Тиристорное зарядное скачет ток. Схема и принцип работы зарядного устройства на тиристорах

26.08.2023

Большой популярностью среди автолюбителей самодельщиков пользуются тиристорные автозарядки, в которых питание от мощного трансформатора поступает на АКБ через тиристор, управляемый открывающими его импульсами от генератора. В простейшем виде схема будет выглядеть вот так:

И нечего улыбаться — она реально рабочая и в своё время довольно долго успешно эксплуатировалась. Более сложный вариант, с отдельным генератором импульсов и контролем режимов заряда (напряжения на батарее) показан на следующей принципиальной схеме:

Но если опыт позволяет, луче собрать третье автоматическое зарядное тиристорное, которое кроме того что собрано многими людьми, имеет вполне неплохие параметры и возможности.

Схема и печатная плата ЗУ на SCR

Печатная плата нарисована вручную маркером. Вы можете сделать разводку самостоятельно, например на основании вот этого рисунка:

Параметры зарядного устройства

Выходное напряжение 1 — 15 В
Предельный ток до 8 А
Защита от перезаряда аккумулятора.
Защита от случайной короткого замыкания выхода
Защиты против смены полярности

Функциональное описание схемы

Переменное напряжение от вторичной обмотки трансформатора (около 17 В) подается на управляемый тиристорно-диодный мост, далее в зависимости от импульсов управления, следующих от контроллера, оно подается на клеммы аккумулятора.

Контроллер состоит из отдельного сетевого трансформатора, его напряжение формируется стабилизатором LM7812, двойной мультивибратор CD4538 делает управляющие импульсы на тиристорах, и имеет цепи контроля напряжения аккумуляторной батареи, состоящие из оптрона CNY17 и источника опорного напряжения TL431, работающего в качестве компаратора.

Если напряжение на выходе TL431 (R) ниже 2,5 В (система делителя с PR2 с резисторами), ток не протекает через TL431 через LED2 и CNY17 из-за блокировки транзистора BC238, что приводит к высокому состоянию на входе сброса выв.13 микросхемы CD4538 и её нормальной работе (если управляющие импульсы направляются на затворы тиристора), если напряжение увеличивается (в результате зарядки батареи), тогда начинает действовать TL431, ток прекращает течь через LED2 и CNY17, BC238 срабатывает и низкое состояние подается на выв.13, генерация управляющих импульсов на затворе тиристора прекращается, и напряжение на аккумуляторе отключается. Напряжение отключения устанавливается PR4 на уровне 14,4 В. Светодиод LED1 во время зарядки становится все более и более частым и почти на финальной стадии.

Также использовались 2 датчика температуры 80 C. Один приклеен к радиатору, а другой — к вторичной обмотке сетевого трансформатора, датчики соединены последовательно. Активация датчика приводит к отключению напряжения на оптопаре и блокировке мультивибратора CD4538 и отсутствию сигналов управления затворами тиристора.
Вентилятор постоянно подключен к аккумуляторной батарее.

Схема имеет переключатель AUT / MAN в положении MAN, при этом автоматическая система контроля напряжения аккумулятора отключена, и аккумулятор можно заряжать вручную, контролируя напряжение.

Вот несколько вариантов схем подключения выпрямителей и тиристоров:

Схема на рис. A . Наименее благоприятное включение, высокое падение напряжения и сильный нагрев моста плюс потери на тиристоре. Преимущества: можно использовать один радиатор, потому что выпрямительные мосты обычно изолированы от корпуса.
Схема на рис. Б наиболее выгодна, потери только на тиристорах. Но два радиатора.
Схема на рис. С умеренно выгодна. Три или один радиатор (с одним радиатором, одним двойным диодом Шоттки или двумя диодами с катодом на корпусе.

Это нормальные напряжения на выводах чипа CD4538:

1 — 0 В
2 — от 11,5 В до 6 В при повороте потенциометра P
3,16 — 12 В
4,6,11 — от 2 В до 12 В при повороте P
5 — приблизительно 10 В
10,12 — около 0,1 В
13 — около 11,5 В с выключенным LED1
14 — около 12 В
15 — 0

В коллекторе BD135 около 19,9 В. Для более детальной настройки понадобится осциллограф. Схема довольно проста и при правильной сборке должна запускаться сразу после подачи напряжения.

Фото процесса изготовления зарядки

Диодно-тиристорный мост размещен на отдельных платах и может проводить ток до 20 А, радиаторы изолированы друг от друга и корпуса. Вторичная обмотка трансформатора намотана проволокой диаметром около 2 мм, и при принудительном охлаждении она может дать долговременно около 8 А (достаточно для большинства нужд автолюбителей, заряжая батареи до 82 А/ч). Но ничего не мешает установить трансформатор с ещё большей мощностью.

Тут использованы отдельные измерительные провода, которые подключаются к токовым клеммам.

Зарядка АКБ : зарядный ток составляет 1/10 от емкости батареи, через некоторое время, в зависимости от степени разряда, LED1 начинает мигать и вскоре приближается к напряжению 14,4 В. Чаще всего зарядный ток тоже падает, в конце зарядки диод светит почти все время. Небольшой гистерезис вводится электролитическим конденсатором на R-выводе TL431.

Стоимость сборки самодельной ЗУ определяется основным трансформатором (160 Вт, 24 В) примерно 1000 руб., а также мощными диодами и тиристорами. Обычно этого добра в радиолюбительских закромах хватает (как и готовых корпусов от чего-то), так что в идеале оно не будет стоить ни копейки.

При нормальных условиях эксплуатации, электрическая система автомобиля самодостаточна. Речь идет об энергоснабжении – связка из генератора, регулятора напряжения, и аккумуляторной батареи, работает синхронно и обеспечивает бесперебойное питание всех систем.

Это в теории. На практике, владельцы автомобилей вносят поправки в эту стройную систему. Или же оборудование отказывается работать в соответствии с установленными параметрами.

Например:

Эксплуатация аккумуляторной батареи, которая исчерпала свой ресурс. Элемент питания «не держит» заряд
Нерегулярные поездки. Длительный простой автомобиля (особенно в период «зимней спячки») приводит к саморазряду АКБ
Автомобиль используется в режиме коротких поездок, с частым глушением и запуском мотора. АКБ просто не успевает подзарядиться
Подключение дополнительного оборудования увеличивает нагрузку на АКБ. Зачастую приводит к повышенному току саморазряда при выключенном двигателе
Экстремально низкая температура ускоряет саморазряд
Неисправная топливная система приводит к повышенной нагрузке: автомобиль заводится не сразу, приходится долго крутить стартер
Неисправный генератор или регулятор напряжения не позволяет нормально заряжать аккумулятор. К этой проблеме относятся изношенные силовые провода и плохой контакт в цепи заряда
И наконец, вы забыли выключить головной свет, габариты или музыку в автомобиле. Для полного разряда аккумулятора за одну ночь в гараже, иногда достаточно неплотно закрыть дверь. Освещение салона потребляет достаточно много энергии.

Любая из перечисленных причин приводит к неприятной ситуации: вам надо ехать, а батарея не в силах провернуть стартер. Проблема решается внешней подпиткой : то есть, зарядным устройством.

Во вкладке четыре проверенных и надежных схем зарядных устройств для автомобиля от простой до самой сложной. Выбирай любую и она будет работать.

Простая схема зарядного устройства на 12В.

Зарядное устройство с регулировкой тока зарядки.

Регулировка от 0 до 10А осуществляется изменением задержки открывания тринистора.

Схема зарядного устройства для аккумулятора с самоотключением после зарядки.

Для заряда аккумуляторов емкостью 45 ампер.

Схема умного зарядного устройства, которое предупредит о не правильном подключении.

Его совершенно несложно собрать своими руками. Пример зарядного устройства сделанного из бесперебойника.

Устройство с электронным управлением зарядным током, выполнено на базе тиристорного фазоимпульсного регулятора мощности. Оно не содержит редкие радиокомпоненты, при заведомо рабочих деталях не требует налаживания. Зарядное устройство позволяет заряжать АКБ током от 0 до 10 ампер, а также может служить регулируемым источником питания для мощного низковольтного паяльника, вулканизатора, переносной лампы и просто блока питания на все случаи жизни.
Зарядный ток по форме близок к импульсному, кой, как считается, содействует продлению срока службы батареи.
Устройство работоспособно при температуре окружающей среды от - 35 С до + 35 С.
Зарядное устройство представляет собой тиристорный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего трансформатора Т1 через диодный мост VDI...VD4.

Все радиокомпоненты устройства отечественные, но возможна их замена на аналогичные зарубежные.
Конденсатор С2 - К73-11, емкостью от 0,47 до 1 мкФ, или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП.
Транзистор КТ361А заменим на КТ361Б -- КТ361Ё, КТ3107Л, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж - KT50IK, а КТ315Л - на КТ315Б + КТ315Д КТ312Б, КТ3102Л, КТ503В + КТ503Г, П307. Вместо КД105Б подойдут диоды КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 - СП-1, СПЗ-30а или СПО-1.
Амперметр РА1 - любой постоянного тока со шкалой на 10 ампер. Его можно сделать самостоятельно из любого миллиамперметра, подобрав шунт по образцовому амперметру.
Предохраннтель F1 - плавкий, но удобно применять и сетевой автомат на 10 ампер либо автомобильный биметаллический на такой же ток.
Диоды VD1...VP4 могут быть любыми на прямой ток 10 ампер и обратное напряжение не менее 50 вольт (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213).
Диоды выпрямителя и тиристор ставят на алюминиевые радиаторы, площадью охлаждения от 120 кв.см. Для улучшения теплового контакта устройств с радиаторами обязательно смазать теплопроводные пасты.
Тиристор КУ202В заменим на КУ202Г - КУ202Е; проверено на практике, что устройство нормально действует и с более мощными тиристорами Т-160, Т-250.

В устройстве применен готовый сетевой понижающий трансформатор соответствующей мощности с напряжением вторичной обмотки от 18 до 22 вольт.
Если у трансформатора напряжение на вторичной обмотке выше чем 18 вольт, резистор R5 желательно сменить другим, наибольшего сопротивления (к примеру, при 24 - 26 вольт сопротивление резистора соответственно увеличить до 200 Ом).
В случае, когда вторичная обмотка трансформатора имеет отвод от середины, или есть две однообразные обмотки и напряжение каждой находится в указанных пределах, то выпрямитель лучше исполнить по обычной двуполупериодной схеме на 2-ух диодах.
При напряжении вторичной обмотки 28 х 36 вольт можно вообще отказаться от выпрямителя - его роль станет одновременно играть тиристор VS1 (выпрямление - однополупериодное). Для такового варианта блока питания нужно между резистором R5 и плюсовым проводом подключить разделительный диод КД105Б либо Д226 с любым буквенным индексом (катодом к резистору R5). Выбор тиристора в таковой схеме станет ограничен - подходят только те, которые дозволяют работу под обратным напряжением (к примеру, КУ202Е).
Для описанного устройства подойдет унифицированный трансформатор ТН-61. 3 его вторичных обмотки необходимо соединить согласно последовательно, при этом они способны отдать ток до 8 ампер.

Известно, что в процессе эксплуатации аккумуляторов их пластины могут сульфатироваться, что приводит к выходу аккумулятора из строя. Если производить заряд импульсным ассиметричным током, то возможно восстановление таких батарей и продление срока их службы, при этом токи заряда и разряда должны быть установлены 10: 1. Мной изготовлено зарядное устройство, которое может работать в 2х режимах. Первый режим обеспечивает обычный заряд аккумуляторов постоянным током до 10 А. Величина зарядного тока устанавливается тиристорными регуляторами. Второй режим (Вк 1 выключен, Вк 2 включён) обеспечивает импульсный ток заряда 5А и ток разряда 0,5А.

Рассмотрим работу схемы (рис. 1) в первом режиме. Переменное напряжение 220 В поступает на понижающий трансформатор Тр1. Во вторичной обмотке образуются два напряжения по 24В относительно средней точки. Удалось найти трансформатор со средней точкой во вторичной обмотке, что даёт возможность сократить количество диодов в выпрямителях, создать запас по мощности и облегчить тепловой режим. Переменное напряжение со вторичной обмотки трансформатора поступает на выпрямитель на диодах D6, D7. Плюс со средней точки трансформатора поступает на резистор R8, который ограничивает ток стабилитрона Д1. Стабилитрон Д1 определяет рабочее напряжение схемы. На транзисторах Т1 и Т2 собран генератор управления тиристорами. Конденсатор С1 заражается по цепи: плюс питания, переменный резистор R3, R1, С1, минус. Скорость заряда конденсатора С1 регулируется переменным резистором R3. Конденсатор С1 разряжается по цепи: эмиттер – коллектор Т1, база - эмиттер Т2, R4 мину конденсатора. Транзисторы Т1 и Т2 открываются и положительный импульс с эмиттера Т2 через ограничительный резистор R7 и диоды развязки D4 - D5 поступает на управляющие электроды тиристоров. При этом выключатель Вк 1 включён, Вк 2 выключен. Тиристоры в зависимости минусовой фазы переменного напряжения поочерёдно открываются, и минус каждого полупериода поступает на минус аккумулятора. Плюс со средней точки трансформатора через амперметра на плюс аккумулятора. Резисторы R5 и R6 определяют режим работы транзисторов Т1-2. R4 является нагрузкой эмиттера Т2 на котором выделяется положительный импульс управления. R2 - для более стабильной работы схемы (в некоторых случаях можно пренебречь).

Работа схемы ЗУ во втором режиме (Вк1 – выключен; Вк2 – включен). Выключенный Вк1 обрывает цепь управления тиристора D3, при этом он остается постоянно закрыт. В работе остаётся один тиристор D2, который выпрямляет только один полупериод и выдает импульс заряда во время одного полупериода. Во время холостого второго полупериода происходит разряд аккумулятора через включённый Вк2. Нагрузкой служит лампочка накаливания 24В х 24 Вт или 26В х 24Вт (при напряжение на ней 12В она потребляет ток 0.5 А). Лампочка выведена наружу за корпус, чтобы не нагревать конструкцию. Значение зарядного тока устанавливается регулятором R3 по амперметру. Учитывая, что при зарядке батареи часть тока протекает через нагрузку Л1(10%). То показания амперметра должны соответствовать 1,8А (для импульсного зарядного тока 5А). так как амперметр имеет инертность и показывает усредненное значение тока за период времени, а заряд производится в течение половины периода.

Детали и конструкция ЗУ. Трансформатор подойдёт любой с мощностью не менее 150 Вт и напряжением во вторичной обмотке 22 – 25 В. Если использовать трансформатор без средней точки во вторичной обмотке, то тогда надо из схемы исключить все элементы второго полупериода. (Вк1, D5,D3). Схема будет полностью работоспособна в обоих режимах, только в первом будет работать на одном полупериоде. Тиристоры можно использовать КУ202 на напряжение не ниже 60В. Их можно установить на радиатор без изоляции друг от друга. Диоды Д4-7 любые на рабочее напряжение не менее 60В. Транзисторы можно заменить на германиевые низкочастотные с соответствующей проводимостью. работает на любых парах транзисторов: П40 – П9; МП39 – МП38; КТ814 – КТ815 и т.д. Стабилитрон Д1 любой на 12–14В. Можно соединить два последовательно для набора нужного напряжения. В качестве амперметра мной использована головка милиамперметра на 10мА, 10 делений. Шунт подобран экспериментально, намотан проводом 1.2мм без каркаса на диаметр 8мм 36 витков.

Наладка зарядного устройства. Если собрано правильно, работает сразу. Иногда надо установить границы регулирования Мин – Макс. подбором С1, обычно в сторону увеличения. Если есть провалы регулирования подобрать R3. Обычно подключал в качестве нагрузки для регулировки мощную лампочку от диапроектора 24В х 300Вт. В разрыв цепи заряда аккумулятора желательно поставить предохранитель на 10А.

Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АККУМУЛЯТОРА

В. ВОЕВОДА, с. Константиновка Амурской обл.
В настоящее время рынок предлагает автомобилисту множество разнообразных зарядных устройств ~ автоматических и полуавтоматических, в том числе и простых по исполнению, - но стоимость их весьма велика. Однако, если владелец автомобиля знаком с азами электроники, ему вполне можно взяться за самостоятельное изготовление несложного зарядного устройства.

Предлагаю вниманию читателей простое устройство с электронным управлением зарядным током, выполненное на основе тринисторного фазоимпульсного регулятора мощности. Оно позволяет заряжать автомобильные аккумуляторные батареи током от 0 до 10 А, а также может служить регулируемым источником питания для мощного низковольтного паяльника, вулканизатора, переносной лампы.
Устройство работоспособно при температуре окружающей среды от -35 до +35 °С. Оно не содержит дефицитных деталей, при заведомо исправных элементах не требует налаживания. Для него может быть использован готовый сетевой понижающий трансформатор необходимой мощности с напряжением вторичной обмотки от 18 до 22 В. Годится и трансформатор с обмотками без выводов. Зарядный ток по форме близок к импульсному, который, как считают некоторые радиолюбители, способствует продлению срока службы батареи.
Зарядное устройство в дальнейшем можно дополнить различными автоматическими узлами (отключение по окончании зарядки, поддержание нормального напряжения батареи при длительном ее хранении, сигнализации о правильной полярности подключения батареи, защита от замыканий выхода и т. д.).

Недостаток устройства - колебания зарядного тока при нестабильном напряжении электроосветительной сети. Как и все подобные тринисторные фазоимпульсные регуляторы, устройство создает помехи радиоприему. Для борьбы с ними следует предусмотреть сетевой LC-фильтр, аналогичный применяемому в импульсных сетевых блоках питания.
Схема устройства показана на рис. 1. Оно представляет собой традиционный тринисторный регулятор мощности с фазоимпульсным управлением, питаемый от обмотки II понижающего трансформатора Т1 через диодный мост VD1-VD4. Узел управления тринистором выполнен на аналоге однопереходного транзистора VT1VT2. Время, в течение которого конденсатор С2 заряжается до переключения однопереходного транзистора, можно регулировать переменным резистором R1. При крайнем правом по схеме положении его движка зарядный ток будет максимальным, и наоборот.
Диод VD5 защищает управляющую цепь тринистора от обратного напряжения, возникающего при включении тринистора VS1.
Все детали устройства, кроме трансформатора Т1, диодов VD1 -VD4 выпрямителя, переменного резистора R1, предо¬хранителя FU1 и тринистора VS1, смонтированы на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Чертеж платы представлен на рис. 2.
Конденсатор С2-К73-11, емкостью от 0,47 до 1 мкФ, или К73-16, К73-17, К42У-2, МБГП. Диоды VD1-VD4 могут быть любыми на прямой ток 10 А и обратное напряжение не менее 50 В (серии Д242, Д243, Д245, КД203, КД210, КД213). Вместо тринистора КУ202В подойдут КУ202Г- КУ202Е; проверено на практике, что устройство нормально работает и с более мощными тринисторами Т-160, Т-250.
Транзистор КТ361А заменим на КТ361Б-КТ361Е, КТ3107А, КТ502В, КТ502Г, КТ501Ж-КТ501К, а КТ315А - на КТ315Б-КТ315Д, КТ312Б, КТ3102А, КТ503В-КТ503Г, П307. Вместо КД105Б подойдут диоды КД105В, КД105Г или Д226 с любым буквенным индексом.
Переменный резистор R1 - СП-1, СПЗ-З0а или СПО-1. Амперметр РА1 - любой постоянного тока со шкалой на 10А. Его можно изготовить самостоятельно из любого миллиамперметра, подоб¬рав шунт по образцовому амперметру.
Предохранитель FU1 - плавкий, но удобно использовать и сетевой авто¬мат на 10А или автомобильный биметаллический на такой же ток.
Зарядное устройство монтируют в прочном металлическом либо пластмассовом кожухе подходящих размеров. Диоды выпрямителя и тринистор устанавливают на теплоотводы, каждый полезной площадью около 100 см2. Для улучшения теплового контакта приборов с теплоотводами желательно использовать теплопроводные пасты.
Следует заметить, что в качестве теплоотвода тринистора допустимо использовать непосредственно металлическую стенку кожуха. Тогда, правда, на корпусе будет минусовой вывод устройства, что в общем-то нежелательно из-за опасности случайных замыканий выходного плюсового провода на корпус. Если крепить тринистор через слюдяную прокладку, опасности замыкания не будет, но ухудшится отдача тепла от него.
Если у трансформатора напряжение на вторичной обмотке более 18 В, резистор R5 следует заменить другим, большего сопротивления (при 24...26 В до 200 Ом). В случае, когда вторичная об¬мотка трансформатора имеет отвод от середины, или есть две одинаковые обмотки и напряжение каждой находится в указанных пределах, то выпрямитель лучше выполнить по стандартной дву-полупериодной схеме на двух диодах.
При напряжении вторичной обмотки 28...36 В можно вообще отказаться от выпрямителя - его роль будет одновременно играть тринистор VS1 (выпрямление - однополупериодное). Для такого варианта блока питания необходимо между выводом 2 платы и плюсовым проводом включить разделительный диод КД105Б или Д226 с любым буквенным индексом (катодом к плате). К тому же выбор тринистора здесь ограничен - подойдут только те, которые допускают работу под обратным напряжением (например, КУ202Е).
От редакции. Для описанного устройства подойдет унифицированный трансформатор ТН-61. Три его вторичных обмотки нужно соединить согласно последовательно; они способны отдать ток до 8 А.
Радио 2001 №11

Немножко отсебятины:
1. Трансформатор ТС-250-2П от лампового телевизора, убрать все вторичные обмотки. Намотать 40 витков в два провода ПЭВ-1,2мм (приблизительно 25-27В).
2. Диодный мост из КД213. Транзисторы можно использовать КТ814 и КТ815. Тиристор КУ202Н. R5-180 Om. Вместо С1 использовать сетевой фильтр от БП компьютера или UPS-a, С2 - 0,5 мкфх250В
3. Можно дополнить защитой от КЗ. R1 надо убрать. На отключающие контакты можно повесить светодиод, будет гореть при КЗ. Если использовать эту схему, то аккумулятор должен быть заряжен, хотя-бы, на 70% , иначе реле не сработает и зарядка не начнется. Для разряженных аккумуляторов эта защита не подойдет или же надо закорачивать контакты К1.1.

4. ...и защитой от переполюсовки

Для ЗУ автомобильных аккумуляторных батарей необходимо выбрать реле на номинальное напряжение 12 Б с допустимым током через контакты не менее 20 А. Этим условиям удовлетворяет реле РЭН-34 ХП4.500.030-01, контакты которого следует включить параллельно.