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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Automatische Befestigung am Ladegerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Das Magazin widmet Fragen der ordnungsgemäßen Wartung von Autobatterien seit jeher große Aufmerksamkeit. So wurde beispielsweise letztes Jahr ein früherer Artikel zu diesem Thema veröffentlicht (I. Herzen. „Automatische Befestigung an einem Ladegerät“ in „Radio“, 1997, Nr. 7, S. 45, 46). Die folgende Arbeit ist ein weiterer Schritt in diese Richtung. Bei längerer Lagerung (mehrere Monate) entladen sich Autobatterien selbst. Daher wird empfohlen, die Batterie mindestens einmal im Monat aufzuladen. Durch herkömmliches Aufladen lässt sich die Sulfatierung der Platten jedoch nicht verhindern, was nach und nach zu einer Abnahme der Batteriekapazität und einer Verkürzung der Lebensdauer führt [1]. Daher wird die Batterie periodisch mit einem Strom in Ampere, der numerisch 1/20 der Nennkapazität, ausgedrückt in Amperestunden, entspricht, auf eine Spannung von 10,5 V entladen und anschließend auf eine Spannung von 14,2 bis 14,5 aufgeladen V. Ein solcher Lade-Entlade-Zyklus sollte mehrmals wiederholt werden, wenn die Batterie stark sulfatiert ist oder sich längere Zeit in einem halbentladenen Zustand befand. Der nachfolgend beschriebene Aufsatz ist für den Einsatz in Verbindung mit Ladegeräten konzipiert, die den erforderlichen Ladestrom bereitstellen und am Ausgang eine pulsierende Ladespannung haben. Geeignet sind beispielsweise industriell hergestellte Geräte UZ-A-6/12 (Vyborg), UZR-P-12-6,3 (Yuryev-Polsky) sowie in [2, 3] beschriebene Amateurgeräte. Mit der Set-Top-Box können Sie den Akku auf eine Spannung von 10,5 V entladen und nach Abschluss der Entladung automatisch mit dem Laden mit einem Strom mit Entladekomponente beginnen (mit einem Verhältnis von Lade- und Entladekomponente von 10:1). Das Gerät stoppt den Ladevorgang, wenn die Spannung an den Batterieklemmen 14,2...14,5 V erreicht, was einer 100-prozentigen Ladung entspricht. Es regelt die Spannung, wenn kein Ladestrom vorhanden ist. Bei Ausfall der Netzspannung stoppt das Gerät die Entladung des Akkus. Entlade-Ladezyklen können einzeln oder mehrfach sein. Schematische Darstellung der Präfix-Maschine ist in Abb. 1 gezeigt. eines.
Die Stromversorgung der Set-Top-Box erfolgt kombiniert – vom Stromnetz, vom Ladegerät und vom Ladeakku GB1 bei geschlossenem Optokoppler-Dinistor U3. Als Schwellwertelement wurden Zeitkomparatoren DA14,2 [14,5] mit Spannungsteilern R10,5R1 und R4R7 verwendet, die bei zwei Spannungswerten an der Batterie ein Signal erzeugen – 10...8 V beim Laden und 11 V beim Entladen. An seinen Eingängen R und S wird die Spannung an der zu ladenden oder zu entladenden Batterie mit den oben genannten Schwellenwerten verglichen, die durch die Versorgungsspannung des Timers, den Widerstand der Widerstände des internen Spannungsteilers des Timers und die bestimmt werden Spannung an seinem Eingang UR (sie wird von der Zenerdiode VD2 entfernt). Mit den Trimmwiderständen R10 und R11 kann die untere und obere Ansprechschwelle des Komparators verändert werden. Der Timer wird von einem parametrischen Stabilisator VD3R9 angetrieben. Die Spannung einer nicht zu stark entladenen Zwölf-Volt-Batterie beträgt üblicherweise 12...12,6 V. Wenn das Gerät mit angeschlossener Batterie an das Netzwerk angeschlossen wird, wird der Timer in einen Zustand versetzt, der der hohen Spannung bei entspricht An seinem Ausgang ist der Transistor VT1 geöffnet. Der Dinistor des Optokopplers U3 öffnet sich und der Akku beginnt mit dem Laden, was durch das Aufleuchten der HL1-LED angezeigt wird. Allerdings ist der Ladezustand des angeschlossenen Akkus in der Regel unbekannt, daher empfiehlt es sich, diesen vor Beginn des Ladevorgangs auf eine Spannung von 10,5 V zu entladen. Um den Entlademodus einzuschalten, drücken Sie nach dem Anschließen des Akkus kurz den SB1 "Start Knopf. Über die Kontakte SB1.1 erhält der Eingang R des Timers Spannung von der an den Ausgang angeschlossenen Batterie und schaltet ihn in den entgegengesetzten Zustand (niedriger Pegel am Ausgang), der Transistor VT1 schließt und schaltet die LED HL1 aus. Gleichzeitig gelangt über die geschlossenen Kontakte SB1.2 ein Low-Pegel zum oberen Eingang des RS-Triggers, montiert auf den Elementen DD1.1, DD2.2. Der Trigger wird in einen Zustand versetzt, wenn am Ausgang des Elements DD1.1 eine Spannung mit hohem Pegel auftritt. Wenn die Kontaktstellung des Schalters SA1 im Diagramm dargestellt ist, liegt am Ausgang der durch Wechselrichter eingeschalteten Elemente DD1.3, DD1.4 eine Niederspannung an. Da der Fototransistor des Optokopplers U2 offen ist (und er ist die ganze Zeit geöffnet, während die Netzspannung an die Konsole angelegt wird), fließt ein Strom, der ausreicht, um diesen Transistor zu sättigen, durch die Basis des Transistors VT4, Widerstand R23, den Fototransistor von der Optokoppler und der Ausgang der Logikelemente DD1.3 und DD1.4. Der Batterieentladestrom fließt durch die EL1-Glühlampe – etwa 2,5 A – was dem 20-Stunden-Entlademodus der 6ST55-Batterie entspricht. Wenn Sie eine Batterie mit einer anderen Kapazität warten, sollten Sie eine Lampe mit der entsprechenden Leistung verwenden. Die Netzspannung wird über den Dämpfungswiderstand R1 der Diodenbrücke VD1 zugeführt und versorgt nach Gleichrichtung die in Reihe geschalteten LEDs der Optokoppler U1 und U2. Kondensator C1 und Widerstand R2 bilden einen Glättungsfilter für die LED des Optokopplers U2. Wenn die Netzspannung verloren geht, schließt der Fototransistor dieses Optokopplers, was zum Schließen des VT4-Transistors und zum Stoppen der Entladung der Batterie führt. Wenn sich die Batterie entlädt, sinkt die Spannung an ihren Anschlüssen. Wenn 10,5 V erreicht sind, schaltet der Timer um und die Transistoren VT1 und VT2 öffnen. Das Öffnen des Transistors VT1 führt dazu, dass das Gerät in den Lademodus wechselt, den RS-Trigger umschaltet und den Transistor VT4 schließt sowie den Transistor VT3 öffnet. Der Ladestrom wird mit einem Ladegerät entsprechend der Batterie-Bedienungsanleitung eingestellt, d. h. gleich 1/10 oder 1/20 der Batteriekapazität. Erfolgt der Ladevorgang ohne Bedienerführung, ist darauf zu achten, dass Schwankungen des Ladestroms aufgrund von Schwankungen der Netzspannung begrenzt werden. Der einfachste Weg, den Strom zu stabilisieren, besteht darin, eine Kette von zwei oder drei parallel geschalteten Autolampen mit einer Leistung von 40...50 W an die Unterbrechung eines der Ausgangskabel des Ladegeräts anzuschließen [5]. Der gleiche Effekt wird erzielt, indem eine 220-V-Lampe mit einer Leistung von 200...300 W an eines der Eingangskabel (Netzkabel) des Ladegeräts angeschlossen wird. Der Ladestrom enthält einen dosierten Entladeanteil, der sich positiv auf den Ablauf elektrochemischer Prozesse in der Batterie auswirkt [1]. Der Strom der Entladekomponente wird durch den Widerstand R19 bestimmt (ca. 0,5 A). Während des Ladevorgangs steigt die Spannung an den Polklemmen der Batterie allmählich an. Es ist bekannt, dass die Spannung einer voll geladenen Batterie 14,2...14,5 V beträgt [1]. Diese Spannung wird ohne Ladestrom gemessen, da Ladeimpulse je nach Entladungsgrad der Batterie den momentanen Spannungswert an ihren Anschlüssen um 1...3 V erhöhen. Um diesen Messmodus sicherzustellen, verwendet das Gerät die Elemente U1, R4, VT2. Im Lademodus ist der Transistor VT2 geöffnet. In Abb. Abbildung 2 zeigt Spannungs- und Stromdiagramme, die die Funktionsweise der Optokoppler U1 und U2 erläutern. Die Netzspannung wird über eine Diodenbrücke gleichgerichtet (Abbildung 1) und den LEDs der Optokoppler U1 und U2 zugeführt.
Der Fototransistor des Optokopplers U1 öffnet in den Momenten, in denen der Strom durch die LED des Optokopplers U1 (Diagramm 2) den Öffnungsstrom des Fototransistors übersteigt. In diesem Fall umgeht der Widerstand R4 den Trimmwiderstand R11 und der obere Schwellenwert für den Timer DA1 erhöht sich. Wenn die Netzspannung den Nullpunkt überschreitet, schließt der Fototransistor und die Zeitschwelle sinkt auf 14,2...14,5 V. Zu diesem Zeitpunkt fließt kein Ladestrom durch die Batterie. Die Messung erfolgt in jeder Halbwelle des Netzwerks, also 100 Mal pro Sekunde. Messdauer - 1...3 ms. Solange Netzspannung an der Set-Top-Box anliegt, fließt Strom durch die LED des Optokopplers U2, wodurch der Fototransistor des Optokopplers U2 geöffnet ist. Sobald die Spannung an der Batterie ohne Ladestrom 14,2...14,5 V erreicht, schaltet der Timer DA1 (am Ausgang erscheint ein niedriger Pegel) und der Ladevorgang stoppt. Da der Ausgang des RS-Flipflops immer noch hoch bleibt, kann das Gerät lange Zeit, bis zu mehreren Tagen, in diesem Zustand bleiben. Der von der Batterie verbrauchte Strom ist gering (20...30 mA) und kann keine nennenswerte Entladung verursachen. Wenn ein wiederholtes Training des Akkus mit Entlade-Ladezyklen erforderlich ist, werden die Kontakte des Schalters SA1 gemäß Diagramm in die untere Position gebracht. In diesem Fall ist der RS-Trigger deaktiviert und Laden und Entladen wechseln sich ab, solange Netzspannung anliegt und der zu ladende Akku angeschlossen ist. Die Kondensatoren C2, C3 erhöhen die Störfestigkeit des Timers. Die Widerstände R19, R22 sorgen dafür, dass die Transistoren VT3, VT4 bei fehlendem Basisstrom zuverlässig geschlossen bleiben. Anstelle von KT608B kann das Gerät beliebige Transistoren der Serien KT603, KT608, KT3117, KT815 verwenden; KT503B - KT315, KT501, KT503, KT3117; KT814B – KT814, KT816, KT818, KT837 und anstelle von KT825G – jede dieser Serien. Der Optokoppler-Dinistor TO125-10 kann durch T0125-12.5, TO2-10, TO2-40, TSO-10 ersetzt werden. Wir werden die Diodenbrücke KTs407A durch KTs402, KTs405 mit den Buchstabenindizes A, B, V ersetzen. Es empfiehlt sich die Verwendung der Zenerdiode VD3 mit kleiner Stabilisierungs-TKN, alle Zenerdioden der D818-Serie sind geeignet. Oxidkondensator C1 - K50-16, K50-35 oder K50-29; C2, C3 – KM-66, K10-23, K73-17 usw. Trimmerwiderstände R10, R11 – alle Multiturn-Widerstände, zum Beispiel SP5-2. Widerstand R20 - PEV mit einer Leistung von 10 oder 15 W (im Extremfall 7,5 W); der Rest sind MLT, OMLT, S2-23. Taste SB1 und Schalter SA1 – beliebig, zum Beispiel KM2-1 bzw. MT1. Die meisten Elemente des Gerätes sind auf einer Leiterplatte aus folienbeschichtetem Glasfaserlaminat mit einer Dicke von 2 mm montiert (Abb. 3).
Der Optokoppler-Dinistor U3 und der Transistor VT4 sind auf Kühlkörpern mit einer Kühlfläche von 100 ... 150 cm2 installiert. Die Platine wird in jedem Fall mit geeigneten Abmessungen montiert (in der Version des Autors - 260 x 100 x 70 mm). Anschlüsse, über die Lade- und Entladestrom fließen, müssen mit einer Leitung mit einem Querschnitt von mindestens 2 mm2 ausgeführt werden. Es empfiehlt sich, flexible Kabel zu wählen, die das Gerät mit der Batterie verbinden. Zum Aufbau des Gerätes benötigen Sie eine Labor-Gleichstromquelle mit einer einstellbaren Spannung von 9 bis 15 V und einem Laststrom von mindestens 0,6 A sowie ein Voltmeter. Zunächst werden Ladegerät und Lampe EL1 vorübergehend abgeklemmt und der zu ladende Akku durch eine Laborstromquelle ersetzt. Nachdem Sie die Quellenspannung mit dem Voltmeter auf 10,5 V eingestellt haben, stellen Sie mit dem Trimmwiderstand R10 den unteren Schwellenwert für das Einschalten der LED HL1 durch den Komparator ein und stellen Sie dann die Spannung mit dem Trimmwiderstand R14,2 auf 14,5...11 V ein den oberen Schwellenwert zum Einschalten der LED HL2. Das Aussehen des zusammengesetzten Präfixes ist in Abb. vier.
Um die elektrische Sicherheit der gesamten Ladeanlage insgesamt zu gewährleisten, ist eine galvanische Trennung (Trennung) des Verbrauchers (Batterie) vom Versorgungsnetz erforderlich. Die Rolle der Entkopplungselemente in der Set-Top-Box übernehmen Optokoppler (U1 und U2). Leider sind die vom Autor ausgewählten Optokoppler der AOT110-Serie nicht in der Lage, die Gefahr eines Stromschlags zu beseitigen, da dies aufgrund ihrer Nennisolationsspannung nicht der Fall ist 100 V überschreiten. Für die Set-Top-Box sind nur Optokoppler geeignet, deren Isolationsspannung nicht weniger als 500 V beträgt, der Fototransistor ist zusammengesetzt (dies gilt insbesondere für den Optokoppler U2), beispielsweise aus der AOT127-Serie. Literatur
Autor: A. Evseev, Tula
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