В статье рассматриваются несколько вариантов сборки блока питания и зарядного устройства своими руками.
Блок питания + зарядное на 12В из подручных материалов
Самый простой блок питания должен элементарно преобразовывать переменный ток 220В в постоянный напряжением 12В. Первая задача (понижение напряжения) выполняется с помощью понижающего трансформатора любого происхождения, вторая (замена переменного тока на постоянный) с помощью диодного моста и конденсатора.
Соответственно, принципиальная схема простейшего блока питания выглядит следующим образом:
По-порядку разберемся с необходимыми деталями. В качестве трансформатора можно использовать любой понижающий трансформатор с достаточной мощностью. Последняя зависит от задач, которые вы возлагаете на планируемый блок питания, для зарядки автомобильных аккумуляторных батарей достаточно 10-20 Вт. Поскольку частичная потеря напряжения практически неизбежна, то для обеспечения стабильной работы прибора вторичная обмотка должна обеспечивать напряжение 14-20 вольт (оптимально 16-18В).
Найти подходящий трансформатор проще всего в магазине радиодеталей либо на ближайшей радиобарахолке. Можно и хорошо поискать на чердаке – такого типа преобразователи используются в аудиомагнитофонах, игровых приставках, офисной компьютерной технике. При наличии трансформатора с несоответствующим напряжением (к примеру 24В) можно изменить параметры вторичной обмотки или применить резисторы.
Простейший диодный мост собирается из четырех одинаковых диодов, которые в результате будут выполнять функции двухполупериодного выпрямителя.
Конденсатор необходим для избежания провалов и, можно смело сказать одно, чем больше емкость, тем лучше. Можно использовать 16-вольтовый на 1000 мкф или больше.
Порядок сборки следующий:
— собираем диодный мост;
— подключаем к нему трансформатор;
— подключаем конденсатор к свободным выходам диодного моста соблюдая полярность;
— выводим от конденсатора разъем питания.
Можно упаковать все это в красивую коробочку и перевязать красивой ленточкой.
Предложенная схема примитивна и имеет множество недостатков, поэтому существует множество более сложных вариантов, например – с возможностью регулировки выходного напряжения и силы тока, с применением разнообразных защитных систем (от перегрева, от перепадов напряжения, тока), вольт-амперметров и прочего.
Подробнее эти схемы рассмотрим на конкретных примерах построения зарядного устройства для АКБ.
Пример 1 Сборка зарядного устройства на основе блока питания от принтера Кенон.
Для этого нам понадобятся:
— собственно блок питания;
— вольт-амперметр;
— переменные резисторы (3 шт);
— кулер любого происхождения;
— кнопка включения;
— регуляторы напряжения на микросхеме (LM 2596 или аналог);
— выводные разъемы;
— болты, гайки и прочая крепежная мелочь.
Блок питания принтера хорошо подходит в силу того, что он обладает достаточной мощностью и надежностью, и, что немаловажно, имеет встроенную плату регулировки напряжения. Следовательно, если вам нужен источник питания строго заданного напряжения, следует всего лишь найти нужную микросхему (в данном случае TL431) и подобрать нужный резистор на замену оригинальному.
Мы же попробуем собрать блок с возможностью изменения рабочего напряжения в диапазоне 0-30В, принципиальная схема которого на рисунке:
Порядок действий:
Поскольку потолок нужного рабочего напряжения выше собственного напряжения блока принтера, нужно «поднять планку». Для этого заменяем резистор на упомянутой выше плате.
Берем корпус будущего зарядного устройства и проделываем в лицевой части отверстия под три резистора, вольт-амперметр и кнопку включения
Монтируем все перечисленное на панели
Аналогично проделываем отверстия в задней крышке под кулер, выводные разъемы и штекер питания (переносим с корпуса блока принтера)
Монтируем заднюю панель
Монтируем внутренности – основную плату БП принтера, регуляторы напряжения
Собираем электрическую схему. Один преобразователь подключаем к кулеру и вольтметру, должен быть отрегулирован на 12В. Второй дает возможность регулировки силы тока. Два резистора (10 и 1 кОм соответственно) включаем последовательно, в результате получаем возможность точной регулировки напряжения, третий ограничивает силу тока в диапазоне от 0 до 3А.
Собираем корпус, производим пробный запуск, пользуемся.
Пример 2. Сборка зарядного устройства на тиристоре
В основе такого типа зарядки лежит сетевой трансформатор с подогнанным выходным напряжением (18-20В) и генератор токовых импульсов на тиристоре. Задающие импульсы в данном случае формируют транзисторы, а тиристор лишь пропускает генерированный импульс на аккумуляторную батарею.
Принципиальная схема на рисунке
Диоды лучше всего использовать на 10 ампер, конденсатор минимально 1000 мкф на 40В. Использование конденсаторов меньшего напряжения и емкости рискованно, поскольку может привести к нестабильной и недолговечной службе. Кулер крайне важен, поскольку зарядка батареи занимает порядочное время и трансформатор может нагреваться, поэтому лучше использовать вентилятор хорошей производительности (от старого компьютера, ноутбука, электросварки) и размещать его в фронтальной части (обеспечит максимальный обдув внутренностей корпуса). Корпус можно подобрать или изготовить из металлического листа/пластика.
Пример 3 Еще одно зарядное устройство для особо изощренных радиолюбителей.
Предлагаемая конструкция обеспечивает автоматическое отсечение поступающего на батарею тока при достижении полного заряда.
Принципиальная схема на рисунке:
Особенности такого устройства:
— несмотря на простоту, требует использования специальной печатной платы;
— тиристор используется не только в качестве переключателя, но и в качестве выпрямителя;
Нередко требуется «запитать» 12 вольтами радиолюбительскую конструкцию в бытовых условиях. На помощь приходят импульсные блоки питания от старых телевизоров третьего поколения (см. рис. 3.14) моделей «Славутич-Ц202», «Радуга-Ц257», «Чайка-Ц280Д» и аналогичных.
Схемотехника у них, как правило, универсальна, выходное напряжение 12 В такой источник питания обеспечит с полезным током до 0,8 А.
Выходное напряжение снимают с контактов:
2 - 135 В (для строчной развертки);
Контакты 1, 3, 6 разъема Х2 (АЗ) - так он обозначен на плате и на электрической схеме - объединены и подключены к «общему проводу». На рис. 3.15 представлена принципиальная схема модуля питания МП-3-3 (аналогичная модулю МП-3-1, используемому в некоторых моделях цветных телевизоров типового ряда ЗУСЦТ-61-1).
Рис. 3.14. Вид телевизионного модуля питания
Рис, 3.15. Электрическая схема модуля МП-3-3
Шнур питания к сети 220 В подключают к разъему XI.
Главное отличие между этими «родственными» блоками - в индикаторах: в более «свежем» МП-3-3 установлен светодиодный индикатор АЛ307БМ, а в более старом исполнении - газоразрядная лампа ИНС-1 - через ограничительный резистор по питанию 135 В. Если эти индикаторы после подачи питания на заведомо исправный МП-3 не горят (что часто бывает без подключенной нагрузки), значит, модуль питания требуется запустить искусственным способом. Для этого часто достаточно подключить между контактами 1 и 2 (по выходу 135 В) эквивалент нагрузки - постоянный резистор типа МЛТ-1 сопротивлением 6,8 кОм ±30%. После такой доработки импульсный генератор «запускается», трансформатор Т1 начинает негромко «петь», и модуль питания готов к работе по всему спектру выходных напряжений. Резистором R27 (обозначение на схеме и на плате) в небольших пределах можно подрегулировать напряжение по выходу 12 В. Устанавливать дополнительные фильтрующие оксидные конденсаторы (по выходу) нет необходимости, форма выходного напряжения на экране осциллографа имеет четкую прямую линию, не отягощенную наводками.
Наиболее вероятная причина отказов данных модулей питания «кроется» в неисправности транзистора блокинг-генератора КТ838 (VT4). На электрической схеме (рис. 3.15) приведены значения контрольных напряжений в различных точках, поэтому отремонтировать такой блок питания не составит труда любому радиолюбителю. А элементы для ремонта можно найти в «закромах», не затрачивая материальных средств на покупку новых радиодеталей, как неминуемо пришлось бы сделать при ремонте более компактных, но часто и более «капризных» импульсных адаптеров к современной радиоаппаратуре. В этом, несомненно, «морально устаревшие» модули питания типа МП-3 (различных модификаций) выигрывают у более современных, поэтому первые еще рано списывать со счетов.
Литература: Кашкаров А. П. Электронные устройства для уюта и комфорта.
При использовании кислотных аккумуляторов в автомобиле или системах бесперебойного питания, необходима их зарядка, желательно в автоматическом режиме. Конечно, зарядка должна быть предусмотрена производителем устройства. Полностью обеспечивать необходимые режимы для продолжительной работы и хорошего состояния аккумулятора установленного в нем. Однако, бывают ситуации, когда возникает потребность дополнительного заряда и обслуживания батареи:
1. Такие ситуации возникают, в холодное время года, когда авто продолжительное время стоит в гараже и аккумулятор теряет заряд. Бывает, водитель не отключил потребителей и на следующий день авто не заводится.
2. В системах бесперебойного питания, ситуация значительно лучше. Устройство постоянно следит за зарядом аккумулятора, правильно его заряжает и не позволяет разряжаться больше, чем нужно. Пока в него не влезает пытливый ум, для улучшения характеристик.
У меня дело пошло по второму сценарию.
Как-то раз, зимой, ситуация с энергоснабжением резко ухудшилась. Вскоре стало ясно, что это надолго, и я достал бесперебойник. В нем стоял аккумулятор на 7 А/Ч, чего с трудом хватало на десятиватный светодиод освещения. Свет выключали на 2-4 часа, иногда не было электричества и 6 часов. Несколько раз включали электричество днем на два часа, но он не успевал заряжаться. Да и хотелось телевизор посмотреть, ведь выход 220 В. простаивал без дела.
Позже я купил БУ аккумулятор на 75 А/Ч, и озаботился его зарядкой. Нужно было заряжать его быстро и без присмотра людьми. Причем зарядное должно быть дешевым и хорошим.
Трансформатор отменил сразу, так как сетевое напряжение менялось в широких пределах, временами опускаясь до 140 В. У меня был в наличии недорогой импульсный китайский блок питания 12 В., 60 Вт, под названием "S 60-12". Впрочем, приобрести такой не составит труда в интернет магазине или в местном магазине светотехники.
Блок имеет отличные основные характеристики:
| Входное напряжение | 85 - 264 В. (AC) |
| Выходное напряжение | 10,8 - 13,2 В. (DC) |
| Выходной ток | 0 - 5 A |
После подключения к аккумулятору, начали возникать неприятности:
1. напряжения 13.2 В недостаточно для заряда
2. очень большой ток, когда на батарее низкое напряжение
3. разряд батареи в блок питания
Рассмотрим выходные цепи нашего блока, и определим что можно сделать для решения проблем:
1. Увеличить выходное напряжение можно зашунтировав резистор с управляющего вывода TL431 на общий провод (R15, SVR1)
2. Ток можно уменьшить, установив мощный токоограничительный резистор на выходе, или уменьшив выходное напряжение
3. Разряд батареи исключим последовательным диодом
У меня был слабый аккумулятор на 7 а/ч, для него разряд в блок питания (~50 мА) был существенным, и я установил последовательно с выходом ИБП связку диодов. Позже, от диодов отказался, когда перешел на большую батарею.
Для начала нужно увеличить выходное напряжение установкой параллельно R15 (см первый рисунок) резистора номиналом 12 кОм. После этого максимальное напряжение на выходе ИБП станет 16 В., без учета падения на диодах. Ток ограничительный резистор изготовил из толстой нихромовой проволоки. При отсутствии такой, можно купить готовый резистор. Напряжение следует выставить на выходных клеммах после диода, нагруженных на лампу освещения, для учета падения на диодной сборке. В таблице указано номинальное сопротивление (R) и максимальная рассеиваемая мощность (Pmax) резистора, для напряжения заряда 13,8 В. (Umax), минимального напряжения на аккумуляторе 11 В. (Umin) и максимального тока заряда 20% от ёмкости (с). Это безопасный режим, так как ток будет линейно падать, по мере заряда. Можно самостоятельно рассчитать сопротивление резистора:
R=(Umax-Umin)/0.2*c,
и максимальную мощность на нем:
Pmax=(Umax-Umin) 2 /R
В целом система получилась надежная, не требующая обслуживания, но и с недостатками. Конечно резистор, который безбожно греется на больших токах. Долгая зарядка и невозможность полной зарядки.
После приобретения аккумулятора на 75 А/Ч и работы его в режиме постоянного просмотра телевизора (плюс усилитель звука 2*5Вт, тюнер Т2, модем с роутером, зарядка телефона/планшета, освещение), резистивная схема перестала успевать восстанавливать растраченный заряд.
Импульсный блок питания (ИБП) стабилизирует выходное напряжение с помощью управляемого стабилитрона SHR1 TL431, часть схемы выходных цепей показана на первом рисунке. Открытие этого стабилитрона происходит при превышении напряжения на управляющем выводе более 2,5В. Можно сказать, что в нормальном режиме, напряжение в этой точке всегда равно 2,5 В. Наша схема будет воздействовать на этот вывод, для изменения выходного напряжения. Следует учесть, что диапазон выходных напряжений этого ИБП ограничен. Не желательно повышать выходное напряжение более 16 В., а при понижении меньше 10 В. он отключается и предпринимает попытки запуска. Это значит, что аккумулятор, разряженный менее 10 В., это зарядное устройство зарядить не сможет. Так же, как и нельзя это ЗУ использовать в качестве лабораторного БП, по причине невозможности регулировки напряжения на выходе в широких пределах и стабилизации тока при коротком замыкании.
На скорую руку была собрана схема стабилизации тока и исключен диод. Конструкция и схема представлены ниже:
У представленной схемы, отмечено несколько недостатков.
1. Невозможность оперативной регулировки тока
2. Плохая точность стабилизации тока, зависящая от его уровня и напряжения на выходе
3. Отсутствие индикации окончания процесса, для быстрого заряда автомобильных батарей
Схема отработала 4 месяца без неисправностей. Единственное обслуживание - это постоянно сгнивающие провода на клеммах аккумулятора (не надежно подключал)
Теперь, когда необходимость в аккумуляторном питании отпала и появилось свободное время, я решил усовершенствовать устройство. Была введена регулировка тока внешним переменным резистором. Добавлен усилитель ошибки для повышения точности. Введена светодиодная индикация режима работы.
ВНИМАНИЕ - допайка резистора увеличивающего выходное напряжение ИБП, в этом варианте схемы управления не требуется. Его функцию выполняет R10
В результате принципиальная схема усложнилась незначительно. Второй ОУ IC1B, работает в режиме интегратора/усилителя ошибки, сравнивая напряжение на выходе IC1A, пропорциональное выходному току с опорным напряжением в точке RES.2, установленным регулятором. На его выходе (выв. 7 IC1B), напряжение может находится в двух состояниях. Около нуля, когда ток не может достигнуть установленного резистором значения. И, около 3,5 В., когда произведен захват и стабилизация выходного тока, то есть идет заряд. Светодиод "Заряд" подключенный к точке LED индицирует состояние устройства. Параллельный стабилизатор на стабилитроне VR1 TL431 обеспечивает опорное напряжение для резистора регулятора тока. На его катоде напряжение должно составлять 2,5 В. Два резистора R7, R8 вместо одного, установлены для снижения рассеиваемой мощности на них.
Величина сопротивление шунта (Rsh) совместно с коэффициентом усиления IC1A (k) и напряжением в точке RES.1 (Vref), определяют максимальное значение тока зарядки (Imax) регулятора:
Imax=Vref/(k*Rsh).
Где коэффициент усиления дифференциального усилителя:
k=R5/R1, при R1=R2, R5=R3.
В нашем случае:
Rsh=0.1 Ом/3=0,0333 Ом,
k=1500 Ом/100 Ом=15,
Imax=2,5 В/(15*0,0333 Ом)=5 А.
После проверки правильности монтажа платы управления, нужно правильно подключить ее к ИБП. Я постарался изобразить наглядно, что бы не возникло проблем в подключении. Провод управления следует подключать к разобранному блоку, предварительно отключив его от сети 220 В.!! Перед включением необходимо установить кожух БП на штатное место и настроить резистор R10 в максимальное большое сопротивление. Включаем. настраиваем выходное напряжение ИБП, для работы в составе устройства бесперебойного питания, при разомкнутых контактах кнопки "Режим" , резистором SVR1 (см. первый рисунок) на уровне 13-13,8 В. При нажатии кнопки "Режим", следует установить выходное напряжение 14,4 В. резистором R10, для однократной зарядки аккумулятора. Проверяем напряжение на крайних выводах резистора регулировки, оно должно составлять 2.5 В. Подключив исправный аккумулятор проверим регулировку выходного тока. Максимальный ток не должен превышать 5 А. для данного ИБП. Если ток не достаточный нужно изменить усиление усилителя на IC1A. Впрочем после этого усилителя можно поставить подстроечный резистор на общий провод и движок этого резистора подключить к 5 выв. IC1. для подстройки максимума. Минимум будет около нуля ампер и в подстройке не нуждается. Для проверки выходного тока можно использовать мощный резистор или спираль от электроплитки, но стабилизация тока будет происходить только в небольшом диапазоне напряжений от приблизительно 10 В. до 13 или 14.4 В., в зависимости от настроек переключателя.
Зарядное устройство имеет особенности:
- При зарядке до 14.4 В. необходимо наблюдать за состоянием светодиода "Заряд". По окончании заряда он потухнет, и следует отключить ЗУ от батареи.
- В случае неисправности аккумулятора и напряжении на нем менее 10 В., светодиод будет мигать, а заряда не будет.
- При коротком замыкании выходных клемм светодиодной индикации не будет, но в ИБП сработает внутренняя защита.
- От переполюсовки клемм аккумулятора данное ЗУ защиты не имеет и желательно на выходе установить предохранитель 5 А.
Конструкция блока управления выполнена на макетной печатной плате выводными компонентами. В схеме использованы широко распространенные элементы. Вместо стабилитрона VR1 можно использовать обыкновенный стабилитрон на напряжение 3,3-5,1 В. (Vref), изменив коэфф. усиления дифф. усилителя по вышеприведенной формуле. Светодиод ультраяркий красный в прозрачном корпусе, такие при малом токе хорошо светят. Переменный резистор регулятора любого удобного типа с номиналом 1-10 кОм.
В качестве токового шунта я использовал резисторы 0,1 Ом 1 Вт., они достаточно распространены и не дефицитны. Подключение к шунту производилось, как показано на рисунке и фотографии. Можно использовать готовый шунт или резисторы низкого сопротивления 0,03-0,01 Ом мощностью 3 и более ватт, например MPR-5W, BPR56. В крайнем случае можно использовать моток медного провода низкого сечения, но параметры будут меняться с прогревом.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | Операционный усилитель | LM358 | 1 | В блокнот | ||
| D1 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | КД521, КД522 | В блокнот | |
| VR1 | ИС источника опорного напряжения | TL431 | 1 | В блокнот | ||
| R10 | Подстроечный резистор | 50 кОм | 1 | многооборотный | В блокнот | |
| R1, R2 | Резистор | 100 Ом | 2 | МЛТ-0,125 | В блокнот | |
| R3, R5 | Резистор | 1,5 кОм | 2 | МЛТ-0,125 | В блокнот | |
| R4 | Резистор | 22 кОм | 1 | МЛТ-0,125 | В блокнот | |
| R6 | Резистор | 4к3 | 1 | МЛТ-0,125 | В блокнот | |
| R7-R9 | резистор |
Иногда случается так, что аккумулятор в машине садиться и завести ее уже не получается, так как стартеру не хватает напряжения и соответственно тока, чтобы провернуть вал двигателя. В этом случае можно «прикурить» от другого владельца авто, чтобы двигатель заработал и аккумулятор стал заряжаться от генератора, однако для этого нужны специальные провода и человек, желающий вам помочь. Можно так же зарядить аккумулятор самостоятельно посредством специализированного зарядного устройства, однако они достаточно дорогие, и пользоваться ими приходится не особо часто. Поэтому в данной статье мы подробно рассмотрим устройство самоделки, а также инструкцию о том, как сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками.
Устройство самоделки
Нормальное напряжение на аккумуляторе, отключенном от автомобиля, находится в пределах между 12,5 в и 15 в. Поэтому зарядное устройство должно выдавать такое же напряжение. Ток заряда должен быть равен примерно 0,1 от емкости, он может быть и меньше, но это увеличит время зарядки. Для стандартной батареи емкостью 70-80 а/ч ток должен быть равен 5-10 амперам в зависимости от конкретного аккумулятора. Наше самодельное зарядное устройство для АКБ должно соответствовать этим параметрам. Для сборки зарядного устройства для автомобильного аккумулятора нам потребуются следующие элементы:
Трансформатор. Нам подойдет любой из старого электроприбора или купленный на рынке с габаритной мощностью порядка 150 Ватт, можно больше, но не меньше, иначе он будет сильно нагреваться и может выйти из строя. Отлично, если напряжение его выходных обмоток составляет 12,5-15 В, а ток порядка 5-10 ампер. Посмотреть эти параметры можно в документации к вашей детали. Если же нужной вторичной обмотки нет, то необходимо будет перемотать трансформатор под другое выходное напряжение. Для этого:
Таким образом мы нашли или собрали идеальный трансформатор, чтобы сделать зарядное устройство для аккумулятора своими руками.
Нам также понадобятся:
Подготовив все материалы можно переходить к самому процессу сборки автомобильного ЗУ.
Технология сборки
Чтобы сделать зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками, необходимо следовать пошаговой инструкции:
- Создаем схему самодельной зарядки для АКБ. В нашем случае она будет выглядеть следующим образом:
- Используем трансформатор ТС-180-2. Он имеет несколько первичных и вторичных обмоток. Для работы с ним нужно соединить последовательно две первичные и две вторичные обмотки, чтобы получить нужное напряжения и ток на выходе.
- С помощью медного провода соединяем между собой выводы 9 и 9’.
- На стеклотекстолитовой пластине собираем диодный мост из диодов и радиаторов (как показано на фото).
- Выводы 10 и 10’ подключаем к диодному мосту.
- Между выводами 1 и 1’ устанавливаем перемычку.
- К выводам 2 и 2’ с помощью паяльника крепим сетевой шнур с вилкой.
- В первичную цепь подключаем предохранитель на 0,5 А, 10-амперный соответственно во вторичную.
- В разрыв между диодным мостом и аккумулятором подключаем амперметр и отрезок нихромовой проволоки. Один конец которой закрепляем, а второй должен обеспечивать подвижный контакт, таким образом будет меняться сопротивление и ограничиваться ток, подаваемый на аккумулятор.
- Изолируем все соединения термоусадкой или изолентой и помещаем устройство в корпус. Это необходимо, чтобы избежать поражения электрическим током.
- Устанавливаем подвижный контакт на конец проволоки, чтобы ее длинна и соответственно сопротивление были максимальны. И подключаем аккумулятор. Уменьшая и увеличивая длину проволоки, необходимо выставить нужное значение тока для вашего аккумулятора (0,1 от его емкости).
- В процессе зарядки сила тока, подаваемая на аккумулятор, будет сама уменьшаться и когда она достигнет 1 ампера можно сказать, что аккумулятор зарядился. Желательно также контролировать непосредственно напряжение на батарее, однако для этого его необходимо отключить от з/у, так как при зарядке оно будет немного выше реальных значений.
Первый запуск собранной схемы любого источника питания или ЗУ всегда производят через лампу накаливания, если она загорелась в полный накал - или где-то ошибка, или первичная обмотка замкнута! Лампу накаливания устанавливают в разрыв фазного или нулевого провода, питающих первичную обмотку.
Данная схема самодельного зарядного устройства для АКБ имеет один большой недостаток – она не умеет самостоятельно отключать аккумулятор от зарядки после достижения нужного напряжения. Поэтому вам придется постоянно следить за показаниями вольтметра и амперметра. Есть конструкция, лишенная этого недостатка, однако для ее сборки потребуется дополнительные детали и больше усилий.
Наглядный пример готового изделия
Правила эксплуатации
Недостаток самодельного зарядного устройства для аккумулятора 12В заключается в том, что после полной зарядки АКБ автоматическое отключение прибора не происходит. Именно поэтому Вам придется периодически поглядывать на табло, чтобы вовремя выключить его. Еще один важный нюанс – проверять ЗУ «на искру» категорически запрещается.