АВТОМАТИЧЕСКОЕ РАЗРЯДНО-ЗАРЯДНОЕ

Известно, что в процессе эксплуатации автомобильных аккумуляторных батарей необходимо время от времени делать профилактические зарядно-разрядные циклы, чтобы предотвращать сульфатацию пластин и тем самым увеличивать срок их службы. Существует и немало устройств, в том числе самодельных (см. журнал «Моделист-конструктор» № 9— 11 ’01), посредством которых аккумулятор вначале разряжается до 10,5 В током 1/20 от его емкости, а затем напряжение на его клеммах доводится в ходе зарядно-разрядного цикла до 14,2—14,5 В. И соотношение зарядно-разрядной составляющих тока здесь в большинстве своем поддерживается чуть ли не идеальное — как 10:1, а длительностей импульсов заряд-разряд — как 3:1, но…

Меня (да, наверное, и многих других автолюбителей, не говоря уже о профессионалах) не могут удовлетворять массивность трансформаторов и крупногабаритность радиаторов, присущих конструкциям данных устройств. Похоже, что миниатюризация и иные черты прогресса, бурно проявляющиеся, скажем, в телевизионной и компьютерной технике, почти не угадываются в той аппаратуре, которую отечественный рынок выдает за «современную разрядно-зарядную, десульфатизирующую».

Отчаявшись найти готовую разработку с нужными мне параметрами, создал свою. Ее основные характеристики: ток заряда регулируется переменным резистором, выведенным на лицевую панель, в интервале от 2,5 до 7 А. Значит, требуемая зарядно-разрядная составляющая 1:10 может легко устанавливаться для большинства из эксплуатируемых аккумуляторов. Ток разряда фиксированный, равный 2.5 А (определяется электрическими параметрами лампы EL2). Ну а ток разряда в режиме десульфатации составляет 0,65 А (зависит от лампы EL1).

Время заряда равно 17 с, а разряда — 5 с. То есть соотношение длительности импульсов заряд-разряд приблизительно соответствует рекомендуемому 3:1. Однако этот параметр можно изменять подбором резисторов R35 и, соответственно, R36. Потребляемая мощность зависит от устанавливаемого тока заряда и равна примерно 30—90 Вт. Юстировка пороговых компараторов осуществляется подстроечными резисторами: R34 — нижний предел (10,5 В) и R31 — верхний предел (14,5 В). Устройство питается от аккумулятора и от бытовой энергосети напряжением 180—250 В.

Когда переключатель SB2 находится в положении ЗАРЯД (см. принципиальную электрическую схему), контроль за аккумулятором отсутствует, разряд невозможен. В этом режиме при включенной сетевой кнопке SB1 блок работает как обычное зарядное устройство с регулировкой зарядного тока. С установкой переключателя SB2 в режим ДЕСУЛЬФАТАЦИЯ осуществляются поочередная зарядка и разрядка аккумулятора.

При нажатии на кнопку ПУСК (SB3) происходит первоначальная разрядка током 2,5 А до напряжения 10,5 В, а затем — зарядка десульфатирующим способом до напряжения 14,2—14,5 В, после чего устройство, находясь в режиме ОДНОКРАТНО, автоматически отключается. Если же кнопочный переключатель SB4 находится в положении МНОГОКРАТНО, процесс разрядки-зарядки повторяется сколь угодно, что является необходимейшим условием для «лечения» аккумулятора.

«Стандартное» электропитание (220 В, 50 Гц) устройства осуществляется через плавкий предохранитель FU1 и фильтр L1C1C2, предотвращающий от проникновения радиопомех в сеть. Поступающее переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1—VD4 и сглаживается конденсаторами С4, С5. Присутствие резистора R2 диктуется необходимостью ограничивать ток во время зарядки конденсаторов. Оптроном VU1 контролируется наличие напряжения в сети или, когда оно отсутствует, обеспечивается блокировка (по выв.9 логического элемента DD2.3) режима разряда аккумулятора.

Далее. Если подсоединить аккумулятор, то на выв.3 двухпорогового компаратора DA2 установится напряжение высокого уровня (логическая «единица»). Значит, откроется полупроводниковый триод VT6 и засияет светодиод HL1 ИНДИК. ЗАРЯДА. А низкий уровень (логический «нуль»), появившийся на коллекторе этого транзистора, поступит на выводы 9 DD1.3 и 13 DD1.4 и обеспечит тем самым разблокировку низкочастотного генератора. Скважность импульсов предопределят величины сопротивлений резисторов R36 (заряд) и R35 (разряд), а частоту — номинал емкости С18.

Принципиальная электрическая схема импульсного автоматического разряднозарядного устройства

На выв.10 логического элемента DD1.3 во время заряда аккумулятора устанавливается лог.1, блокируя транзистором VT3 высокий порог (14,2 В) компаратора DA2. Использование данного алгоритма обуславливается тем, что сравнение с поименованным выше порогом должно происходить только в режиме разряда, чтобы не допускать срабатывания компаратора с недозаряженным аккумулятором. Тот же высокий уровень через оптрон VU2 и транзистор VT1 запускает преобразователь напряжения.

В момент разряда появляется на выв. 10 DD1.3 напряжение низкого логического уровня. Это создает благоприятные условия для блокировки преобразователя, а также для установления лог.1 на выв.11 DD1.4. В результате срабатывает электронный ключ, собранный на транзисторах VT4, VT5, и происходит разряд аккумулятора через лампу накаливания EL1. Завышенные электрические параметры последней (24 В, 21 Вт) предотвращают ее преждевременное перегорание.

Нажатие на кнопку SB3 ПУСК приводит к установлению напряжения низкого логического уровня на выходе компаратора (выв.3 DA2). Транзистор VT6 при этом закрывается; блокируется генератор, собранный на ИМС DD1, а также электронный преобразователь напряжения; устанавливается лог.1 на выв.3 RS-триггера, включающего в себя ячейки DD2.1, DD2.2 микросхемы К561ЛА7. И если сетевое напряжение присутствует, то на входах логического элемента DD2.3 — лог. 1 и, соответственно, на выходе DD2.4— напряжение высокого уровня. Последнее вызывает срабатывание транзисторного ключа (VT7, VT8). В результате начинают светиться полупроводниковый HL2 ИНДИК. РАЗРЯДА и лампа накаливания EL2 (12 В, 30 Вт); аккумулятор разряжается до напряжения 10,5 В. Затем срабатывает «низкий» компаратор (DA2 с резисторами R33, R34), на выходе которого устанавливается вновь лог.1, повторяя тем самым цикл заряда.

При достижении напряжения 14,2 В срабатывает «высокий» компаратор (DA2 с резисторами R31, R32). И если кнопочный переключатель SB4 находится в положении ОДНОКРАТНО, то светодиод HL2 гаснет, а устройство устанавливается и работает в ждущем режиме. Но когда SB4 — в положении МНОГОКРАТНО, тогда аккумулятор вновь включится на заряд и контрольно-тренировочный цикл будет повторяться сколь угодное число раз.

Емкости С19, С20 необходимы для защиты от помех, а также для некоторой задержки срабатывания компараторов при переходных процессах. Электронный стабилизатор DA3 необходим для защиты микросхем при кратковременном пропадании контакта на клеммах аккумулятора, так как напряжение на выходе преобразователя в режиме холостого хода увеличивается до 25 В.

Топология монтажных плат I и II (масштабное изображение со стороны радиодеталей и со стороны печатных проводников)

Для улучшения эксплуатационных характеристик устройства (в том числе снижения его массы до 900 г и доведения размеров корпуса до минимальных 80x80x150 мм) рекомендуется ввод дополнительного субблока в конструкцию, с установкой малогабаритного вентилятора. Это своего рода мини-система принудительного охлаждения для данной аппаратуры, обеспечивающая должную надежность мощным полупроводниковым приборам даже при использовании малогабаритных радиаторов: дюралюминиевой пластины 80x65x5 мм — для VD9 и VD10, а ребристого теплоотвода, укороченного до 30x22x15 мм — для VT2. Остальная «электроника» устройства, включая транзисторы VT5 и VT8, безотказно работает в допустимых режимах и без каких бы то ни было радиаторов.

Теперь о других особенностях конструкции. В преобразователе применены самодельные дроссели и трансформатор. Обмотка L1 — это 15—20 витков на феррите Н2000НМ К20х16х6 в два провода НГТФ-0,25. В качестве магнитопровода для Т1 использован феррит Ш11,5×14,5 от дросселей строчной развертки, уже отработавших свое в телевизорах УПИМЦТ. Обмотки, разумеется, нужны новые. I и II выполнены в два, а III — в семь проводов. То есть первичная обмотка у Т1 должна содержать в себе 91 виток (ПЭВ2-0,5х2), вторичная — четыре витка того же провода. А в качестве последней, третьей обмотки нужно лишь девять витков (ПЭВ2-0,6х7).

Качеству намотки следует уделить особое внимание. Витки должны быть уложены аккуратно, без перехлестов; между рядами необходимо проложить бумагу. Если последний ряд какой-либо обмотки грозит оказаться заполненным не до конца, то надо распределить оставшиеся витки равномерно.

Чтобы впоследствии не возникало путаницы, нелишне сразу же пометить начало и конец каждой из обмоток. Но можно воспользоваться следующей, хорошо зарекомендовавшей себя на практике методикой. Особенно, когда время для пометок, казалось бы, упущено и трансформатор уже готов к установке в ту или иную конструкцию.

На первичную обмотку следует подать контрольное напряжение с низкочастотного генератора (10—15 В, 5—15 кГц). Произвольно приняв за «начала» и «концы» остальные выводы, цифровым вольтметром в режиме работы в цепях переменного тока находят истинные обмотки и фиксируют значение и для каждой из них.

Затем к концу первичной обмотки временно подключают вторичную. Замеряют напряжение относительно заведомо известного начала «первички» и неприсоединенного «конца» исследуемой пары выводов.

Если прибор фиксирует в данном эсперименте возросшее значение и, то временно подключенный вывод и есть истинное начало, а подсоединяемый (бывший ранее свободным) — конец обмотки. И наоборот, заниженное напряжение свидетельствует о том, что принятые произвольно наименования исследуемой пары выводов необходимо поменять на их антиподы. Аналогичным же образом определяют начало и конец третьей обмотки.

Во время сборки трансформатора надо предусмотреть фиксированный зазор 1,3 мм, проложив между магнитопроводом и «симбиозом» бескаркасных обмоток кусочки картона. В качестве измерителя тока рекомендуется использовать стрелочный М4761 (им оснащались когда-то катушечные магнитофоны) с самодельным шунтом R26 — отрезком нихромового провода (диаметр 2 мм, а длина — исходя из требуемого сопротивления 0,1 Ом). Перед монтажом такой прибор необходимо аккуратно вскрыть и сместить стрелку в середину шкалы, чтобы потом, в ходе работы устройства была возможность наблюдать как заряд, так и разряд аккумулятора.

Самодельное устройство выглядит не хуже промышленного:

1,2 — клеммы; 3 — стрелочный индикатор разряда-заряда; 4 — кнопка включения устройства в бытовую сеть; 5 — кнопка ПУСК; 6 — переключатель ОДНОКРАТНО-МНОГОКРАТНО; 7 — переключатель ЗАРЯД-ДЕСУЛЬФАТАЦИЯ; 8 — ручка регулятора ТОК ЗАРЯДА; 9 — светодиод ИНДИК. РАЗРЯДА; 10 — светодиод ИНДИК. ЗАРЯДА; 11 — вентилятор системы принудительного охлаждения; 12 — монтажная плата II; 13 — пластина охлаждения и радиатор; 14 — отсек ламп накаливания; 15 — монтажная плата I

Примененные в конструкции диоды в большинстве своем — типа КД226 с любым буквенным индексом в конце наименования. В качестве VD8 рекомендовано использование КД206Д или аналога, рассчитанного на напряжение 600—800 В, прямой средний ток силой 1,7 А и частоту не менее 30 кГц. Диоды VD9, VD10 в авторском варианте — КД213А (КД213Б). Но, как показала практика, их для большей надежности желательно заменить диодами Шоттки КД2997А (КД2997Б) или КД2999А (КД2999Б).

Оптроны VU1, VU2 типа АОТ127. Важно, чтобы напряжение изоляции было не ниже 500 В. Вместо транзисторов КТ315, указанных на принципиальной электрической схеме, приемлемы любые из серий КТ312, КТ316, КТ3102, рассчитанные на работу в устройствах с напряжением 30 В. Транзистор VT5 — КТ801А (КТ801Б), другие типы полупроводниковых триодов здесь нежелательны. А вот на месте VT8 приемлем КТ819 с любым буквенным индексом в конце наименования.

Вентилятор применен от IВМ компьютера: GI-486-12v. Подстроечные резисторы R31, R34 — многооборотные СП5-2, а регулировочный (R14 — типа СПЗ-4ам. В качестве постоянных резисторов приемлемы МЛТ и их многочисленные аналоги, соответствующие мощности рассеивания и номиналы условно обозначены на принципиальной электрической схеме. В роли конденсаторов С1, С13 и С14 как нельзя лучше подойдут К78-2, на месте С2, СЗ успешно сработают К15-5, рассчитанные на напряжение не ниже 600 В, С4 и С5 — по 100 мкФ с Uном = 400 В или один 220-микрофарадный 400-вольтный К50-32. Остальные электролитические конденсаторы — широко распространенные К50-35, а неполярные — любого типа.

Устройство собрано на двух печатных платах 111x75x2 мм из двусторонне фольгированного текстолита или гетинакса. Жесткая их фиксация в корпусе достигнута посредством алюминиевого уголка — к передней панели, а с помощью пластины охлаждения и радиаторов — к стенкам прочного металлического корпуса, имеющего в верхней части вентиляционные отверстия, а сзади — отсек под лампы накаливания. Все располагается так, чтобы захваченный сверху воздушный поток обдувал радиатор транзистора VT2, резисторы R20—R22, проходил через отверстия пластины-радиатора диодов VD9, VD10, охлаждая сами вентили, а затем — и лампы накаливания EL1, EL2, после чего беспрепятственно покидал бы блок в задней его части.

Если монтаж выполнен в строгом соответствии с принципиальной электрической схемой и из заведомо исправных радио-деталей, то устройство, как правило, начинает работать сразу. Однако пренебрегать юстировкой пороговых компараторов в большинстве случаев, думается, не стоит. Да и алгоритм выполнения такой операции довольно прост.

Вначале вывертывают из патронов лампы накаливания EL1 и EL2 (чтобы снизить нагрузку) и подсоединяют к регулируемому блоку питания клеммы устройства, выведенные на лицевую панель. Выставив на блоке питания 10,5 В, подстроечным резистором R34 добиваются появления свечения HL1 — ИНДИК. ЗАРЯДА. Затем устанавливают напряжение 14,2 В, и регулировкой «подстроечника» R31 достигают того момента, когда HL1 выключится. После этого ввинчивают в патроны лампы накаливания (EL1, EL2) и… Импульсное автоматическое разряднозарядное устройство можно с полным основанием считать настроенным и готовым к надежной работе!

С. АБРАМОВ, г. Оренбург