Каждый автолюбитель мечтает иметь в своем распоряжении выпрямитель для зарядки аккумулятора. Без сомнения, это очень нужная и удобная вещь. Попробуем рассчитать и изготовить выпрямитель для зарядки аккумулятора на 12 вольт.
Обычный аккумулятор для легковой автомашины имеет параметры:

• напряжение в обычном состоянии 12 вольт;
• емкость аккумулятора 35 — 60 ампер часов.

Соответственно ток заряда составляет 0,1 от емкости аккумулятора, или 3,5 — 6 ампер .
Схема выпрямителя для зарядки аккумулятора изображена на рисунке.

Прежде всего нужно определить параметры выпрямительного устройства.
Вторичная обмотка выпрямителя для зарядки аккумулятора должна быть рассчитана на напряжение:
U2 = Uак + Uo + Uд где:
— U2 — напряжение на вторичной обмотке в вольтах;
— Uак — напряжение аккумулятора равно 12 вольт;
— Uo — падение напряжения на обмотках под нагрузкой равно около 1,5 вольт;
— Uд — падение напряжения на диодах под нагрузкой равно около 2 вольт.

Всего напряжение: U2 = 12,0 + 1,5 + 2,0 = 15,5 вольт.

Примем с запасом на колебание напряжения в сети: U2 = 17 вольт.

Ток заряда аккумулятора примем I2 = 5 ампер.

Максимальная мощность во вторичной цепи составит:
P2 = I2 х U2 = 5 ампер х 17 вольт = 85 ватт.
Мощность трансформатора в первичной цепи (мощность, которая будет потребляться от сети) с учетом КПД трансформатора, составит:
P1 = P2 / η = 85 / 0,9 = 94 ватт. где:
— Р1 — мощность в первичной цепи;
— Р2 — мощность во вторичной цепи;
-η = 0,9 — коэффициент полезного действия трансформатора, КПД.

Примем Р1 = 100 ватт.

Рассчитаем стальной сердечник Ш — образного магнитопровода, от площади поперечного сечения которого зависит передаваемая мощность.
S = 1,2√ P где:
— S площадь сечения сердечника в см.кв.;
— Р = 100 ватт мощность первичной цепи трансформатора.
S = 1,2√ P = 1,2 х √100 = 1,2 х 10 = 12 см.кв.
Сечение центрального стрежня, на котором будет располагаться каркас с обмоткой S = 12 см.кв.

Определим количество витков, приходящихся на 1 один вольт, в первичной и вторичной обмотках, по формуле:
n = 50 / S = 50 / 12 = 4,17 витка.

Возьмем n = 4,2 витка на 1 вольт.

Тогда количество витков в первичной обмотке будет:
n1 = U1 · n = 220 вольт · 4,2 = 924 витка.

Количество витков во вторичной обмотке:
n2 = U2 · n = 17 вольт · 4,2 = 71,4 витка.

Возьмем 72 витка.

Определим ток в первичной обмотке:
I1 = P1 / U1 = 100 ватт / 220 вольт = 0,45 ампер.

Ток во вторичной обмотке:
I2 = P2 / U2 = 85 / 17 = 5 ампер.

Диаметр провода определим по формуле:
d = 0,8 √I.

Диаметр провода в первичной обмотке:
d1=0,8 √I1 = 0,8 √ 0,45 = 0,8 · 0,67 = 0,54 мм.

Диаметр провода во вторичной обмотке:
d2 = 0,8√ I2 = 0,8 5 = 0,8 · 2,25 = 1,8 мм.

Вторичная обмотка наматывается с отводами.
Первый отвод делается от 52 витка, затем от 56 витка, от 61, от 66 и последний 72 виток.

Вывод делается петелькой, не разрезая провода. затем с петельки счищается изоляция и к ней припаивается отводящий провод.

Регулировка зарядного тока выпрямителя производится ступенчато, переключением отводов от вторичной обмотки. Выбирается переключатель с мощными контактами.

Если такого переключателя нет, то можно применить два тумблера на три положения рассчитанных на ток до 10 ампер (продаются в авто-магазине).
Переключая их, можно последовательно выдавать на выход выпрямителя, напряжение 12 — 17 вольт.

Положение тумблеров на выходные напряжения 12 — 13 — 14,5 — 16 — 17 вольт.

Диоды должны быть рассчитаны, с запасом, на ток 10 ампер и стоять каждый на отдельном радиаторе, а все радиаторы изолированы друг от друга.

Радиатор может быть один, а диоды установлены на нем через изолированные прокладки.

Площадь радиатора на один диод около 20 см.кв., если один радиатор, то его площадь 80 — 100 см.кв.
Зарядный ток выпрямителя можно контролировать встроенным амперметром на ток до 5 -8 ампер .

Можно использовать данный трансформатор, как понижающий, для питания аварийной лампы на 12 вольт от отвода 52 витка. (смотрите схему).
Если нужно питать лампочку на 24 или на 36 вольт, то делается дополнительная обмотка, из расчета на каждый 1 вольт 4,2 витка.

Эта дополнительная обмотка включается последовательно с основной (смотреть верхнюю схему). Нужно только сфазировать основную и дополнительную обмотки (начало — конец), чтобы общее напряжение сложилось. Между точками: (0 – 1) — 12 вольт; (0 -2) — 24 вольта; между (0 – 3) — 36 вольт.
Например. Для общего напряжения в 24 вольта нужно к основной обмотке добавить 28 витков, а для общего напряжения 36 вольт, еще 48 витков провода диаметром 1,0 миллиметр.

Возможный вариант внешнего вида корпуса выпрямителя для зарядки аккумулятора, изображен на рисунке.

Как рассчитать трансформатор 220/36 вольт.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электичческим током.
В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.
Рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт, с выходным напряжением 36 вольт с питанием от электрической сети переменного тока напряжением 220 вольт.

Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под обыкновенный электропатрон продаются в магазинах электротоваров.
Если вы найдете лампочку на другую мощнось, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

Сделаем упрощенный расчет трансформатора 220/36 вольт.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт

Где:
Р_2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U _2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I _2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.
Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт .

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.
Поэтому от значения Р_1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт, зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P _1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50/10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков ,

округляем до 173 витка .

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера .

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I .

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм .

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА, то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где : d — диаметр провода .

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм² .

Округлим до 1,0 мм².

Из выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по 0,5 мм² .

Или два провода:
- первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Смотрите статьи:

Можно изготовить при наличии понижающего трансформатора. Самыми распространенными трансформаторами, применяемыми, в том числе для освещения гаражей, используются на напряжение 12 и 36 вольт. Трансформатор на напряжение 12 вольт не сможет обеспечить необходимый ток зарядки, и лучше применить для этой цели трансформатор с напряжением не менее 16 вольт.

Для зарядки аккумулятора необходимо выпрямленное, пульсирующее (без сглаживания при помощи конденсаторов и дросселей) напряжение, поданное через регулятор тока. Считается, что оптимальным током для зарядки автомобильного аккумулятора является ток 0,1Iн, т.е. для самого распространенного аккумулятора на ток 55 ампер, ток зарядки должен быть 5 - 5,5 ампер, при этом время заряда должно быть равно примерно 10 - 12 часов.

Самым простым зарядным устройством, может быть устройство по схеме на рис.1:

В схеме применяется выпрямительный диод на ток 5...50 ампер и обратное напряжение не менее 100 вольт, например: Д242 - Д247, КД203, КД206, КД210 и пр. Регулятором тока в этой схеме применена автомобильная лампа, а мощность ее зависит от напряжения на вторичной обмотке трансформатора. Так при напряжении 24 вольта, автомобильная лампа должна иметь мощность 40 ватт, для этой цели подойдут две лампы на 21 ватт, соединенных параллельно, или боле мощные лампы. Ток заряда по такой схеме будет около 1 ампера.

При напряжении трансформатора на 36 вольт необходимо применять автомобильные лампы на напряжение 24В, или включенные последовательно две по 12 вольт. Ток зарядки при этом будет ~1,5 ампера.

Для увеличения зарядного тока в 2 раза, и наличии 4-х выпрямительных диодов, можно собрать мостовую схему выпрямления напряжения по схеме рис. 2:

Такие зарядные устройства применимы для подзарядки аккумулятора, так как для зарядки полностью разряженного аккумулятора требуется очень длительное время (до 20-и часов и более).

При работе с данными с зарядными устройствами соблюдайте следующие меры безопасности!!!

• отключите зарядное устройство от сети, и только потом отсоединяйте от аккумулятора, во избежание взрыва электролита;

• при зарядке (подзарядке) аккумулятора непосредственно на автомобиле необходимо снять хотя бы одну клемму с выводов аккумулятора (проще клемму "-", соединенную с "массой" кузова автомобиля);

• при работе с сетевым напряжением 220В соблюдайте осторожность: используйте целые сетевые вилки и провода, желательно использовать УЗО или автоматические выключатели, а так же евро-розетки и евро-вилки с заземляющим проводом;

• Включенное зарядное устройство должно находиться под наблюдением, либо предприняты меры по пожарной безопасности, на случай перегорания или взрыва ламп;

• Заземлить корпус и пластины трансформатора.

В самых сложных условиях, когда нет понижающего трансформатора, но имеется выпрямительный диод на напряжение 400 вольт на ток не менее 2-х ампер, и лампы накаливания на 220 вольт, можно собрать зарядное устройство по схеме на рис 3.

В этой схеме ток зарядки зависит от мощности лампы накаливания. Так при мощности лампы 200 ватт, зарядный ток будет составлять около ~0,5 ампера (лампы можно соединять параллельно). Для увеличения зарядного тока можно применить более мощную лампу, либо применить любые бытовые приборы (утюг, электроплитка), мощностью 500…1000 ватт. Ток заряда пропорционально увеличивается.

При наличии 4-х выпрямительных диодов (рис.4) ток заряда увеличивается вдвое.

ВНИМАНИЕ!!!

Неоднократно автолюбитель сталкивался с проблемой зарядки свинцового аккумулятора автомобиля. С учетом типа и емкости стартерных аккумуляторов (45-120 Ампер/часов) нужно подобрать довольно мощное зарядное устройство, которое может долговременно обеспечивать зарядный ток.

Зарядный ток кислотного аккумулятора должен составлять десятую часть емкости самого аккумулятора, иными словами, если аккумулятор на 60 Ампер/часов, то зарядное устройство должно заряжать его током 6 Ампер. Такой ток получить довольно сложно, если задействовать сетевой трансформатор.

Давайте сделаем небольшой подсчет. Напряжение зарядного устройства составляет 14-14.4 Вольт, с учетом тока 6 ампер, вам будет нужен трансформатор с примерной мощностью 14.5х6 ватт, с учетом потерь в узла управления, трансформаторе и диодах транс должен быть как минимум на 100 ватт и это только для аккумуляторов не более 60 Ампер.

Для строения универсального зарядного устройства трансформаторы нужны ватт на 150-200 ватт.
Сетевой трансформатор на такую мощность найти можно, но опять же – рулят импульсные схемы из-за низкой стоимости, малых размеров, легкого веса и это еще не все.

Хотя и свинцовые аккумуляторы малочувствительны к параметрам зарядного устройства, но желательно иметь стабилизированное зарядное устройство. Если к примеру собрать зарядку для аккумулятора на основе сетевого трансформатора, добавить к нему диодный выпрямитель (который будет недурно нагреваться в ходе работы) далее собрать узел регулировки тока заряда и добавить напоследок стабилизацию, то мы получим как минимум 20% потерь на тепло. Те же функции можно без проблем реализовать с импульсными блоками питания, но уже с минимальными потерями.

LED драйверы для светодиодных лент сегодня довольно популярны. В продаже можно встретить такие блоки буквально любой мощности – от пару десятков ватт до 1киловатт. Эти блоки удобны тем, что выдают на выходе стабилизированное напряжение, которое можно регулировать в пределах 9-14,5 Вольт – то, что нам нужно. В моем варианте для обзора был куплен блок питания с током 15 Ампер, заявленная производителем мощность составляет 180 ватт. Все, что нам нужно, это сетевой шнур, амперметр с током 10-15 Ампер (цифровой или стрелочный, можно и простой мультиметр в режиме амперметра)

Подключаем сетевой шнут к соответствующим контактным клеммам блока питания, подключаем БП в сеть 220 Вольт. Дальше должен гореть зеленый светодиод, что свидетельствует о наличии выходного напряжения бп.
Далее последовательным образом подключаем в разрыв плюсовой шины наш амперметр, минус с блока питания напрямую подключается к минусу аккумулятора. Этим процесс завершен. Ток по сути зависит от напряжения заряда, а напряжение мы можем выставит с помощью переменника, который имеется на плате блока питания.

Несколько слов о конструкции драйвера (блока питания) светодиодных лент.

Такие драйверы для светодиодных лент выпускаются в алюминиевых корпусах, со всеми удобствами, следовательно, в дополнительном корпусе нет нужды. Все активные компоненты укреплены на теплоотвод, в роль которого играет корпус блока питания.

Схема схожа с компьютерным блоком питания – тот же полумостовой понижающий иип построенный на ШИМ контроллере ТЛ494. В качестве силовых ключей задействованы мощные высоковольтные биполяшки серии MJE13009.
Спереди размещена контактная площадка с клеммами входа сетевого питания и выходных шин 12 Вольт.

Рядом с контактами имеется небольшой регулятор, которым можно выставить выходное напряжение в пределах 9-14.5 Вольт.

На плате бп также реализован довольно хороший сетевой фильтр, встроенный на плату предохранитель и разрядная цепь для мощных конденсаторов полумоста. Параллельно вторичной и первичной обмотке можно увидеть цепи снаббера.

Регулировка выходного напряжения осуществляется микросхемой ТЛ431 – довольно часто применяют в импульсных источниках питания.

При желании заменой одного резистора в обвязке TL431 можно поднять выходное напряжение блока питания до 22-х Вольт, но в таком случае нужно заменить выходные электролиты, которые рассчитаны на 25 Вольт.

Сетевой фильтр на входе питания состоит из дросселя с двумя независимыми обмотками. Перед и после дросселя стоят пленки 0,1мкФ. Параллельно этим конденсаторам стоят разряжающие резисторы на пару сотен килоом, для разрядки конденсаторов после отключения бп.

Также в цепи сетевого питания стоит варистор, который предназначен для снижения пускового тока блока, в момент подачи сетевого напряжения.

Также в блоке питания предусмотрено заземление.

Правильный заряд аккумуляторной батареи является одним из наиболее важных условий, позволяющих обеспечить длительный срок их службы. Важно правильно спроектировать зарядное устройство, чтобы обеспечить оптимальный режим заряда батареи для восстановления номинальной ёмкости, определяющей количество электричества, которое может отдать полностью заряженный аккумулятор. Заряд аккумуляторной батареи, как правило, осуществляется в две ступени. На первой ступени рекомендуется заряжать аккумулятор неизменным по значению током IЗ = 0,25САБ. При этом аккумулятор получает основную часть энергии, в пределах 95 %. Зарядка аккумулятора на второй ступени происходит при стабильном напряжении. Этот режим обычно называют режимом подзаряда и используют для компенсации уменьшения емкости аккумулятора, вызванного токами саморазряда.

Зарядное устройство выполнено на базе непосредственного преобразователя постоянного напряжения НПН понижающего типа. Регулирование выходного напряжения в нем осуществляется за счет изменения относительной длительности открытого состояния силового транзистора при использовании широтно-импульсного регулирования. Частота преобразования зарядного устройства fЗУ = 22 кГц.

Исходными данными для расчета зарядного устройства являются входное напряжение, выходное напряжение, ток и характеристики АБ. Используем в качестве питающего выпрямленное напряжение сети. Заряд аккумуляторной батареи может осуществляться только при условии, что напряжение питающей сети находится в допустимом диапазоне.

Для однофазной питающей сети переменного тока с бестрансформаторным входом для СГЭП выберем мостовую схему выпрямителя с индуктивно-ёмкостным фильтром . При учете диапазона изменения напряжения питающей сети (отклонение вниз от номинала на 10%) значение напряжения на выходе входного фильтра не превышает UВХmin = 1,41Uсmin = 1,41·99 = 139 В даже на холостом ходу (конденсатор входного фильтра заряжен до напряжения, равного амплитуде напряжения питающей сети). В рабочем режиме UВХmin будет еще ниже на величину падения напряжения на диодах выпрямителя. Так как вход выпрямителя бестрансформаторный, коммутационными потерями можно пренебречь и величину выпрямленного напряжения можно считать по соотношениям для идеального выпрямителя.

Наибольшее значение напряжения на выходе фильтра определится из выражения (холостой ход - конденсатор фильтра заряжен до амплитуды входного напряжения):

Выходные параметры зарядного устройства определяются параметрами АБ. Выходное напряжение зарядного устройства для заряда АБ типа FG20721 c номинальным напряжением UАБ = 12·3 = 36 В и емкостью САБ = 6,5 Ач, работающей в цикличном режиме, определяется по выражению:

где 2,45 В - максимальное напряжение на элементе АБ;

m = 6 - количество элементов в секции;

n = 3 - количество секций в батарее.

Для выбора величины тока заряда АБ необходимо знать не только емкость АБ, но и интервалы времени между аварийными режимами (время, предоставленное для восстановления необходимой емкости АБ). Статистические данные выхода напряжения сети переменного тока за допустимые пределы - 1-2 раза в сутки. В этом случае для восстановления емкости АБ зарядный ток можно выбрать равным 0,2 САБ = 1,3А.

Для расчета параметров и выбора элементов силовой цепи зарядного устройства необходимо определить диапазон изменения относительной длительности открытого состояния транзистора зарядного устройства:

Для выбора величины индуктивности дросселя, кроме величины гmin, необходимо определиться с амплитудой пульсаций зарядного тока. Так как АБ не предъявляет особых требований к форме зарядного тока, то выберем величину пульсаций произвольно - допустим 10%.

Определим величину индуктивности по выражению:

Соединим параллельно три дросселя Д17-2 с параметрами: L = 2 мГн; Iподм = 6,3 А; Rобм = 0,3 Ом при последовательном соединении двух обмоток дросселя.

Т.к. АБ в СГЭП подключена постоянно, то выходной конденсатор ЗУ применяется для подавления высокочастотных помех. Выбираем конденсатор С10 - К73-17 - 100В - 1 мкФ±5%.

Рассчитаем параметры силового транзистора зарядного устройства. Максимальное напряжение, прикладываемое к силовому транзистору VT1 в закрытом состоянии определяется наибольшим выпрямленным напряжением:

Ток, протекающий через транзистор, равен току заряда:

Выбираем MOSFET-транзистор VT1 - IRF624 фирмы International Rectifier с параметрами: UСИmax = 250 В; IСmax = 4,4 А; RСИ = 1,1 Ом, tВКЛ = 20 нс, tВЫКЛ = 32 нс.

Статические потери в транзисторе:

Используя линейную аппроксимацию временной зависимости тока и напряжения в режиме переключения транзистора, определим динамические потери в нем по выражению:

Суммарные потери мощности на транзисторе:

не требуют установки транзистора на радиатор.

Максимальное обратное напряжение, прикладываемое к диоду VD4 определяется наибольшим выпрямленным напряжением:

Среднее значение тока, протекающего по диоду, равно:

Выбираем диод VD4 - MUR240 фирмы ON Semiconductor, имеющий характеристики: UОБРmax = 400 В; IПР = 2 А; IИМП = 25 А; UПР = 1,05 В; tВОССТ = 65 нс.

Для ограничения сквозного тока, протекающего через диод при включении транзистора за время восстановления запирающих свойств диода, устанавливают балластный (ограничительный) дроссель L5, индуктивность которого определяют по выражению:

Выбираем дроссель Д13-3 с параметрами: L = 5 мкГн; Iподм = 4 А; Rобм = 0,015 Ом при последовательном соединении двух обмоток дросселя.

Сопряжение цепи управления силовым ключом зарядного устройства с выходом схемы управления (микроконтроллером) требует обеспечения гальванической развязки и согласования управляющего сигнала по мощности. Для этого воспользуемся микросхемой драйвера нижнего уровня с ограничением тока DA1 - IR2121 фирмы International Rectifier и трансформатором TV1. Основные параметры драйвера приведены в таблице 2.1 .

Выберем фильтрующие конденсаторы по цепи питания микросхемы драйвера C1, C2 - К10-79 - 25В - 1 мкФ±20% Н30.

Конденсатор C5 необходим для создания напряжения разной полярности на трансформаторе драйвера TV1:

Выбираем конденсатор C5 - К10-79 - 25В - 2 мкФ±5%.

Таблица 2.1 - Основные параметры драйвера IR2121

Параметр	Значение
	150 нс / 150 нс

Рассчитаем трансформатор драйвера TV1. Для данного трансформатора выберем тип конструкции - тороид, магнитный материал сердечника - прессованный ферроматериал марки 2000НМ.

Коэффициент трансформации k = 1.

Средние значения напряжения на первичной и вторичной обмотках трансформатора U1 = U2 = 12 В.

Наибольшее среднее значение тока в первичной обмотке I1 = I2 = IД гmax = 0,5 А.

Рассчитаем габаритную мощность трансформатора:

По известным токам и напряжениям обмоток и габаритной мощности трансформатора выбирается сердечник и определяются параметры обмоток, при этом число витков первичной обмотки рассчитывается исходя из наибольшего напряжения, прикладываемого к ней, чтобы исключить режим насыщения (замагничивания) сердечника трансформатора.

где SО - площадь окна сердечника магнитопровода [см2];

SС - поперечное сечение сердечника [см2];

kф - коэффициент формы напряжения (для прямоугольного сигнала - kф = 1);

kс - коэффициент заполнения сердечника сталью (для трансформаторов, выполненных на сердечниках из прессованных ферроматериалов kс = 1);

д - плотность тока в обмотках трансформатора (среднее значение для многовитковых трансформаторов равно 2,5 А/мм2);

у - коэффициент заполнения окна сердечника медью (для проводов круглого сечения в пределах от 0,2 до 0,35), примем у = 0,3;

Bм - индукция в магнитопроводе (для трансформаторов, выполненных на сердечниках из прессованных ферроматериалов индукция не превышает 0,2 Тл).

Выбираем сердечник из стандартного ряда магнитопроводов К16х8х6, имеющий SОSС = 0,12 см4, SО = 0,501 см2, SС = 0,24 см2.

Число витков в обмотках трансформаторов:

Диаметры проводов обмоток:

выбираем по одному проводу для каждой обмотки ПЭВ-1 с диаметром провода без изоляции равным 0,51 мм (диаметр провода с изоляцией равен 0,56 мм).

Диод VD2 служит для предотвращения появления на выходе микросхемы драйвера выбросов выходного напряжения ниже уровня земли во время процесса выключения. Максимальное обратное напряжение на диоде UОБРmax = 12 В, максимальный средний ток диода равен IVDmax = 0,5 А. Выбираем диод VD2 - КД289А с параметрами: UОБРmax = 25 В; IVDmax = 1 А; fmax = 100 кГц.

Конденсатор C6, а также диод VD3 необходимы для восстановления формы и амплитуды управляющих сигналов с драйвера после трансформатора TV1. Конденсатор C6 = C5 = 2 мкФ.

Максимальное обратное напряжение на диоде VD3 UОБРmax = 12 В, максимальный средний ток диода равен IVDmax = 0,5 А.Выбираем диод VD3 - КД289А (UОБРmax = 25 В; IVDmax = 1 А; fmax = 100 кГц).

Резистор в цепи затвора необходим для ограничения тока управления силовым транзистором ЗУ. Примем максимальное значение тока затвора транзистора IЗmax = 1 А. Рассчитаем сопротивление ограничивающего резистора:

Мощность, рассеиваемая на резисторе:

Выбираем резистор R3 - С2-33 - 0,125 - 12 Ом ±5%.

При длительной стоянке автомобильный аккумулятор со временем разряжается. Бортовое электрооборудование постоянно потребляет небольшой ток, а в АКБ происходит процесс саморазряда. Но даже регулярная эксплуатация машины не всегда обеспечивает достаточный заряд.

Особенно это заметно в зимнее время при коротких поездках. В таких условиях генератор не успевает восстановить заряд, потраченный на работу стартера. Тут поможет только зарядное устройство для автомобильного аккумулятора , которое можно сделать своими руками.

Зачем нужно заряжать АКБ

В современных автомобилях используются свинцово-кислотные аккумуляторы. Их особенность в том, что при постоянном слабом заряде происходит процесс сульфатации пластин . В результате аккумулятор теряет емкость и не может справиться с запуском двигателя. Избежать этого можно, регулярно заряжая батарею от сети. С его помощью можно подзарядить батарею и предотвратить, а в некоторых случаях даже обернуть вспять, процесс сульфатации.

Зарядное устройство (УЗ) для аккумуляторов, сделанное своими руками, незаменимо в случаях, когда вы оставляете машину в гараже на зимний период. Из-за саморазряда АКБ теряет 15-30% емкости за месяц . Поэтому завести машину в начале сезона без предварительной зарядки не получится.

Требования к ЗУ для автомобильных аккумуляторов

• Наличие автоматики. Аккумулятор ставится на заряд преимущественно ночью. Поэтому ЗУ не должно требовать контроля тока и напряжения со стороны автовладельца.
• Достаточное напряжение. Источник питания (ИП) должен выдавать 14,5 В . При падении напряжения на ЗУ нужно выбирать ИП большего напряжения.
• Защитная система. При превышении тока заряда автоматика должна необратимо отключать аккумулятор. Иначе прибор может выйти из строя и даже загореться. Система должна сбрасываться в исходное состояние только после вмешательства человека.
• Защита от переполюсовки. При неправильном подключении клемм АКБ к ЗУ цепь должна мгновенно отключаться. Система, описанная выше, справляется с этой задачей.

Распространенные ошибки конструкции самодельных ЗУ

• Подключение аккумулятора к домашней электросети через диодный мост и балласт в виде конденсатора с сопротивлением. Необходимый в таком случае бумажно-масляный конденсатор большой емкости обойдется дороже покупной «зарядки» . Такая схема подключения создает большую реактивную нагрузку, которая может «сбить с толку» современные приборы защиты и электросчетчики.
• Создание ЗУ на основе мощного трансформатора с первичной обмоткой на 220В и вторичной на 15В . Проблем с эксплуатацией такого оборудования не будет, а его надежности может позавидовать космическая техника. Но изготовление такого зарядного устройства для аккумулятора своими руками послужит наглядной иллюстрацией выражения «стрелять из пушки по воробьям» . Да и тяжелая громоздкая конструкция не отличается эргономикой и удобством использования.

Схема защиты

Вероятность того, что на выходе ЗУ для АКБ рано или поздно возникнет короткое замыкание 100% . Причиной может быть переполюсовка, слетевшая клемма или другая ошибка оператора. Поэтому начинать надо с конструкции устройства защиты (УЗ). Она должно быстро и четко срабатывать при перегрузке и обрывать выходную цепь.

Различают две конструкции УЗ:

• Внешние, выполненные в виде отдельного модуля. Их можно подключать к любому источнику постоянного напряжения 14 вольт.
• Внутренние, интегрированные в корпус конкретной «зарядки».

Классическая схема на диодах Шоттки спасает лишь при неправильном подключении аккумулятора. Но диоды попросту сгорят от перегрузки при подключении к разряженному аккумулятору или коротком замыкании на выходе ЗУ

Лучше использовать универсальную схему, представленную на рисунке. В ней используется гистерезис реле и медленная реакция кислотной батареи на скачки напряжения.

При скачке нагрузки в цепи падает напряжение на катушке реле и оно отключается, предотвращая перегрузку. Проблема в том, что данная схема не защищает при переполюсовке. Также система окончательно не отключается при превышении тока, а не коротком замыкании. При перегрузке контакты начнут непрерывно «хлопать» и этот процесс не остановится пока они не обгорят. Поэтому лучшей считается другая схема на паре транзисторов и реле.

Обмотка реле здесь подключена диодами по логической схеме «или» к схеме самоблокировки и модулям контроля. Перед эксплуатацией ЗУ нужно настроить, подключив к нему балластную нагрузку.

Какой источник тока использовать

Зарядное устройство, сделанное своими руками, требует источника питания. Для АКБ необходимы параметры 14,5-15 В/ 2-5 А (ампер часы) . Такие характеристики имеются у импульсных блоков питания (ИБП) и блоков на трансформаторе.

Достоинство ИБП в том, что он вполне может уже быть в наличии. Но трудоемкость создания ЗУ для АКБ на его основе намного выше. Поэтому покупать импульсный блок питания для использования в автомобильном ЗУ не стоит. Лучше тогда сделать более простой и дешевый источник питания из трансформатора и выпрямителя.

Схема зарядника для аккумулятора:

Источник питания для «зарядки» из ИПБ

Преимущество БП от компьютера в том, что он уже имеет встроенную защитную схему. Однако придется потрудиться, чтобы немного переделать конструкцию. Для этого надо сделать следующее:

• удалить все выходные провода кроме желтых (+12В) , черных (масса) и зеленого (провод включения ПК).
• закоротить зеленый и черный провода;
• установить выключатель сети (при отсутствии штатного);
• найти резистор обратной связи в цепи +12В ;
• заменить переменным резистором на 10 кОм ;
• включить БП;
• вращая переменный резистор, установить на выходе 14,4 В ;
• измерить текущее сопротивление переменного резистора;
• заменить переменный резистор постоянным того же номинала (допуск 2%);
• подключить к выходу блока питания вольтметр для контроля процесса зарядки (опционально);
• соединить желтые и черные провода в два жгута;
• подключить к ним провода с зажимами для соединения с клеммами.

Совет: вместо вольтметра можно использовать универсальный мультиметр. Для его питания следует оставить один красный провод (+5 В).

Зарядное устройство для аккумулятора своими руками готово. Остается только подключить прибор к электросети и зарядить батарею.

Зарядное на трансформаторе

Достоинство трансформаторного источника питания в том, что его электрическая инерция выше, чем у аккумулятора. Это повышает безопасность и надежность схемы.

В отличие от ИБП, здесь нет встроенной защиты. Поэтому надо нужно позаботиться о предотвращении перегрузки зарядного устройства, сделанного своими руками. Для автомобильных АКБ это тоже крайне важно. Иначе при перегрузках по току и напряжению возможны любые неприятности: от перегорания обмоток до расплескивания кислоты и даже взрыва аккумулятора.

ЗУ из электронного трансформатора (Видео)

В этом видео рассказывается о регулируемом блоке питания, основой которого служит переделанный электронный 12в трансформатор мощностью 105 Вт. В сочетании с модулем импульсного стабилизатора получается надёжный и компактный ЗУ для всех типов АКБ. 1.4-26V 0-3A.

Самодельный источник питания состоит из двух блоков: трансформатора и выпрямителя.

Можно найти готовую деталь с подходящими обмотками или намотать самому. Второй вариант более предпочтителен, так как найти трансформатор с выходом 14,3-14,5 вольт вам вряд ли удастся. Придется использовать готовые решения, выдающие 12,6 В . Повысить напряжение примерно на 0,6 В можно с помощью сборки выпрямителя со средней точкой на диодах Шоттки.

Мощность обмоток должна быть не менее 120 ватт , параметры диодов -

Автор

Профессиональный авто механик со стажем работы более 7 лет на одной из самых крупных сто в Москве. Хорошо разбираюсь в таких машинах как Ваз, Kia, Peugeot, Bmw, Audi, Mercedes и многие другие. Если хотите получить профессиональный ответ, оставляйте свои отзывы в комментариях к этому материалу.