Автомат для дозарядки АБ (стр. 2 из 3)

· Управляемый генератор:

Образует ступенчато возрастающего напряжения, используемого в качестве опорного для компаратора.

· Компаратор:

Сравнивает опорное напряжение с напряжением на аккумуляторных клеммах.

· Таймер:

Определяет периодичность контроля за ростом напряжения на заряжаемой аккумуляторной батареи.

· Узел управления реле:

Вырабатывает сигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени.

· Реле:

Отключает устройство от сети 220 вольт.

3. ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

На срок службы автомобильной аккумуляторной батареи (АБ) значительное влияние оказывает степень ее заряженности. Желательно, чтобы большую часть времени батарея была полностью заряжена. В процессе эксплуатации обычно наблюдаются колебания степени заряженности АБ около некоторого среднего значения, называемого установившейся степенью заряженности. Ее величина зависит от многих факторов. Следует отметить, что зимой установившаяся степень заряженности, как правило, значительно ниже, чем летом. Низкая степень заряженности в условиях холодного климата является главной причиной интенсивного "оплывания" активной массы с электродов аккумуляторной батареи и сокращения ее срока службы.

Возникает необходимость в зарядном устройстве, с помощью которого за то время, пока автомобиль находится в гараже (в большинстве случаев за ночь), можно было бы довести степень заряженности аккумуляторной батареи до полной.

Вполне закономерен вопрос: "Почему нельзя использовать для этой цели, существующие автоматические зарядные устройства?"

Дело в том, что большинство имеющихся в продаже или описанных в радиолюбительской литературе автоматических зарядных устройств прекращают зарядку батареи либо по истечении определенного времени (10... 12 часов), либо по достижении на клеммах батареи определенного (порогового) значения напряжения.

Первые предназначены в основном для проведения полного цикла зарядки батареи от нулевой степени заряженности. Что касается вторых, то известно, что величина порогового напряжения зависит от целого ряда факторов: "возраста" батареи, величины зарядного тока, плотности электролита, его температуры и т.д.

Например, при неизменном зарядном токе, одной и той же величине напряжения на клеммах аккумуляторной батареи будет соответствовать 50% ее заряженности при температуре электролита -10.°С и 95% заряженности при температуре электролита +30°С.

С целью исключения несрабатывания устройства автоматического отключения, устанавливается заведомо заниженная величина порогового напряжения (как правило, в пределах 14,3...14,5 В). Однако даже при зарядном токе, численно равном 0,05 емкости батареи, напряжение на ее клеммах при полном заряде может достигать величины 15,9...16,2. В. В результате аккумуляторная батарея остается не дозаряженной в течение всего времени эксплуатации, что приводит к необратимой сульфитации электродов и сокращению ее срока службы.

Существуют другие, более надежные признаки получения АБ полного заряда. Это прекращение (при постоянстве величины зарядного тока) роста напряжения на клеммах батареи, а также прекращение увеличения плотности электролита.

Практика показывает, что с достаточной точностью можно ограничиться одним из этих признаков, т.е. контролем за ростом напряжения на батарее, и при его прекращении и постоянстве величины напряжения в течение не менее двух часов выключать зарядное устройство.

Конечно, зарядное устройство, использующее этот принцип, более сложно, чем простой пороговый автомат, однако его преимущества очевидны. Исключается возможность не отключения устройства от сети из-за установки повышенного значения "порога", а также недозаряд батареи вследствие преждевременного отключения зарядного устройства.

Очевидно, что для дозарядки батареи вполне достаточно иметь устройство, обеспечивающее выходной ток, равный току второй ступени режима зарядки, рекомендуемому инструкцией по эксплуатации стартерных аккумуляторных батарей (равный, в амперах, 0,05 емкости батареи в ампер-часах). Снижение величины зарядного тока благоприятно сказывается на аккумуляторной батарее. Как отмечается в, при этом повышается общий КПД процесса зарядки и обеспечивается более полный заряд АБ. В жаркое время года зарядку можно проводить, не опасаясь превысить допустимую температуру электролита. Немаловажен и тот факт, что заметно уменьшаются масса и габариты зарядного устройства.

Вместе с тем, проведение полной зарядки аккумуляторной батареи (от нулевой степени заряженности), которая, как правило, может понадобиться не чаще одного-двух раз в год при контрольном разряде батареи с целью оценки ее состояния, займет с таким зарядным устройством не более 21...22 часов. В большинстве случаев это удобно (вечером поставил на зарядку — вечером, через сутки, получил полностью заряженную батарею).

Устройство не боится кратковременных замыканий в цепи нагрузки и обрывов в ней. Приняты меры для защиты устройства при ошибочном подключении аккумуляторной батареи в обратной полярности.

Авторский вариант устройства предназначен для работы с аккумуляторной батареей 6СТ-60, поэтому зарядный ток выбран равным 3 А. Для использования устройства с наиболее распространенной батареей 6СТ-55, достаточно снизить величину тока зарядки до 2,75 А.

Схема зарядного устройства приведена на рис.3.1. Она содержит блок питания, выполненный по простой и хорошо зарекомендовавшей себя схеме с гасящим конденсатором. Микросхемный стабилизатор напряжения DA1 обеспечивает питанием цифровую часть устройства. На элементах DD1.1 и DD1.2 собран формирователь прямоугольных импульсов частотой 50 Гц. Счетчики DD2.1, DD3 совместно с элементами DD1.3, DD1.4 образуют таймер, определяющий периодичность контроля за ростом напряжения на заряжаемой аккумуляторной батарее. Двоичные счетчики DD5.1 и DD5.2 совместно с резистивной матрицей R11...R20 образуют управляемый генератор ступенчато возрастающего напряжения, используемого в качестве опорного для определения с помощью компаратора DA2 прекращения роста напряжения на аккумуляторной батарее. Двоичный счетчик DD2.2 вырабатывает сигнал на выключение устройства при постоянстве напряжения на батарее в течение заданного времени. На транзисторах VT1, VT2 собран узел управления реле К1.

Рис.3.1

Светодиод HL1 зеленого цвета индицирует включение устройства. Светодиод HL2 красного цвета зажигается при ошибочном подключении батареи в обратной полярности. После исправления ошибки потребуется сменить предохранитель FU2.

Проследим работу устройства. Перед включением его в сеть необходимо подключить к зажимам Х1 и Х2 аккумуляторную батарею. Далее нажимают кнопку SB1. Через замкнутые контакты кнопки и конденсатор С1 на трансформатор Т1 подается напряжение сети. Ко вторичной обмотке трансформатора подключен выпрямительный мост на диодах VD1...VD4, с которого снимается пульсирующее напряжение, создающее ток зарядки аккумуляторной батареи. Два диода этого моста совместно с диодами VD5, VD6 образуют второй выпрямительный мост, постоянное напряжение с которого после сглаживания конденсатором СЗ подается для питания узла на транзисторах VT1, VT2. Цифровая часть устройства залитана от микросхемного стабилизатора DA1, обеспечивающего высокую стабильность и низкий уровень пульсаций выходного напряжения.

Начинается зарядка аккумуляторной батареи. Через диод VD7 пульсирующее напряжение поступает на фильтр низких частот R4-C3, снижающий пульсации до уровня, при котором они не оказывают заметного влияния на работу компаратора DA2. С конденсатора СЗ постоянное напряжение, пропорциональное напряжению на клеммах заряжаемой батареи, через резистивный делитель напряжения R21-R22 поступает на неинвертирующий вход компаратора DA2 (вывод 3). На инвертирующий вход компаратора (вывод 4) поступает напряжение с резистивной матрицы R11...R20. В момент включения устройства дифференцирующая цепь C5-R10 формирует импульс положительной полярности, который обнуляет все счетчики, за исключением DD2.2. Поэтому напряжение на выходе резистивной матрицы минимально и заведомо меньше напряжения, поступающего на вывод 3 DA2. На выходе компаратора (вывод 9) при этом высокий уровень, который через резистор R26 поступает на вход R (вывод 7) счетчика DD2.2, обнуляя также и его. Напряжение низкого уровня с выхода DD2.2 (вывод 4) через резистор R25 поступает на базу транзистора VT1, закрывая его. Транзистор VT2 при этом открывается, срабатывает реле К1 и своими контактами блокирует контакты кнопки SB1.

Через резистивный делитель R2-R3 на формирователь прямоугольных импульсов, выполненный на элементах DD1.1 и DD1.2, поступает пульсирующее напряжение частотой 50 Гц. С выхода, формирователя импульсы подаются на входы счетчиков DD2.1 и DD5.1. Счетчик DD2.1 совместно со счетчиком DD3 и элементами DD1.3, DD1.4 образуют таймер, отсчитывающий часовые промежутки времени. С целью некоторого упрощения схемы, цикл выбран равным примерно 65 минутам, что практически не влияет на режим зарядки аккумуляторной батареи.

Пока таймер не отсчитал заданный интервал времени, на выходе элемента DD1.4 будет присутствовать логический "0" и, следовательно, на выходе элемента DD4.3 и входе CN (вывод 1) счетчика DD5.1 будет логическая "1", запрещающая работу счетчика. Через час на выходе элемента DD1.4 появится напряжение высокого уровня. Элемент DD4.3 переключится и разрешит работу счетчика DD5.1, а также связанного с ним счетчика DD5.2. На выходе резистивной матрицы начнет формироваться ступенчато возрастающее (в такт входным импульсам) напряжение. Его минимальная величина (при логическом "0" на всех выходах счетчиков) выставляется резистором R19 в процессе регулировки, а максимальная — практически равна напряжению питания счетчиков DD5.1, DD5.2. Весь диапазон выходного напряжения матрицы разбит на 256 ступеней по 16...18 мВ.