Как собрать зарядное устройство для АКБ на тиристоре

Большинство бывалых автовладельцев успело обзавестись собственным зарядным устройством, которое помогает поддерживать работоспособность и продлевать жизнь аккумуляторной батареи.

Лучшие зарядные устройства (ЗУ) характеризуются возможностью плавного регулирования параметров тока и выходного напряжения. Если в распоряжении есть обычный ступенчатый переключатель, то добиться аналогичного воздействия на показатели не получится.

Зато можно воспользоваться электросхемой с тиристором в главной роли. Этот элемент способен влиять на напряжение и ток в нагрузке.

Купить подобный агрегат от производителя — это довольно дорогое удовольствие. Если вы умеете работать паяльником, а также разбираетесь в радиотехнике, то можно рассмотреть вариант со сборкой ЗУ тиристорного типа своими руками.

Это выйдет намного дешевле покупки готового агрегата. Плюс удастся развить собственные навыки, получить новый опыт.

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.

Описание конструкции и принцип действия

Тиристор состоит из трех частей: «Анод», «Катод» и «Вход», состоящий из трех p-n переходов, которые могут переключаться из положений «ВКЛ» и «ВЫКЛ» на очень высокой скорости. Но при этом, он также может быть переключен с позиции «ВКЛ» с различной продолжительности по времени, т. е. в течение нескольких полупериодов, чтобы доставить определенное количество энергии к нагрузке. Работа тиристора можно лучше объяснить, если предположить, что он будет состоять из двух транзисторов, связанных друг с другом, как пара комплементарных регенеративных переключателей.

Самые простые микросхемы демонстрируют два транзистора, которые совмещены таким образом, что ток коллектора после команды «Пуск» поступает на NPN транзистора TR 2 каналы непосредственно в PNP-транзистора TR 1. В это время ток с TR 1 поступает в каналы в основания TR 2 . Эти два взаимосвязанных транзистора располагаются так, что база-эмиттер получает ток от коллектора-эмиттера другого транзистора. Для этого нужно параллельное размещение.

Фото – Тиристор КУ221ИМ

Несмотря на все меры безопасности, тиристор может непроизвольно переходить из одного положения в другое. Это происходит из-за резкого скачка тока, перепада температур и прочих разных факторов. Поэтому перед тем, как купить тиристор КУ202Н, Т122 25, Т 160, Т 10 10, его нужно не только проверить тестером (прозвонить), но и ознакомиться с параметрами работы.

Типичные тиристорные ВАХ

Для начала обсуждения этой сложной темы, просмотрите схему ВАХ-характеристик тиристора:

Фото – характеристика тиристора ВАХ

1. Отрезок между 0 и (Vвo,IL) полностью соответствует прямому запиранию устройства;
2. В участке Vво осуществляется положение «ВКЛ» тиристора;
3. Отрезок между зонами (Vво, IL) и (Vн,Iн) – это переходное положение во включенном состоянии тиристора. Именно в этом участке происходит так называемый динисторный эффект;
4. В свою очередь точки (Vн,Iн) показывают на графике прямое открытие прибора;
5. Точки 0 и Vbr – это участок с запиранием тиристора;
6. После этого следует отрезок Vbr — он обозначает режим обратного пробоя.

Естественно, современные высокочастотные радиодетали в схеме могут влиять на вольт-амперные характеристики в незначительной форме (охладители, резисторы, реле). Также симметричные фототиристоры, стабилитроны SMD, оптотиристоры, триодные, оптронные, оптоэлектронные и прочие модули могут иметь другие ВАХ.

Фото – ВАХ тиристора

Кроме того, обращаем Ваше внимание, что в таком случае защита устройств осуществляется на входе нагрузки.

Сборка ЗУ своими руками

Теперь можно поговорить про тиристорное зарядное устройство. Такая схема может применяться для сборки ЗУ, подходящей для обслуживания автомобильного аккумулятора.

Вообще в настоящее время есть доступ к большому числу разных электронных схем. Есть как сложные, так и простые. В сложных элеткросхемах представлены все необходимые регулировки, высокий уровень защиты, внушительный набор компонентов. Но такие схемы дорогие, и делать из них ЗУ на тиристорах для АКБ своего авто не особо выгодно.

VD1 и VD2 — мостовые выпрямители; VS1 — тиристор; R1, R2, R3 и R4 — резисторы; С1 — конденсатор; R5 — потенциометр; DA1 — микросхема.

В большинстве случаев, планируя своими руками собрать ЗУ для АКБ именно на тиристорах, умельцы используют простые схемы. Такие аппараты включают в себя несколько недорогих элементов. Причём часть из них можно взять из старых компьютеров и другой техники, которая уже непригодна к эксплуатации.

Если вас также интересуют схемы для ЗУ на тиристорах, чтобы заряжать АКБ, нужно детальнее изучить весь процесс сборки.

Рассматривать будет чуть ли не самый простой регулятор, основанный на тиристоре, но позволяющий без проблем заряжать АКБ.

Процесс делится на несколько этапов:

• выбор подходящей схемы;
• подбор нужных компонентов;
• расчёт параметров;
• сборка.

Далее про каждый этап отдельно.

Выбор схемы

Предложенная схема, по которой собирается самодельный зарядник на тиристоре, подходящий для зарядки автомобильного аккумулятора, обладает весомыми преимуществами. Это простота, доступность, надёжность и минимальные затраты.

Если взять за основу тиристор КУ202, тогда вы получите такие преимущества дополнительно:

• зарядный ток составит до 10А;
• выдаётся энергия импульсного типа;
• для сборки нужны недорогие и распространённые детали;
• схему можно повторить и тем, у кого нет богатого опыта и знаний в области радиотехники.

Это действительно простая схема зарядного устройства для обслуживания АКБ легкового автомобиля. Тиристорная схема позволяет заряжать АКБ с номинальной ёмкостью до 100 Ач. Ведь зарядный ток достигает 10А.

1. Принцип действия собираемого ЗУ — это регулятор мощности фазоимпульсного типа. С его помощью можно менять параметры силы тока.
2. За счёт КУ202 (управляющий электрод) питается цепь транзистора.
3. Для защиты ЗУ от скачков тока применяется диод типа VD2.
4. Сопротивление будет воздействовать на ток заряда, значение которого является 1/1 от имеющейся ёмкости аккумулятора.
5. Чтобы питать схему, нужен трансформатор. Он будет снижать сетевое напряжение со стандартных 220 В до необходимых 18-22 В.
6. Если используется трансформатор с большим выходным напряжением, тогда сопротивление следует поднять примерно до 2 кОм. Не исключено, что придётся индивидуально подбирать нужный резистор.
7. Диоды выпрямительного моста, как и тиристор, устанавливаются на радиаторы из алюминия. Это защитить компоненты от перегрева.
8. Если будете применять обычные элементы типа Д242 или Д245, то под корпус обязательно потребуется разметить изоляционную шайбу.

Подобная схема, используемая для сборки тиристорного ЗУ для зарядки аккумулятора действительно простая. Электронная защита здесь не предусмотрена. Вместо этого используется предохранитель. Устанавливать его нужно на выходе.

Если вы будете заряжать батареи ёмкостью до 60 Ач, тогда достаточно будет поставить плавкий предохранитель с параметрами 6,3 А.

Также не помешает последовательно подключить амперметр. С его помощью можно следить и контролировать процесс подзарядки АКБ.

Суть процесса изготовления зарядки заключается в том, чтобы изготовить или распечатать плату, и уже по ней соединить все компоненты. Плату с установленными элементами заключают в корпус, соединяют все провода и тестируют.

Особенности схемного подключения

Тиристор предназначен для коммутации напряжения в различных устройствах. Но при этом имеется стандартная схема его подключения, которую нарушать крайне не рекомендуется. Например, между катодом (вывод под пайку) и управляющим электродом необходимо подключить резистор в качестве шунтирующего компонента. Благодаря его присутствию управляющая цепь замыкается и обеспечивается насыщение перехода. Его сопротивление должно быть не более и не менее 51 Ом.

Если на аноде присутствует напряжение отрицательной полярности, то управляющий ток должен быть равен нулю. Иначе произойдет электрический пробой перехода, что приведет к неисправности всего устройства в целом. Дальнейшая его работа невозможна, как и обратное восстановление.

Необходимые компоненты

Чтобы сделать самодельный тиристорный зарядник для аккумуляторных батарей, потребуется собрать все необходимые элементы для сборки.

В представленном варианте применяют конденсатор электролитического типа. Он способен выдержать напряжение не меньше 63 В.

Резисторы, которых потребуется 6 штук, должны иметь мощность 0,25 Вт. Ещё один резистор нужен на 2 Вт.

Диоды для выпрямителя должны пропускать ток не более 10 А, а также выдерживать обратное напряжение до 50 В. Аналогичное напряжение будет выдерживать и применяемый импульсный диод VD2.

В качестве транзисторов можно использовать:

• КТ3107;
• КТ502;
• КТ361;
• КТ503;
• КТ315;
• КТ3102.

К числу необходимых компонентов и аналогов для них относятся:

• выпрямительный блок типа КЦ 402, 405 с любым индексом;
• стабилитроны КС 525, КС 518 или КС 522;
• транзистор КТ 117 с буквами Б, В и Г;
• диодный мост на выходе, рассчитанный на 10 А (от Д242 до Д247).

Конечно же, это далеко не единственная доступная схема. Но это один из самых простых вариантов для изготовления самодельного тиристорного зарядного устройства.

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.

Расчёт основных параметров

Слабой стороной зарядного устройства на основе тиристора можно считать низкий коэффициент полезного действия. Частично это обусловлено наличие вторичной обмотке на трансформаторе, которая должна свободно пропускать идущий ток. Он больше в 3 раза, нежели мощность, потребляемая аккумулятором. Чтобы исправить это, можно переставить тиристор из одной обмотки в другую согласно используемой схеме.

Отличительной особенностью такого ЗУ для АКБ заключается в том, что здесь подключается диодный мост, а также регулирующий тиристор на первичную обмотку используемого трансформатора.

Поскольку ток вторичной обмотки примерно в 10 раз меньше зарядного тока, то тепловая энергия на диодах практически не будет выделяться. В результате даже не обязательно применять радиаторы охлаждения.

Устройство изделия

Устройство УЗ-А представляет собой выпрямитель с плавной установкой тока. С выводов 3, 6 сетевого трансформатора Т1 напряжение поступает на 2[-полупериодный управляемый выпрямитель, выполненный на тиристорах VS1 и VS2.

Выпрямленное напряжение подается на аккумуляторную батарею через контакты X1 («плюс») и Х2 («минус»). Для контроля величины тока заряда служит индикатор тока РА1.

Для отключения цепи заряда от аккумулятора через 10,5 ± 1 час, управления работой тиристоров и установки необходимого тока заряда служит схема, собранная на транзисторах VT1 + VT11 и микросхеме DD1.

На транзисторе VT1 выполнен формирователь импульсов с частотой 50 Гц, на интегральной схеме DD1 — счетчик импульсов, на транзисторах VT8 и VT10 — делитель частоты на 2, на транзисторе VT6 — управляемый генератор (стабилизатор) тока.

При этом необходимый ток заряда устанавливается потенциометром RP1.

Генератор управляющих импульсов выполнен на транзисторах VTЗ и VT7.

Транзистор VT2 является усилителем этих импульсов по мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема устройства зарядного автоматического «Электроника» — вариант 1 (нумерация деталей выполнена согласно маркировке на заводской схеме).

Рис. 3. Принципиальная схема устройства зарядного автоматического «Электроника» — вариант 2 (нумерация деталей выполнена согласно маркировке на заводской плате).

Рис. 4. Монтажная плата устройства зарядного автоматического «Электроника».

Рис. 5. Монтажная плата устройства зарядного автоматического «Электроника».

На транзисторе VT11 выполнена схема защиты от короткого замыкания и переполюсовки выводов.

Схема на транзисторах VT4 и VT5 служит для переключения устройства в режим уменьшенного тока (через 6 — 8 часов ток уменьшится в 1,3 — 2,5 раза).

На диодах VD7 и VD8 собран выпрямитель питания схемы формирователя импульсов и счетчика. Диоды VD5 и VD6 запрещают подачу импульсов на управляющий электрод тиристора в момент, когда к тиристору приложено обратное напряжение.

Для индикации включения сети и конца заряда служат светодиоды VD2 и VD13.

Предприятие — изготовитель оставляет за собой право замены отдельных элементов схемы, не влияющих на технические характеристики изделия.

Процесс сборки

Поскольку схемы могут видоизменяться, плюс каждый мастер по-своему видит процесс сборки, описать подробную инструкцию здесь сложно. Но всё же несколько основных моментов выделить стоит. А именно:

• сначала распечатывается плата, на которой будет основано тиристорное зарядное устройство;
• устанавливаются все компоненты и распаиваются;
• далее сверлятся крепёжные отверстия;
• подбираются компоненты корпуса и измерительный прибор для контроля процесса зарядки;
• подключаются диоды и радиаторы;
• устанавливается тиристор;
• всё качественно изолируется;
• изготавливается передняя панель;
• подводятся и соединяются провода;
• выполняется окончательная сборка всех оставшихся элементов.

Остаётся лишь протестировать полученное зарядное устройство.

Да, внешне оно может выглядеть неказисто, особенно если корпус как таковой отсутствует. Но это всё вопрос вашего желания и возможностей.

Кто хочет, может заморочиться и изготовить действительно красивый корпус, который ничем не будет уступать заводским зарядным устройствам.

Основные недостатки

Речь идёт об отсутствии электронной защиты, которая могла бы противостоять короткому замыканию, перегрузке, либо переполюсовке. Частично роль защиты берёт на себя предохранитель. Но это не самое удобное решение.

Если есть желание и опыт, тогда можно отдельно собрать защитную схему и подключить её к уже готовому тиристорному зарядному устройству.

Второй минус заключается в гальванической связи блока настройки с сетью. Устранить такой недостаток можно с помощью регулировочного сопротивления с осью из пластика.

Также минусом считается потребность в установке радиаторов охлаждения. Самым лучшим решением будет ребристый радиатор, выполненный из алюминия. Проблема частично решается. Для этого применяют схему с активацией модуля регулировку в обмотку питающего трансформатора.

На самом деле собрать тиристорное ЗУ довольно просто. Но без определённых навыков и знаний браться за такую работу, а также проводить дома эксперименты настоятельно не рекомендуется.

Как относитесь к самодельным зарядным устройствам для АКБ? Кто-то собирал ЗУ на тиристорах? Стоит ли подобными самоделками заниматься?

Конструкция

Конструктивно тиристор КУ202Н и вся серия выполнены в металлическом корпусе из медного сплава с покрытием, который имеет выводы под резьбу и два вывода под пайку различной толщины и высоты. Размер резьбового отвода или анода (А) составляет М6 под гайку. Выводы выполнены жесткими путем заливки эпоксидной смолой, но при выполнении монтажа не следует применять усилия более 0,98 Н.

При выполнении пайки силового вывода (К) необходимо соблюдать минимальное расстояние до стекла не менее 7 мм , так как высокой температурой его целостность может нарушиться. При выполнении подключения управляющего вывода (УЭ) следует выдержать расстояние до стекла не менее 3,5 мм по той же причине. При этом общее время удерживания паяльника не рекомендуется превышать более 3 с. Эффективная температура жала паяльного инструмента не должна превышать +260 градусов.