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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Ladegerät mit Stromstabilisierung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Wir bieten ein Ladegerät mit Stabilisierung des eingestellten Ladestroms für Autobatterien mit einem Strom von bis zu 10 A an. Es verfügt außerdem über eine Schaltung zum automatischen Abschalten des Ladestroms, wenn die Batterie die eingestellte Spannung erreicht. Dieses Gerät kann auch als unabhängige Stromversorgung mit einstellbarer Ausgangsspannung und Laststrombegrenzung für Schaltkreise verwendet werden, die keine strengen Spannungswelligkeitsstandards erfordern. Die Funktionsweise dieses Gerätes ähnelt im Prinzip recht stark der Funktionsweise von Pulsspannungsstabilisatoren mit Pulsweitenregelung der Ausgangsspannung. Am vielversprechendsten sind derzeit Schaltnetzteile (USV), deren Herstellung für viele Funkamateure jedoch mit großen Schwierigkeiten verbunden ist. In dieser Schaltung wurde versucht, die Ideen einer USV unter Verwendung eines Thyristor-Leistungsreglers anzuwenden. Gleichzeitig wurden Maßnahmen ergriffen, um höchste Effizienz zu erreichen. Zu diesem Zweck wurde eine Vollweg-Gleichrichterschaltung mit dem Mittelpunkt der Ausgangswicklung des Leistungstransformators gewählt, bei der anstelle von Dioden direkt Thyristoren angeschlossen sind, die neben der Gleichrichtung des Stroms auch die Funktion seiner Regelung übernehmen . Für diese Schaltung benötigen wir nur zwei Strahler, um zwei Thyristoren zu kühlen, und nicht vier, wie in der Schaltung, bei der Dioden an die Brücke angeschlossen werden. Die Ladeströme sind hoch – ein solches Gerät beginnt sich allmählich in ein Heizgerät zu verwandeln. Natürlich müssen Sie in der Sekundärwicklung eines Leistungstransformators doppelt so viele Windungen wickeln wie in einer Brückengleichrichterschaltung, aber der Querschnitt des Wicklungsdrahts ist halb so groß, was beim Wickeln sogar von Vorteil sein kann Transformator. Die Abbildung zeigt den Schaltplan des Ladegeräts (die „Masse“ ist bedingt dargestellt und kommuniziert nicht mit dem Gehäuse).
Das Schema besteht aus mehreren Teilen: 1. Leistungsabwärtstransformator T1 mit Thyristoren VS1, VS2, Glättungsleistungsfilter an Kondensatoren C1C4 und Induktivität L1. 2. Ein Impulsgenerator, der die Öffnungsphase der Thyristoren VS1 und VS2 steuert. Der Generator wird gemäß einer Standardschaltung unter Verwendung eines Analogons eines Unijunction-Transistors unter Verwendung der Elemente VT1 und VT2, eines Zeitkondensators C6 und eines passenden Impulstransformators T2 zusammengebaut. 3. Eine einstellbare Stromquelle an den Transistoren VT3, VT4 und dem Kondensator C7 mit Widerstand R13, der als variabler Widerstand fungiert, mit dessen Hilfe die Phase der vom Generator erzeugten Impulse reguliert wird. 4. Strom- und Spannungsverfolgungsschaltungen zur Steuerung einer einstellbaren Stromquelle an den Operationsverstärkern DA1.1 und DA1.2 mithilfe einer Spannungskomparatorschaltung. Dazu gehört auch der Amperemeter-Shunt R14. 5. Ein Gleichrichter zur Stromversorgung von Impulsgeneratorschaltungen und Mikroschaltungen, bestehend aus den Dioden VD1, VD2, einem parametrischen Spannungsstabilisator an der Diode VD6 und dem Widerstand R11, einem Glättungsleistungsfilter an den Kondensatoren C8, C9 sowie Referenzspannungsquellen für den Betrieb von Spannungskomparatoren DA1 an den Widerständen R24 -R27. 6. Um die Genauigkeit beim Trennen einer vollständig geladenen Batterie zu erhöhen, wird eine zusätzliche Einheit verwendet, die auf einem DDI-Chip und den Elementen R8R10, VD4, VD5, VD9 und VD10 basiert. Dieses Gerät muss besonders erwähnt werden, es muss nicht installiert werden. Bei der Herstellung von Ladegeräten für Autobatterien, insbesondere beim Laden mit hohen Strömen, stießen wir beim Versuch, diese zu automatisieren, auf das Problem der Spannungsinstabilität, bei der sie sich abschalteten, und am Stand funktionierte alles einwandfrei. Nach der Durchführung von Beobachtungen stellte der Autor fest, dass Besitzer von Ladegeräten diese sehr falsch an die Batterien anschließen und möglicherweise zufällige Leiter verwenden (einmal sah ich eine Verbindung mit Drähten mit einer Länge von mehr als 10 m). An diesen Leitungen entsteht ein erheblicher Spannungsabfall, und das Gerät, das die Ausgangsspannung überwacht, beginnt fälschlicherweise, das Ladegerät vorzeitig auszuschalten und manchmal zyklisch ein- und auszuschalten. Dieser Einflussfaktor kann ausgeschlossen werden, wenn man bedenkt, dass der Ladestrom im Stromkreis pulsierend, also pulsierend, fließt. Wenn dann die EMK des Gleichrichters die EMK der Batterie übersteigt, gibt es Zeiträume, in denen kein Ladestrom vorhanden ist. Zu diesem Zeitpunkt muss die Ausgangsspannung gesteuert werden. Dieser Betriebsalgorithmus kann auf verschiedene Arten implementiert werden. Durch die Einführung dieser Methode zur Überwachung der Ausgangsspannung konnte die Genauigkeit des Abschaltens des Ladegeräts bei Erreichen des eingestellten Spannungsniveaus der Batterie deutlich erhöht werden. Funktionsprinzip der Speicherschaltung Im ersten Moment beim Einschalten öffnet die gesteuerte Stromquelle VT3-VT4 positiv über den Widerstand R7, sodass die Phasenverzögerung der vom Generator an den Transistoren VT1-VT2 erzeugten Impulse minimal ist. Die Thyristoren VS1 und VS2 öffnen fast sofort mit dem Auftreten einer Halbwellen-Wechselstrom-Sinuswelle, und die vom Transformator aufgenommene Leistung ist maximal. Beim Laden der Kondensatoren C1–C4 entsteht ein Batterieladestrom, der einen Spannungsabfall am Amperemeter-Shunt R14 verursacht. Diese Spannung wird über den Widerstand R20 dem invertierenden Eingang des Spannungskomparators DA1.1 zugeführt und mit der eingestellten Referenzspannung vom variablen Widerstand R27 verglichen. Sobald der Spannungsabfall am Shunt R14 den Standardwert überschreitet, schaltet der Komparator DA1.1 und an seinem Ausgang erscheint ein Low-Pegel (nahezu Masse). Dieser niedrige Pegel wird über die Diode VD7 und den Widerstand R13 der Basis des Transistors VT4 zugeführt, und die gesteuerte Stromquelle beginnt sich zu schließen, wodurch ihr Widerstand im Kondensatorkreis Sat erhöht wird. Die Generatorimpulse werden später erzeugt, die Thyristoren VS1-VS2 öffnen weniger und die Leistungsaufnahme sinkt. Wenn der Ladestrom abnimmt, kehrt der Komparator in seine ursprüngliche Position zurück, ohne die Transistoren VT3-VT4 zu beeinflussen. Auf diese Weise erfolgt eine Pulsweitenregelung des Ladestroms. Auf dem DAI-Komparator. 1 zeigt eine Schaltung zur Überwachung der Ausgangsspannung. Sobald er den eingestellten Wert (normalerweise 14,6 V) überschreitet, schaltet auch der Komparator DA1.2 und in ähnlicher Weise nur über die Diode VD8, dann über den Widerstand R13 die Transistoren VT3-VT4 und der Impulsgenerator Ausschalten, der Ladestrom stoppt. Aufgrund der relativ breiten Hystereseschleife, die durch die Widerstände R27, R28 gebildet wird, kehrt der Komparator erst dann in seine ursprüngliche Position zurück und das Ladegerät beginnt zu arbeiten, wenn die Spannung an den Anschlüssen des Ladegeräts auf 12,7 V abfällt. Die HL2-LED signalisiert das Ende des Ladevorgangs. Wie oben erwähnt, kommt hier ein neues Prinzip der Spannungsregelung zum Einsatz, das die Genauigkeit der Abschaltung erhöht. Die Spannung wird nur in kurzen Zeiträumen zwischen den Halbwellen der Wechselstrom-Sinuswelle geregelt; in der übrigen Zeit ist die Empfindlichkeit des Komparators stark reduziert. Das Gerät basiert auf einem DDI-Chip und den Hilfselementen VD4, VD5, VD9, VD10, R8, R9, R10. Auf den Mikroschaltungen DD 1.1-DDI.2 wird ein Impulsformer hergestellt, der von den positiven Halbwellen einer Stromsinuskurve isoliert ist und von der Sekundärwicklung des Transformators T1 über Gleichrichterdioden VD1-VD2 entnommen wird, die dem Eingang von zugeführt werden die Mikroschaltung DD8 über den Widerstand R4 und eine Zenerdiode VD1.1. Dank der Zenerdiode VD4, die einen Teil der Spannung abschneidet, sowie aufgrund der Schwelleneigenschaften des DDI-Chips erhält der Ausgang von DDI .2 Impulse mit einer Frequenz von 100 Hz und einer Dauer von 7.. ,8 ms (Dauer abhängig von der Versorgungsspannung). Der Ausgang des DDI .3-Chips sind invertierte Impulse mit einer Dauer von 2...3 ms und einer Periode von 10 ms. Während dieser Zeitintervalle (2...3 ms) ist garantiert kein Ladestrom vorhanden und die von den Ausgängen der Mikroschaltung DDI .3 über die Diode VD10 angelegten Impulse wirken sich nicht auf den nichtinvertierenden Eingang des DA1.2 aus .XNUMX Komparator. Während dieser Zeit wird die Ausgangsspannung überwacht. Während der Zeit, in der am Ausgang DDI .3 keine Impulse anliegen, d.h. Liegt ein niedriger Pegel vor, wird der Spannungssteuereingang deutlich umgangen, wodurch der DA1.2-Komparator effektiv ausgeschaltet wird. Wenn der Komparator DA1.2 ausgelöst wird, verhindert sein niedriger Pegel, der über die VD1.3-Diode an den Eingang der Mikroschaltung DD 9 angelegt wird, den Durchgang von Impulsen durch den DDI .3-Chip; an seinem Ausgang liegt ein hoher Pegel an, und das hat er auch Keine Auswirkung auf den Komparator. In der Praxis ermöglichte die Einführung dieses Prinzips der Spannungsregelung eine sehr präzise Trennung der Batterie vom Ladegerät. Die Anforderungen an die im Speicher verbauten Teile sind unkritisch, hier sind verschiedene Vertauschungen von Transistoren und Dioden möglich. Es ist besser, Thyristoren durch modernere wie T-112 usw. zu ersetzen. Die Drossel L1 dient zum Schutz der Thyristoren vor erheblichen Strömen beim Laden der Kondensatoren C3C4. Die Drossel besteht aus einem Kern Ø12x25 mit einem Spalt von 0,1 mm und ist mit PEL 2,02-Draht umwickelt, bis er gefüllt ist. Ohne Leistungsfilterkondensatoren ist der Stromregelkreis funktionslos und ihre Anwesenheit ist sogar wünschenswert, weil Der Ladevorgang kommt dem Gleichstromladen nahe, was sich positiv auf die Batterie auswirkt. Die Kapazitäten der Kondensatoren, insbesondere C3 und C4, können erhöht werden, wodurch die Spannungswelligkeit verringert wird, die am Ausgang des Ladegeräts bei den angegebenen Nennwerten C1-C4 1,5 V bei einem Laststrom von 5 A beträgt. Für den Impulsgenerator wurde die Schaltung mit Transformatorausgang gewählt, weil Die langjährige Praxis der Wartung verschiedener Geräte mit Thyristoren hat ihre gute Zuverlässigkeit im Gegensatz zu Schaltungen mit galvanischer Kopplung an die Steuerelektroden von Thyristoren gezeigt. Hier fallen Thyristoren auch in stark entlasteten Leistungsregelkreisen schnell aus. Der Transformator T2 verwendet einen Standard-MIT-3 (Sie können FIT4 verwenden), Sie können ihn aber auch selbst auf einem Sh7x6-Kern herstellen. Alle Windungen sind mit 0,15 PEL-Draht gewickelt, jede Wicklung enthält 40 Windungen. Die Schaltung zur Überwachung und Einstellung der Ausgangsspannung, aufgebaut auf den Widerständen R17, R19, R20, wurde aus Gründen der einfachen Installation gewählt; sie werden auf dem Panel in der Nähe der Ausgangsklemmen installiert. Der T1-Leistungstransformator besteht aus U-förmigem Eisen, 35 mm breit und 38 mm dick. Die Primärwicklung ist mit PEL-0,7-Draht, 890 Windungen, gewickelt, die Sekundärwicklung mit PEL-1,7-Draht, 70 Windungen pro Halbwicklung. Ein Shunt für ein Amperemeter kann, sofern kein solcher vorhanden ist, leicht aus einem spiralförmig gedrehten Stück Stahldraht mit einem Durchmesser von 1,8...2 mm und einer Länge von 15...18 cm hergestellt werden. Dann wird der Widerstand R15 verwendet, um die Skala des Messgeräts für einen Strom von 10 A oder eine andere ausgewählte Skala zu kalibrieren. Dies ist einfacher und einfacher als die Auswahl eines Shunts für das Gerät. Außerdem ist ein zusätzlicher Widerstand R16 an das Gerät angepasst, um die Spannung unter der ausgewählten Skala des Geräts zu messen. Bei Bedarf kann die Hysterese des Spannungskomparators entfernt werden, indem der Widerstand R22 aus dem Stromkreis entfernt wird. Wenn die eingestellte Spannung erreicht ist, sinkt der Strom auf den Batteriestrom, dessen Wert vom Batterietyp und seinem Verschleiß abhängt . Dann ist die Installation des DD1-Chips nicht unbedingt erforderlich. In dieser Funktion kann das Ladegerät als separate Stromversorgung betrieben werden. Über den Widerstand R18 lässt sich die Ausgangsspannung regeln und über den Widerstand R27 kann der Grenzstrom im Leistungskreis eingestellt werden. Литература:
Autor: B.G. Erofejew
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