Это зарядное устройство я сделал для зарядки автомобильных аккумуляторов, выходное напряжение 14.5 вольт, максимальный ток заряда 6 А. Но им можно заряжать и другие аккумуляторы, например литий-ионные, так как выходное напряжение и выходной ток можно регулировать в широких пределах. Основные компоненты зарядного устройства были куплены на сайте АлиЭкспресс.
Вот эти компоненты:
Еще потребуется электролитический конденсатор 2200 мкФ на 50 В, трансформатор для зарядного устройства ТС-180-2 (как распаивать трансформатор ТС-180-2 посмотрите в этой статье), провода, сетевая вилка, предохранители, радиатор для диодного моста, крокодилы. Трансформатор можно использовать другой, мощностью не менее 150 Вт (для зарядного тока 6 А), вторичная обмотка должна быть рассчитана на ток 10 А и выдавать напряжение 15 – 20 вольт. Диодный мост можно набрать из отдельных диодов, рассчитанных на ток не менее 10А, например Д242А.
Провода в зарядном устройстве должны быть толстые и короткие. Диодный мост нужно закрепить на большой радиатор. Необходимо нарастить радиаторы DC-DC преобразователя, или использовать для охлаждения вентилятор.
Сборка зарядного устройства
Подсоедините шнур с сетевой вилкой и предохранителем к первичной обмотке трансформатора ТС-180-2, установите диодный мост на радиатор, соедините диодный мост и вторичную обмотку трансформатора. Припаяйте конденсатор к плюсовому и минусовому выводам диодного моста.
Подключите трансформатор к сети 220 вольт и произведите замеры напряжений мультиметром. У меня получились такие результаты:
- Переменное напряжение на выводах вторичной обмотки 14.3 вольта (напряжение в сети 228 вольт).
- Постоянное напряжение после диодного моста и конденсатора 18.4 вольта (без нагрузки).
Руководствуясь схемой, соедините с диодным мостом DC-DC понижающий преобразователь и вольтамперметр.
Как рассчитать и подобрать диодный мост по мощности
Максимальное пульсирующее напряжение, присутствующее в цепи двухполупериодного выпрямителя, определяется не только значением сглаживающего конденсатора, но и частотой и током нагрузки и рассчитывается как:
Напряжение пульсации моста выпрямителя
Формула напряжения пульсаций
Где: I – ток нагрузки постоянного тока в амперах, ƒ – частота пульсации или удвоенная входная частота в герцах, а C – емкость в Фарадах.
Основными преимуществами двухполупериодного мостового выпрямителя является то, что он имеет меньшее значение пульсации переменного тока для данной нагрузки и меньший резервуар или сглаживающий конденсатор, чем эквивалентный полуволновой выпрямитель. Следовательно, основная частота пульсирующего напряжения в два раза больше частоты переменного тока (100 Гц), где для полуволнового выпрямителя она точно равна частоте питания (50 Гц).
Величина пульсирующего напряжения, которое накладывается поверх напряжения питания постоянного тока диодами, может быть практически устранена путем добавления значительно улучшенного π-фильтра (pi-фильтра) к выходным клеммам мостового выпрямителя. Этот тип фильтра нижних частот состоит из двух сглаживающих конденсаторов, как правило, одного и того же значения и дросселя или индуктивности через них, чтобы ввести путь с высоким полным сопротивлением в переменный компонент пульсации.
Мостовой выпрямитель
Другая, более практичная и более дешевая альтернатива – использовать готовый трехполюсный ИС-регулятор напряжения, например, LM78xx (где xx обозначает номинальное выходное напряжение) для положительного выходного напряжения или его обратный эквивалент, LM79xx для отрицательного выходное напряжение, которое может снизить пульсации более чем на 70 дБ (таблица данных), обеспечивая постоянный выходной ток более 1 ампера.
Многие схемы с этой технологией построены с мостовым выпрямителем. Мостовые выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный, используя свою систему диодов, изготовленных из полупроводникового материала, либо полуволновым методом, который выпрямляет одно направление сигнала переменного тока, либо полноволновым методом, который выпрямляет оба направления входного переменного тока.
Диодный мост GBL10
Полупроводники – это материалы, которые пропускают ток, потому что они сделаны из металлов, таких как галлий, или металлоидов, таких как кремний, которые загрязнены такими материалами, как фосфор, в качестве средства контроля тока. Вы можете использовать мостовой выпрямитель для различных применений для широкого диапазона токов.
Мостовые выпрямители также имеют преимущество в том, что они выдают больше напряжения и мощности, чем другие выпрямители. Несмотря на эти преимущества, мостовые выпрямители страдают от необходимости использовать четыре диода с дополнительными диодами по сравнению с другими выпрямителями, вызывая падение напряжения, которое уменьшает выходное напряжение.
Настройка выходного напряжения и зарядного тока
На плате DC-DC преобразователя установлены два подстроечных резистора, один позволяет установить максимальное выходное напряжение, другим можно выставить максимальный зарядный ток.
Включите зарядное устройство в сеть (к выходным проводам ничего не подсоединено), индикатор будет показывать напряжение на выходе устройства, и ток равный нулю. Потенциометром напряжения установите на выходе 5 вольт. Замкните между собой выходные провода, потенциометром тока установите ток короткого замыкания 6 А. Затем устраните короткое замыкание, разъединив выходные провода и потенциометром напряжения, установите на выходе 14.5 вольт.
Литература
М. Салато (M. Salato), А. Локхандвала (A. Lokhandwala), М. Солдано (M. Soldano). International Rectifier. AN-1087 Построение выпрямителя вторичного плеча при помощи ИС управления IR1167 SmartRectifierTM
International Rectifier. Техническое описание ИС управления интеллектуальным выпрямителем IR1167S
Аднаан Локхандвала (Adnaan Lokhandwala), Маурицио Салато (Maurizio Salato), Марко Солдано (Marko Soldano). Конференция разработчиков портативных источников питания 2006. Новая ИС управления выпрямлением выходного сигнала повышает эффективность и тепловые характеристики внешних AC-DC преобразователей питания
Заявка на получение патента США №2005/0122753 A1 от 9 июня 2005 г.
ВНИМАНИЮ ЧИТАТЕЛЕЙ!
В 11 номере журнала за 2009 год на стр. 29 допущена опечатка.
Название табл. 2 следует читать: «Характеристики переключателей».
Первый абзац на странице следует читать:
«Texas Instruments предлагает достаточно сбалансированные решения для применения в видеосистемах. Баланс заключается в оптимальных, часто — взаимозависящих, технических характеристиках ключей. Например, при достаточно низком сопротивлении во включенном состоянии также обеспечивается очень высокая скорость переключения.»
•••
Защита от переполюсовки
Данное зарядное устройство не боится короткого замыкания на выходе, но при переполюсовке может выйти из строя. Для защиты от переполюсовки, в разрыв плюсового провода идущего к аккумулятору можно установить мощный диод Шоттки. Такие диоды имеют малое падение напряжения при прямом включении. С такой защитой, если перепутать полярность при подключении аккумулятора, ток протекать не будет. Правда этот диод нужно будет установить на радиатор, так как через него при заряде будет протекать большой ток.
Подходящие диодные сборки применяются в компьютерных блоках питания. В такой сборке находятся два диода Шоттки с общим катодом, их нужно будет запараллелить. Для нашего зарядного устройства подойдут диоды с током не менее 15 А.
Нужно учитывать, что в таких сборках катод соединен с корпусом, поэтому эти диоды нужно устанавливать на радиатор через изолирующую прокладку.
Необходимо еще раз отрегулировать верхний предел напряжения, с учетом падения напряжения на диодах защиты. Для этого, потенциометром напряжения на плате DC-DC преобразователя нужно выставить 14.5 вольт измеряемых мультиметром непосредственно на выходных клеммах зарядного устройства.
Выпрямление электроэнергии
До конца XIX века преобразование переменного напряжения в постоянное было проблемой. С изобретением диода — сначала вакуумного, а позже и полупроводникового — ситуация в корне изменилась. Благодаря своим уникальным свойствам, диод отлично различает полярность и позволяет легко сортировать токи с нужным направлением. Сначала для этих целей использовались отдельные диоды, позже появились диодные мосты, обеспечивающие высокое качество выпрямления.
https://youtube.com/watch?v=XamfUIu4wDI
Выпрямитель на одном диоде
Диод проводит ток только в одном направлении, именно поэтому его и называют полупроводниковым прибором. Если к катоду устройства подключить плюс источника напряжения, а к аноду — минус, диод будет вести себя как обычный проводник. Если полярность изменить, то прибор закроется и превратится в диэлектрик. Для ответа на вопрос о том, что это даёт, придется собрать простейшую схему и снова вооружиться осциллографом.
На схеме изображена работа полупроводникового диода в цепи переменного тока. Осциллограмма слева показывает картину на выходе трансформатора — обычный переменный ток. После диода всё существенно меняется — на графике исчезает отрицательная полуволна переменного напряжения. Ток еще не стал постоянным, но он уже не переменный — движения электрического заряда в обратном направлении нет. Такой род тока принято называть пульсирующим. Им еще нельзя питать электронику, но изменения налицо. Остаётся сгладить пики импульсов. Это делают с помощью конденсаторов.
На схеме представлен однополупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором. Во время положительного импульса напряжение не только питает нагрузку, но и одновременно заряжает конденсатор. Когда импульс заканчивается, конденсатор отдает накопленную энергию, сглаживая скачки напряжения.
Двухполупериодный прибор
Несмотря на значительные успехи, достигнутые в преобразовании переменного тока в постоянный предыдущим экспериментом, результат ещё далек от идеала. Дело в том, что частота переменного тока довольно низкая (50 Гц), а навешивание сглаживающих конденсаторов имеет свои ограничения. Для того чтобы существенно улучшить форму выходного сигнала, нужно увеличить частоту.
Однако в розетках она строго фиксирована и не зависит от внешних факторов. Отрицательная полуволна напряжения срезается диодом. Поменять её полярность совсем несложно — достаточно лишь добавить несколько диодов, собрав мостовую схему. На рисунке представлен двухполупериодный выпрямитель на четырёх диодах, объясняющий то, как работает диодный мост:
При появлении положительной полуволны диоды VD2, VD3 окажутся включенными в прямом направлении и будут открыты. VD1, VD2 — закрыты. Полуволна свободно проходит к выходу выпрямителя. Когда напряжение сменит полярность, пары диодов поменяются местами — VD1 и VD4 откроются, VD2 и VD3 закроются. Отрицательная полуволна тоже пройдет к выходу, но поменяет полярность. В результате получится все то же импульсное однополярное напряжение, но частота его увеличится вдвое. Останется добавить сглаживающий конденсатор и посмотреть, что получится.
Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором на изображении показывает, что поставленная задача решена: переменное напряжение преобразовано в постоянное. Конечно, постоянство неидеально — имеются пульсации, однако с ними можно бороться с помощью фильтров. К тому же любая электроника допускает ту или иную величину пульсаций.
Такая схема, состоящая из четырех диодов, стала классической и получила название диодного или выпрямительного моста. Существует отдельная категория электронных приборов — выпрямительные мосты. Они состоят из четырех диодов, соединенных между собой соответствующим образом. В качестве примера можно посмотреть на выпрямительный мост КЦ402Г и его электрическую схему.
Как заряжать аккумулятор
Протрите аккумулятор тряпицей смоченной в растворе соды, затем насухо. Выверните пробки и проконтролируйте уровень электролита, если необходимо, долейте дистиллированную воду. Пробки во время заряда должны быть вывернуты. Внутрь аккумулятора не должны попадать мусор и грязь. Помещение, в котором происходит заряд аккумулятора должно хорошо проветриваться.
Подключите аккумулятор к зарядному устройству и включите устройство в сеть. Во время заряда напряжение будет постепенно расти до 14.5 вольт, ток будет со временем уменьшаться. Аккумулятор можно условно считать заряженным, когда зарядный ток упадет до 0.6 – 0.7 А.
Схема устройства
Все автолюбители попадали в такую неприятную ситуацию. Есть два выхода: завести машину с заряженного аккумулятора с соседской машины (если сосед не против), на жаргоне автолюбителей это звучит как “прикурить”. Ну и второй выход – это зарядить аккумулятор.
Инструкция по проверке
В ответ на вопрос, как проверить диод мультиметром, не выпаивая, необходимо уточнить, чтобы успешно его проверить, как и стабилитрон, необходимо взять его и мультиметр, сделать прозвонок. Как правило, многие из устройств оснащены функцией диодной проверки. По инструкции она выглядит таким образом:
Анод и катод
- Все, что нужно, это перевести регулятор на функцию проверки, взять концы мультиметра и присоединить их к диодной сборке. К знаку минус нужно поднести анод, а к знаку плюс – катод. Нередко это просто белые и красные полосы соответственно.
- Затем появятся значения порогового напряжения и значение с показаний проверки.
Подключение анода и катода
Обратите внимание! В ходе проверки выпрямительного светодиода шотка или schottky прикасаться руками к одному из зарядов нельзя, поскольку корректными показания в таком случае не будут. В ходе первого определения нужно повторить процедуру в противоположном порядке
Так, анод нужно поместить к знаку плюс, а катод – минус. При таком подключении на мультиметр поступит цифра 1. Это значит, что ток не течет. Все под защитой.
Стоит отметить, что более подробная инструкция со схемами, ответами на популярные вопросы о светодиодных узких супрессорах и предупреждениях дана в инструкции к каждому мультиметру.
Мультиметр для проверки диодной сборки
Проверка на исправность полупроводниковых элементов
Чтобы проверить полупроводниковые элементы на исправность, необходимо воспользоваться цифровым измерительным мультиметром с крышкой и большим функционалом. Большинство из них оснащены подобной функцией прозвона моста и генератора, поэтому сделать процедуру проверки может каждый желающий. Все что нужно, это прозвонить с помощью многофункционального мультиметра свободный диод, установить регуляторную ручку на измерительном приборе и нажать кнопку с данным обозначением на управленческой приборной панели. Далее необходимо подключить соответствующий красный щуп к аноду, а черный к катоду. Только так прибор измерит все правильно.
Обратите внимание! Понять, где анод, а где катод, несложно, прочитав описание к модели мультиметра, или воспользоваться помощью электронщика. Как правило, на каждом проводке имеется своя маркировка, благодаря которой понять, где что находится, очень просто в конкретной ситуации
В результате должно получиться пороговое прямое напряжение. Если есть повреждение какого-то элемента, то на панели появится ноль напротив того электрода, который будет подключен, или цифра выше или ниже допустимой.
В ответ на то, как проверить диодную сборку мультиметром, если специального режима в мультиметре нет, можно указать, что необходимо собрать схему: соединить источник питания с резистором и проверяемым полупроводником. Затем подключить элемент анода к резистору, а катод к источнику питания. Далее следует нажать пуск и посмотреть, в каком состоянии находится полупроводниковый элемент. Как и в прошлом случае, исправный элемент измерителем будет выдавать прямое напряжение.
Проверка мультиметром без выпаивания
Без выпаивания мультиметром можно проверить электроды. Все что нужно, это выбрать на устройстве сопротивляющий измерительный режим с диапазоном в 2 кОм. Затем стандартно нужно присоединить красный проводок к части анода, а черный к части катода. Так будет показана цифра напряжения в омах. Как правило, при разрыве цепи измерение получается с цифрой выше допустимого или со значением 0.
Обратите внимание! Важно понимать, что для проверки оборудования и полупроводниковых элементов необходимо полностью действовать в соответствии с представленной к мультиметру инструкцией. Также необходимо понимать важные физические моменты и немного понимать в электронике для составления правильной электрической схемы. В противном случае отсутствие знаний может затруднить работу с мультиметром
В противном случае отсутствие знаний может затруднить работу с мультиметром.
Правильность подключения электродов залог успешной проверки
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.
Физические свойства p-n перехода
Главным элементом, использующимся при создании выпрямительного узла, является диод. В основе его работы лежит электронно-дырочный переход (p-n).
Общепринятое определение гласит: p-n переход — это область пространства, находящаяся на границе соединения двух полупроводников разного типа. В этом пространстве образуется переход n-типа в p-тип. Значение проводимости зависит от атомного строения материала, а именно от того, насколько прочно атомы удерживают электроны. Атомы в полупроводниках располагаются в виде решётки, а электроны привязаны к ним электрохимическими силами. Сам по себе такой материал является диэлектриком. Он или плохо проводит ток, или не проводит его совсем. Но если в решётку добавить атомы определённых элементов (легирование), физические свойства такого материала кардинально изменяются.
Избыток заряда одного знака заставляет носителей отталкиваться друг от друга, в то время как область с противоположным зарядом стремится притянуть их к себе. Электрон, перемещаясь, занимает свободное место, дырку. При этом на его старом месте также образовывается дырка. В результате чего создаётся два потока движения зарядов: один основной, а другой обратный. Материал с отрицательным зарядом в качестве основных носителей использует электроны, его называют полупроводником n-типа, а с положительным зарядом, использующим дырки, p-типа. В полупроводниках обоих типов неосновные заряды образуют ток, обратный движению основных зарядов.
В радиоэлектронике из материалов для создания p-n перехода используется германий и кремний. При легировании кристаллов этих веществ образуется полупроводник с различной проводимостью. Например, введение бора приводит к появлению свободных дырок и образованию p-типа проводимости. Добавление фосфора, наоборот, создаст электроны, и полупроводник станет n-типа.
Ещё важно знать: 3 нюанса об эксплуатации
Самоделка по способу эксплуатации несколько отличается от заводского варианта. Это объясняется тем, что у покупного агрегата имеются встроенные функции, помогающие в работе. Их сложно установить на аппарате, собранном дома, а потому придется придерживаться нескольких правил при эксплуатации.
- Зарядное устройство, собранное своими руками не будет отключаться при полной зарядке аккумулятора. Именно поэтому необходимо периодически следить за оборудованием и подключать к нему мультиметр – для контроля заряда.
- Нужно быть очень аккуратным, не путать «плюс» и «минус», иначе зарядное устройство сгорит.
- Оборудование должна быть выключено, когда происходит соединение с зарядным устройством.
Выполняя эти простые правила, получится правильно произвести подпитку АКБ и не допустить неприятных последствий.
Принцип работы
Понять принцип действия полупроводникового диода несложно. Все, что для этого понадобится — разбираться в базовых законах физики и знать, как происходят некоторые электрические процессы.
Изначально электроток действует на катод, что вызывает накаливание подогревательного элемента. В свою очередь, электродом испускаются электроны, а между двумя частями появляется электрическое поле.
В двух электродах начинается формирование пространственно-отрицательного заряда, который может препятствовать протеканию электронов. Однако случается это лишь при снижении потенциала анода, в результате чего масса электронов не способна справиться с отрицательными элементами, что заставляет их перемещаться в обратном порядке, то есть электроны снова возвращаются к катоду.
Нередко показатели катодного тока держатся нулевой отметки — происходит это при воздействии частиц с зарядом минус. В результате образованное поле не заставляет электроны двигаться быстрее, а вызывает обратную реакцию — притормаживает их и заставляет вернуться обратно к катоду. В конечном итоге цепь размыкается, так как диод остается в запертом состоянии.
Как избежать 2-х ошибок при зарядке аккумуляторной батареи
Необходимо соблюдать основные правила, чтобы правильно подпитать батарею на автомобиле.
- Напрямую к электросети аккумуляторную батарею запрещено подключать. Для этой цели и предназначается зарядные устройства.
- Даже если устройство изготавливается качественно и из хороших материалов, всё равно потребуется периодически наблюдать за процессом зарядки, чтобы не произошли неприятности.
Выполнение простых правил обеспечит надежную работу самостоятельно сделанного оборудования. Гораздо проще следить за агрегатом, чем после тратиться на составляющие для ремонта.
Самое простое зарядное устройство для АКБ
Схема 100% рабочего ЗУ на 12 вольт
Посмотрите на картинке на схему ЗУ на 12 В. Оборудование предназначается для зарядки автомобильных аккумуляторов с напряжением 14,5 Вольт. Максимальный ток, получаемый при заряде составляет 6 А. Но аппарат также подходит и для других аккумуляторов – литий-ионных, поскольку напряжение и выходной ток можно отрегулировать. Все основные компоненты для сборки устройства можно найти на сайте Aliexpress.
- dc-dc понижающий преобразователь.
- Амперметр.
- Диодный мост КВРС 5010.
- Концентраторы 2200 мкФ на 50 вольт.
- трансформатор ТС 180-2.
- Предохранители.
- Вилка для подключения к сети.
- «Крокодилы» для подключения клемм.
- Радиатор для диодного моста.
Трансформатор используется любой, по собственному усмотрению Главное, чтобы его мощность была не ниже 150 Вт (при зарядном токе в 6 А). Необходимо установить на оборудование толстые и короткие провода. Диодный мост фиксируется на большом радиаторе.
Что такое диоды
Диод – это полупроводниковый элемент на основе кристалла кремния. Ранее эти детали также изготавливались из германия, но со временем этот материал был вытеснен из-за своих недостатков. Электрический диод функционирует как клапан, т.е. он пропускает ток в одном направлении и блокирует его в другом. Такие возможности в эту деталь заложены на уровне атомарного строения его полупроводниковых кристаллов.
Один диод не может получить из переменного напряжения полноценное постоянное. Поэтому на практике используют более сложные сочетания этих элементов. Сборка из 4 или 6 деталей, объединённых по специальной схеме, образует диодный мост. Он уже вполне способен справиться с полноценным выпрямлением тока.
Интересно. Диоды обладают паразитной чувствительностью к температуре и свету. Прозрачные выпрямители в стеклянном корпусе могут использоваться как датчики освещённости. Германиевые диоды (прим. Д9Б) подходят в качестве термочувствительного элемента. Собственно из-за сильной зависимости свойств этих элементов от температуры их и перестали производить.
Схема ЗУ Рассвет 2
Посмотрите на картинке на схему зарядного устройства Рассвет 2. Она составлена по оригинальному ЗУ. Если освоить эту схему, то самостоятельно получится создать качественную копию, ничем не отличающуюся от оригинального образца. Конструктивно устройство представляет собой отдельный блок, закрывающийся корпусом, чтобы защитить электронику от влаги и воздействия плохих погодных условий. На основание корпуса необходимо подсоединить трансформатор и тиристоры на радиаторах. Потребуется плата, что будет стабилизировать заряд тока и управлять тиристорами и клеммы.
