Автоматическое малогабаритное универсальное зарядное устройство для 6- и 12-вольтовых аккумуляторов

Описываемое устройство предназначено для автоматической зарядки аккумуляторов средней емкости до 7 А/ч. Построено по принципу заряда аккумуляторов в источниках бесперебойного питания (UPS) фирмы APC. Питание устройства осуществляется от внешнего источника либо постоянного, либо переменного тока напряжением 18...24 V. Такое построение позволило получить достаточно малогабаритное устройство.

Зарядное устройство, несмотря на кажущуюся сложность схемы, не содержит дефицитных деталей и очень просто в налаживании. Заряжаемая батарея защищена от перезаряда благодаря ограничению напряжения на выходе при достижении заданного уровня напряжения на батарее. Более того, этот уровень можно подстраивать. Наконец, схема недорога и защищена от коротких замыканий.

Рис.1. Принципиальная схема зарядного устройства (щелкните мышью для увеличения)

На микросхеме DA1 LM317T собран ограничитель зарядного тока, величина которого выбирается переключателем SB1. В зависимости от емкости аккумулятора можно выбрать ток заряда либо 0,4А (4,5...5 А/ч), либо 0,7А (6...7 А/ч). Можно заряжать аккумулятор емкостью и до 12 А/ч, только при этом время заряда увеличивается (либо применить другие номиналы резисторов R1, R2).

На микросхеме DA2 LM317T (рис.1) собран ограничитель зарядного напряжения. Для 6-ти вольтовых аккумуляторов оно составляет 6,88 V, для 12-ти - 13,76 (±0,2) V, соотвественно устанавливаемое резисторами RP2 и RP1. Ограничитель напряжения останавливает заряд аккумулятора, когда он полностью заряжен. Далее аккумулятор может оставаться подключенным сколь угодно долго без опасности перезарядки.

На компараторе DA4 собрана схема контроля за напряжением на зажимах аккумулятора, которая управляет режимом и индикацией заряда аккумулятора. В качестве индикатора применен двухцветный светодиод, красное свечение которого сигнализирует о разряде, а зеленое - о заряде аккумулятора.

Если батарея разряжена, то напряжение на выходе 2 компаратора (выход с открытым коллектром) DA4.1 будет нулевым. Транзистор VT1 будет открыт, что приведет к свечению красной половинки светодиода VD6. На входы компараторов DA4.2 и DA4.4 подается опорное напряжение, стабилизируемое стабилитроном VD5 на 6 V. Номиналы резисторов подобраны таким образом, что VT2 будет закрыт, а транзистор VT3 будет открыт. VT3 работает в режиме ключа и при разряженном аккумуляторе отключает ограничитель напряжения. В данном случае работает только ограничитель тока для ускорения заряда аккумулятора.

При достижении напряжения на зажимах аккумулятора близкое к зарядному - 6,4 и 12,8 V для соответствующего диапазона, соотвественно устанавлемое резисторами RP3 и RP4, наоборот выход компаратора DA4.1 установится в высокое напряжение. Транзистор VT1 будет закрыт, компараторы DA4.2 и DA4.4 переключатся в инверсное состояние. Транзистор VT2 будет открыт, что приведет к свечению зеленому свечению светодиода VD6, а транзистор VT3 будет закрыт, разрешая работу ограничителя напряжения.

На микросхеме DA3 7812 собран стабилизатор питания схемы управления и индикации, а также схемы управления вентилятора охлаждения радиатора. Схема включения вентилятора охлаждения (аналогично охлаждения процессора ПК или блоков питания ПК) собрана на компараторе DA4.3, транзисторе VT4 и терморезисторе RK1 с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. При нагреве радиатора его сопротивление уменьшается, срабатывает компаратор DA4.3, транзистор VT4 открывается и включается вентилятор охлаждения радиатора. Вентилятор подключен к разхему X1.

Конструкция, детали

Силовые элементы - DA1, DA2, DA4, транзисторы VT3, VT4 и терморезистор RK1 установлены на основании радиатора охлажения процессора ПК (у меня, например, от Socket370), сверху которого установлен вентилятор. Все это расположено в непосредственной близости от печатной платы. В качестве компаратора DA3 применена микросхема LM339D для поверхностного монтажа, что позволило сделать конструкцию малогабаритной. Конденсаторы C4 и C5 на 35 V, а C6 - 16 V. Размеры печатной платы всего 65×70 мм. Размеры устройства (у меня) 145×75×50 мм, вес 350 грамм.

Налаживание

Если печатная плата выполнена без ошибок и детали исправны, налаживание сводится только к регулировке узлов устройства. Подав на вход XS1 напряжение 20...22 V, проверяют наличие 12 V на выходе DA3. Затем без аккумулятора, на выходе зарядного устройства X2 в положении переключателя SB2 "6 вольт" установить подстроечным резистором RP2 напряжение 6,4 V и добиться срабатывания зеленого свечения светодиода VD6 подстроечным резистором RP4. Затем, переключив SB2 на "12 вольт", установить подстроечным резистором RP1 напряжение 12,8 V и добиться срабатывания зеленого свечения светодиода VD6 подстроечным резистором RP3.

После настройки схемы контроля установить на выходном разъеме X2 напряжение 6,88 V резистором RP2 (в положении переключателя SB2 "6 вольт") и напряжение 13,76 V резистором RP1 (в положении переключателя SB2 "12 вольт").

Затем нагрев (можно и паяльником) до желаемой температуры радиатор, добиться резистором RP5 срабатывания схемы включения вентилятора. После этого настройку можно считать законченной.

Микросхемы DA1, DA2 и транзистор VT3 установить на радиатор обязательно через изолирующие прокладки. Транзистор VT3 имеет следующие параметры:
U_с-и - 30V,
I_с - 35A,
P_c - 60 Вт.