля заряда. Выполняется такой диодный мост, отвечающий за контроль заряда, при помощи переменных резисторов R 4, которые подключаются к реле К2, что и позволяет отключать нагрузку при достижении определенной емкости батареи.

Дополнительно выпрямитель можно оснастить конденсаторной батареей, которая уменьшает или добавляет ёмкость и позволяет существенно ускорить зарядку АКБ. Наличие такой конденсаторной батареи позволяет с легкостью регулировать выходной ток, а само устройство будет отличаться универсальностью использования, что позволяет применять его для работы с аккумуляторами различной емкости. Использование такой конденсаторной батареи также позволяет решить проблемы с паразитным нагревом, который может доставлять массу хлопот при работе выпрямителя на максимальных показателях мощности тока.

При желании в сети интернет можно найти десятки различных схем исполнения блоков питания и всего зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, которые будут различаться используемыми компонентами и принципом работы.

Необходимо лишь выполнять все такие выпрямители в точном соответствии с имеющейся схемой зарядки аккумулятора, что позволит как обеспечить безопасность использования электроприборов, так и предупредить выход из строя аккумулятора по причине подачи на него тока большой мощности.

Как сделать импульсный прибор

Популярностью сегодня пользуются импульсные автоматические зарядные устройства для аккумулятора 12 В, которые позволяют работать на высоких показателях тока, минимально греются во время работы и обладают высоким КПД. Однако их недостаток — это сложность конструкции, поэтому многим автовладельцам, которые не имеют соответствующего опыта в радиоэлектронике, сложно собрать такой импульсный выпрямитель.

Если же вы умеете читать схемы и знакомы с устройством ШИМ-генератора, то собрать такой универсальный в использовании импульсный трансформаторный выпрямитель не составит труда. В последующем работать с подобным устройством чрезвычайно просто, а сам зарядник может использоваться для работы, как с аккумуляторами от легковых автомобилей, так и с мощными АКБ от грузовиков и другой спецтехники.

Рекомендации по подзарядке

• Выполняя подзарядку АКБ мощным выпрямителем, следует постоянно контролировать напряжение, что позволит предупредить сульфатизацию пластин и последующий выход из строя батареи.
• При транспортировке аккумулятора запрещается переворачивать его и ставить набок. Батарея должна всегда сохранять свое горизонтальное положение.
• При возможности активируйте авторежим подзарядки, когда электроника полностью регулирует ток, понижая его при увеличении емкости АКБ.
• Можно с легкостью использовать старый советский зарядник, который выдает качественное напряжение, при этом благодаря наличию вольтметра существенно упрощается работа с такими приборами.

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.