Всем привет, сегодня опять речь пойдёт о зарядных устройствах и поскольку многим надоели всякие импульсные схемы источников питания, покажу я вам довольно универсальную, простую и мега надежную схему зарядного устройства, которую собирали еще наши деды.
Схемка сейчас перед вами
Суровый железный трансформатор, пара мощных тиристоров и узел регулировки. Кстати метод регулировки тут фаза-импульсный, а не линейный. За счет этого кпд схемы довольно высокая.
Тиристоры являются регулирующим звеном и одновременно выпрямителем, поэтому тут нет дополнительного диодного выпрямителя, а это большой плюс.
Схемы подобного класса практически резиновые, взял более мощный трансформатор, поставил тиристоры помощнее и всё, готово пуско-зарядное устройство.
Ну а теперь по традиции давайте посмотрим как это работает…
Линейный и ШИМ метод регулировки мощности вам прекрасно известен, но в случае тиристоров не все так просто, тут нужен совсем иной принцип регулировки.
В случае линейного метода регулировки, который не применим к тиристорам, мощность регулируется за счет того, что регулирующий элемент, как правило транзистор. В зависимости от величины управляющего сигнала изменяет сопротивление открытого перехода линейно от 1 до 100%, чем больше приоткрыт транзистор, тем меньше сопротивление его перехода, а следовательно больше тока он пропускает и больше мощности будет на выходе.
В случаи с ШИМ метода регулировки транзистор либо полностью открыт,
когда на его управляющий вывод подаётся высокий уровень сигнала, либо полностью закрыт,
если на управляющий вывод подается низкий уровень.
Притом регулировка мощности осуществляется за счет времени нахождения транзистора в одном из двух состояний, чем больше времени транзистор открыт, тем больше мощность и наоборот.
Этот метод самый экономичный, так как транзистор работает в ключевом режиме, когда в открытом состоянии сопротивление его перехода ну или канала — минимально, поэтому нагрев на нём практически отсутствует. Отсюда и очень высокий КПД.
В случаи тиристоров не всё так просто… Тиристор это не транзистор и указанные два метода к нему можно сказать не применимы.
Тиристор без проблем можно открыть подавая сигнал на управляющий электрод, но закрыть его принудительно практически невозможно, закроется он только тогда, когда с силовых выводов снимается напряжение.
В цепи переменного тока это происходит автоматически, когда напряжение, проходит через нулевую точку.
Наиболее популярный метод управления тиристором фазо-импульсный принцип регулировки с помощью так называемых релаксационных генераторов.
Генератор может находиться в двух состояниях, на его выходе, либо есть управляющий импульс, либо его нет, величина этого импульса и длительность не меняется. Можно изменять только количество импульсов за единицу времени или чистоту.
В нашей схеме релаксационный генератор построен на базе двух транзисторов и по сути является аналогом однопереходного транзистора, ну или динистор.
Время срабатываний задается номиналами указанных резисторов и конденсатора, работает все это дело простым образом.
Через маломощный диодный выпрямитель от силовой обмотки трансформатора, либо от дополнительной маломощной, переменное напряжение выпрямляется в постоянку и поступает на схему генератора. В цепи питания имеется стабилитрон для стабилизации питающего напряжения генератора, через цепочку резисторов заряжается конденсатор и как только напряжение на нём доходит до некоторого значения, генератор сработает, на его выходе образуется отпирающее для тиристора напряжение. Конденсатор разряжается, импульс пропадает и дальше процесс повторяется заново.
Переменным резистором мы можем уменьшить или увеличить время заряда конденсатора, а следовательно и количество управляющих импульсов за единицу времени, а если попроще, просто меняем частоту импульсов.
Управляются тиристоры через разделительный трансформатор,
на самом деле есть много способов управления, через диоды или транзисторы, но в моем случае задействован именно трансформатор, так как в дальнейшем я собираюсь поэкспериментировать регулировку на в ходе по высоковольтной части, а трансформатор обеспечивает гальваническую развязку, вы же можете воспользоваться другими способами управления.
Трансформатор имеет две вторичные обмотки, именно они управляют тиристорами, при наличии управляющего импульса тиристор сработает, закроется он только при прохождении тока через нулевую точку.
Мы можем открыть тиристор в любой точке полуволны, если мы его открыли в начале полуволны, то естественно через него будет проходить больше тока, если в середине меньше, если в конце то еще меньше.
Фактически тиристор будет обрезать синусоиду пропуская на выход только её части, чем меньше кусок синусоиды, тем меньше мощность на выходе, это если предельно простым и понятным языком надеюсь принцип понятен.
Ну а теперь переходим к компонентом, в принципе с генератором думаю проблем не возникнут, номиналы компонентов не критичны, можно отклонять в ту или иную сторону процентов на 30.
Собран генератор на компактной, печатной плате и её можно скачать в конце статьи.
Трансформатор в моём случае намотан на жёлто-белом колечке от фильтра групповой стабилизации компьютерного блока питания, размеры трансформатора сейчас перед вами
Вначале я намотал вторичные обмотки, 2 по 90 витков проводом 0,31 миллиметр, стараемся мотать аккуратно без перехлёстов, равномерно растягивая витки по всему кольцу, поверх мотаем еще 90 витков — это у нас первичная обмотка.
В моём случае, управляющие или вторичные обмотки, залил эпоксидной смолой, затем только намотал первичную. Это сделано для безопасности, поскольку, как уже сказал ранее мой трансформатор экспериментальной и в дальнейшем будет управлять тиристорами, которые работают непосредственно в сетевой части.
Тут замечу, что в итоге управляющие обмотки этого трансформатора я всё таки спалил вместе с менее мощными тиристорами на 10 ампер во время погони за большим выходным током, так что жадность фраера всё же губит, поэтому процедуру намотки трансформатора пришлось повторить заново. Сердечник из того же материала но размеры чуть меньше.
Для заливки трансформатора я применяю китайскую, эпоксидную смолу, сохнет полностью где-то за 20 минут.
За это время нужно будет повертеть трансформатор в руках для равномерного распределения смолы по всему сердечнику, тут главное не перестараться, смолы не должно быть слишком много, иначе получится неаккуратно.
Можно использовать смолу любого цвета, трансформаторы залитые таким образом получаются предельно надежными и очень красивыми.
После намотки первичной обмотки, всё дополнительно покрыл лаком, но это делать необязательно.
Ещё пару слов об управляющих обмотках, полностью равноценные и мотаются разом, они должны обеспечить достаточное напряжение и ток для отпирания тиристоров, напряжение можно посмотреть осциллографом.
Важно не перепутать начала обмоток, на схеме они указаны точками.
Что касается характеристик схемы, именно мой вариант может обеспечить зарядный ток до 12-13 ампер, но можно получить хоть 200, хоть 500 ампер, если силовые компоненты, тиристоры и трансформатор, позволят этому.
Несколько слов о компонентах, недавно в очередной раз посещал местную барахолку и просто не мог, не купить этих зеленых монстров, это довольно мощные, силовые тиристоры напоминающие о былом величии советского союза, да уж не жалели тогда материала.
Тиристоры всего на 25 ампер, но посмотрите на сечении силового провода, он и сотню ампер пропустит и не шелохнется, естественно для этого тиристора 25 ампер далеко не предел. Тиристоров нужно два штуки.
Теперь о трансформаторе, в моём случае вот такой — это накальный трансформатор с мощностью около 200 ватт, но и он способен на большее.
Вторичных обмоток 4, обмотки по 6,3 вольта с током 8-9 ампер, правда ток одной из обмоток чуть поменьше, чем у остальных, но ничего прорвёмся.
Из-за особенностей такого типа выпрямителя, трансформатор нужен с двумя одинаковыми обмотками, которые соединяются со средней точкой, при том итоговое выходное напряжение или напряжение заряда, будет не больше напряжения одного из плеч, минус потеря на тиристоре.
Поэтому если зарядку делаете для АКБ легкового автомобиля, желательно использовать обмотки по 20 вольт. Для этого трансформатор единственное, логичное подключение обмоток с учётом ситуации показано на рисунке
все обмотки последовательно с отводом от средней точки, но загвоздка в том, что итоговое выходное напряжение будет около 12,6 вольт, этого не достаточно для зарядки аккумуляторов, но транс рассчитан для работы в сетях 220 вольт, а у нас в розетке уже давно 230-240 вольт, то есть и выходное напряжение будет побольше, а если точнее 28 вольт суммарно или около 14 вольт в плече.
Чуть меньше, чем нужно.
Тиристоры удобно установить на общий радиатор, так как их аноды по схеме общие.
Силовые провода стоит использовать с приличным сечением. Не забываем изолировать все соединения.
В конце я нашёл стрелочную, измерительную головку от древнего мультиметра и подумал использовать её в качестве амперметра, шунты также были в наличии, мне тут сказочно повезло, потому что не пришлось ничего рассчитывать и настраивать.
С применением шунта 50 ампер, 75 милливольт самая нижняя шкала очень точно показывает ток до 30 ампер.
Притащил из подвала всеми любимый мультиметр))),
он будет показывать нам напряжение на выходе зарядного устройства, вся шкала 15 вольт.
Чуть не забыл все замеры делаются под нагрузкой, иначе мультиметры сойдут с ума.
Теперь к делу, первый запуск схемы, как всегда делаем через страховочную ограничительную лампу, если все заработает как надо, не забываем установить предохранители по входу и выходу. Всё готово, нагрузка у нас лампа накаливания соответствующего периода.
Пробуем и видим, как ток регулируется и регулируется довольно плавно, 12,13 ампер с такого транса снять можно, можно естественно и больше, но будут просадки и возможен перегрев.
Тиристорам такие токи по барабану, они почти не греются, короткие замыкания при малых и средних токах схема терпит без проблем, мощность ограничивается, при запредельных туках трансформатору придётся несладко, поэтому предохранители обязательно ставить.
Минимальный выходной ток около 4 ампер, теперь проверим стабильность выходного напряжения в зависимости от изменений сетевого, выход зарядного устройства нагружен мало мощными лампами.
Об этом ранее указал и вот подтверждение, цифровой мультиметр показывает сетевое напряжение, стрелочный прибор выходной с зарядного устройства, изменение сетевого напряжения приводит к изменениям выходного и на практике вам нужно контролировать ток заряда.
Это пожалуй основной недостаток таких зарядных устройств, а в целом все работает неплохо.
Недостатки... Современное, зарядное устройство заряжает аккумулятор стабильным током и напряжением, но в те времена никто не заморачивался с этим, нужно понимать, что это дубовое зарядное устройство, которое не будет контролировать напряжение на аккумуляторе и отключать питание при полном заряде АКБ.
Тут пользователь сам решает, каким током и в течение какого времени заряжать аккумулятор. Из-за указанного недостатка советую дополнить устройство узлом автоотключение аккумулятора при полном заряде. Схема подобного узла есть на сайте.
Так же нужно понимать, что отсутствуют всякие узлы защиты помимо предохранителей.
Достоинства... Сверх надежная штука, чтобы спалить такую зарядку нужно очень постараться, схема некапризна, регулировка довольно плавная, высокая повторяемость, очень простая конструкция и низкая себестоимость, почти все комплектующие можно найти в старых запасах.
Довольно высокий КПД за счёт можно сказать импульсного принципа регулировки.
Немаловажный момент… Нет необходимости в дополнительном выпрямителе, сами тиристоры являются и регулирующим органам, и выпрямителем.
Совместно с надежным железным трансформатором, такая схема будет служить десятилетиями, а самое главное она универсальна и может быть использована для зарядки самых разных аккумуляторов.
Ещё один момент, который я честно сказать не определился отнести к достоинствам или недостаткам, аккумулятор будет заряжаться пульсирующим током, многие говорят, что это даже полезно для аккумулятора, лично ничего сказать по этому поводу не могу.
Электронный трансформатор — регулировка мощности
Автор: Blaze, cornage@bk.ru
Опубликовано 30.10.2016
Создано при помощи КотоРед.
Электронный трансформатор — регулировка мощности.
В данной статье расскажу о давно набравшем популярность среди радиолюбителей устройстве, о котором упоминалось в радиожурналах ещё в 70-е годы. Уже в то время многие радиолюбители использовали для питания своих конструкций, таких как усилители мощности, автогенераторные импульсные источники питания (ИИП). Широкое распространение среди радиолюбителей получил автогенераторный полу-мостовой инвертор (Полумост). При использовании пропорционально-токового управления высоковольтными биполярными транзисторами, достигается хороший КПД преобразователя. В наше время такой автогенераторный полумост нашёл своё применение как замена крупногабаритного сетевого трансформатора. Данное устройство можно найти в любом хозяйственном или магазине электротоваров. Скрывается же наш простейший ИИП под названием –Электронный трансформатор.
Многие радиолюбителей конструируют на основе такого простейшего импульсника различные блоки питания, зарядные устройства, различные индукционные нагреватели, используют вместо привычного сетевого трансформатора для питания низковольтных паяльников и естественно для питания низковольтных ламп накаливания.
Чаще всего блок питания на основе такого устройства делается путём подключения к выходу электронного трансформатора двух-полупериодного или мостового выпрямителя на ультра-быстрых диодах, или диодах Шоттки.
После получения постоянного напряжения на выходе получившегося импульсного блока питания можно подключать различную нагрузку. Для запуска без нагрузки вводят ОС по напряжению, но не каждому хватает терпения и смекалки для настройки стабильной работы этой ОС.
Иногда может потребоваться регулировка выходного напряжения, например :
-регулировка оборотов микро-дрели
-регулировка температуры низковольтного паяльника
-регулировка яркости ламп накаливания (диммирование)
-регулировка тока заряда АКБ
Данные функции вполне реально осуществить на любом электронном трансформаторе (Feron, Taschibra и т.д.) и при любой мощности этого простого, дешёвого и компактного импульсника.
Давайте рассмотрим схему большинства таких электронных трансформаторов.
На транзисторах Q1 и Q2, конденсаторах C1, C2, также на силовом трансформаторе и коммутирующем T1, собран полу-мостовой автогенераторный инвертор. Выпрямленное сетевое напряжение поступает на делитель из конденсаторов C1,C2 и силовые транзисторы. Попеременно открываясь транзисторы поочерёдно проводят ток. Первичная обмотка силового трансформатора подключена к делителю из конденсаторов и к средней точке соединения транзисторов. При подаче запускающего импульса от цепи автозапуска, транзистор Q2 открывается и ток от конденсаторного делителя течёт через первичную обмотку силового трансформатора и транзистор Q2. После Q2закрывается, при этом открывается транзистор Q1, ток протекает от конденсаторного делителя, через первичную обмотку силового тр. И транзистор Q1. В конце каждого полупериода сети инвертор отключается и происходит перезапуск от дополнительной цепи.
На элементах R2,R3,D5,C3,D6 собрана цепь авто-запуска, которая в начале каждого полупериода сети запускает полу-мостовой автогенераторный ИИП. Конденсатор C3 заряжается до напряжения пробоя симметричного динистора D6, которое равно 32в. При достижении этого напряжения динистор DB3 открывается, C3 разряжается через динистор на базу Q2, происходит запуск схемы.
Изменяя время формирования запускающего импульса, можно добиться запуска инвертора как вначале, середине, так и к концу полу-периода . Тем самым становится возможной регулировка выходной мощности данного блока питания. Принцип регулировки здесь как и у симисторного регулятора мощности.(Фазовый метод регулировки).
В таком виде схема запуска не пригодна для корректной регулировки, её нужно немного изменить. Однако мне попался электронный трансформатор с более подходящей для регулировки схемой запуска. Потребовалось заменить резистор 470к на 100к и последовательно с ним припаял переменный резистор на 680к, конденсатор 10нф заменил на 68нф 250в.
Наткнулся случайно на данную схему, заработало всё с первого раза.
Жирным шрифтом указал используемые в своёт эл.трансе транзисторы и номинал используемого потенциометра.
Первый запуск как всегда делаем через лампу накаливания на 60вт и с мелкой нагрузкой. Без нагрузки страховочная лампа светиться недолжна.
Регулировка получилась плавной, галогенные лампочки можно регулировать от тусклого свечения нити, до максимума накала. Также переделка позволяет сделать простое зарядное устройство для автомобильного аккумулятора, с добавлением всего лишь выпрямителя на ультра-быстрых диодах или на сборке Шоттки.
Также есть видео, в котором переделываю данный электронный трансформатор под регулировку мощности + демонстрация данного устройства в работе (https://youtu.be/J7LbjTdBvAw).
Надеюсь многим придётся по душе данная переделка, которая совмещает в себе лёгкость и компактность электронного трансформатора,его мощьность и функцию симисторного регулятора мощности на борту.
Рассматривается зарядное устройство автомобильных аккумуляторов изготовленное на основе преобразователя для питания галогенных ламп 12В типа TASCHIBRA. Преобразователи этого типа часто встречаются в продаже среди товаров электротехники. TASCHIBRу отличает достаточно хорошая надежность и сохранение работоспособности при отрицательных температурах окружающего воздуха.
Это устройство выполнено на основе автогенераторного преобразователя с частотой преобразования примерно от 7 до 70 кГц, которая зависит от сопротивления подключаемой к выходу преобразователя активной нагрузки. При увеличении мощности нагрузки частота преобразования увеличивается. Интересной особенностью TASCHIBRы является срыв генерации при увеличении нагрузки сверх допустимой, что может являться своеобразной защитой от короткого замыкания. Сразу оговорюсь, что не собирался рассматривать варианты так называемой "переделки" или "доработки" данных преобразователей, что описывается в некоторых публикациях. Предлагаю использовать TASCHIBRу «как есть» за исключением, разве что, увеличения количества витков вторичной обмотки, что необходимо в целях обеспечения зарядного тока желаемой величины
Как известно, для обеспечения необходимого зарядного тока на вторичной обмотке необходимо сформировать напряжение как минимум 15-16 В.
На снимке видно, что в качестве дополнительных витков был использован имеющийся провод вторичной обмотки белого цвета. Для преобразователя мощностью 50 Вт оказалось достаточно добавить 2 витка к вторичной обмотке. При этом необходимо следить, чтобы направление намотки проводилось по направлению (т.е. согласованно) существующей обмотке, иначе говоря, чтобы магнитный поток вновь появляющихся витков совпадал по направлению с магнитным потоком "родной" вторичной обмотки TASHIBRы, рассчитанной на питание галогенных ламп 12В и расположенной поверх первичной на 220В.
Выпрямительный мост изготовляется из диодов Шоттки, таких как 1N5822. Возможно применение отечественных быстродействующих диодов, например КД213.
Оптимальный процесс заряда строится с ограничением как тока заряда, так и уровня напряжения на клеммах аккумулятора. Зададимся током примерно 1,5 А и напряжением не более 14,5В. Рассматриваемыми характеристиками обладает схема управления, показанная на рис 1. Ключевым элементом схемы является симистор V типа BT134-600, включаемый оптосимистором МОС3083. Ограничение по току формируется падением напряжения на резисторе R2 сопротивлением 1 Ом и мощностью рассеяния 2 Вт . При превышении на нем падения напряжения свыше 1-1,5 В транзистор VT2 открывается и шунтирует светодиод оптосимистора VD5, прерывая питания TASCHIBRы. В случае необходимости увеличения уровня зарядного тока, например до 3 — 4 А необходимо уменьшить соответствующим образом сопротивление резистора R2, обращая внимание на выбор для этого резистора необходимой мощности рассеяния. По мере заряда аккумулятора, напряжение на его клеммах приближается к уровню 14.5В . Через стабилитрон VD3 начинает протекать ток, что вызывает открывание транзистора VT3. Светодиод VD4, при этом, начинает мерцать, сигнализируя об окончании процесса зарядки, а через диод VD2 начинает протекать ток, открывающий транзистор VT2, что приводит к запиранию симистора V. Для индикации факта открытия симистора применен транзисторный ключ VT1 со светодиодом VD1 в цепи его коллектора. Этот транзистор должен быть германиевым, ввиду малости падения напряжения на светодиоде оптосимистора (около 1В).
Из недостатков зарядного устройства данного типа следует отметить зависимость его работоспособности от уровня напряжения на аккумуляторе, поскольку, очевидно, первоначально схема получает питание от аккумуляторной батареи, которое для обеспечения работоспособности схемы не должно опуститься ниже 6В. Однако, ввиду редкости подобных случаев — с этим можно мириться. При необходимости принудительного заряда можно установить дополнительную кнопку SW, как показано на схеме, нажатием на которую можно довести напряжение аккумулятора до необходимого уровня.
Зарядное устройство было изготовлено в единственном экземпляре. Печатная плата не разрабатывалась. Устройство смонтировано в корпусе для автоматов подходящего размера.
