Электрические схемы бесплатно. Шим регуляторы для зарядки мощных аккумуляторов схемы. Полностью автоматическое зарядное устройство для аккумуляторов Зарядное устройство на шим регуляторе схема

Совсем сравнительно не так давно решил изготовить пара зарядных устройств для автомобильного аккумуляторная батареи, что планировал продавать на местном рынке. В наличии имелись достаточно прекрасные промышленные корпуса, стоило только изготовить хорошую начинку и все дела.

Но тут столкнулся с последовательностями неприятностей, начиная от блока питания, заканчивая узлом управления выходного напряжения. Отправился и приобрел ветхий хороший электронный трансформатор типа ташибра (китайский бренд) на 105 ватт и начал переделку.

Ташибра - электронный (импульсный) сетевой блок питания реализованный на полумостовой базе, не имеет никаких защит, кроме того простой сетевой фильтр отсутствует. По окончании переделки (об этом в следующих статьях) удалось взять на выходе трансформатора до 18 Вольт постоянного напряжения с током 8-10 Ампер, что более, чем достаточно для зарядки кроме того достаточно емких автомобильных аккумуляторная батарей.

Размеры платы не более пачки от сигарет, достаточно компактный и замечательный блок питания в итоге оказался. Вторая неприятность была связана с регулятором мощности, напрямую зарядить аккумулятор не оказаться, исходя из этого было решено применять схему несложного ШИМ регулятора.

В отечественной схеме силовым звеном есть замечательный N-канальный полевой транзистор, в моем случае IRFZ44, конечно он не критичен, возможно задействовать практически каждые подобные ключи с допустимым током 20Ампер и более.

Маломощные транзисторы также не критичны, возможно применять каждые транзисторы обратной проводимости (малой мощности, такие как - кт3102, кт315, S9012/9014/9016/9018 и другие), на них собран мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов, что руководит замечательным полевым ключом.
Полевой транзистор на протяжении работы будет перегреваться, но данный перегрев не будет через чур громадным, но на всякий случай транзистор стоит установить на теплоотвод.

Эта схема ШИМ регулятора выходного напряжения превосходно может трудиться с любыми зарядными устройствами /блоком питания, не зависимо от типа, номинал входных напряжений от 3,5 впредь до большого напряжения, допустимый через полевой транзистор (60-75 Вольт, в некоторых случаях 100 и выше, все зависит от конкретного транзистора).

В обязательном порядке к прочтению:

ШИМ регулятор собственными руками

Статьи как раз той тематики,которой Вы интересуетесь:

В прошлых статьях мы разглядели конструкцию ШИМ регулятора мощности, что рекомендован для регулировки выходного напряжения зарядного устройства либо блока питания. Сейчас обращение отправится про…

Частенько, в особенности зимой, автомобилисты сталкиваются с необходимостью зарядки автомобильного аккумулятора. Возможно, и нужно, купить заводское зарядное устройство, лучше…

ШИМ-регулятор мощности, незаменимая часть любого блока питания. Ниже представленная схема разрешает регулировать напряжение блока питания от 1 Вольта до граничного напряжения блока питания (но…

Сравнительно не так давно на халяву досталось пара компьютерных блоков питания и к моему удивлению кое-какие из них были всецело рабочими. Было решено поделится опытом переделки для того чтобы блока питания…

На данный момент имеется большое количество устаревших системных блоков с исправными блоками питания. Эти блоки возможно применять для разных целей. Для этого потребуются незначительные переделки. Мной…

Источник: Morningstar Corporation
Перевод: «Ваш Солнечный Дом»

1. Возможность восстановить потерянную емкость батареи

Согласно исследованиям Battery Council International, 84% свинцово-кислотных батарей выходят из строя из-за сульфатации. Сульфатация является еще более острой проблемой в солнечных энергосистемах, потому что вероятность полного заряда в таких системах сильно отличается от традиционного заряда АБ. Увеличенные периоды недозаряда АБ в солнечных энергосистемах приводят к коррозии решетки, а положительные пластины аккумуляторов покрываются кристаллами сульфатов.

Широтно-импульсная модуляция тока заряда может предотвратить образование отложений сульфатов, помогает преодолеть резистивный барьер на поверхности электродной сетки и пробить коррозию на переходах. В дополнение к улучшенному КПД заряда и увеличенной емкости, существуют убедительные доказательства того, что такой режим заряда может восстановить емкость АБ, которая «потерялась» со временем при работе АБ в фотоэлектрической системе. Некоторые результаты исследований приведены ниже.

В 1994 CSIRO, ведущая исследовательская группа в Австралии , опубликовала статью, в которой указывается, что пульсирующий ток заряда «позволяет восстановить емкость элементов, работавших в циклическом режиме». Процесс сульфатации замедляется, а внутренние слои коррозии становятся тоньше и разделяются на «островки». Электрическое сопротивление уменьшается и емкость увеличивается. Вывод статьи в том, что пульсирующий ток заряда «может привести к восстановлению емкости аккумуляторной батареи.»

Другая статья, опубликованная Sandia National Labs в 1996 году , приводит данные по тестирования герметичных аккумуляторов, которые потеряли более 20% своей емкости. Обычный заряд постоянным током не мог восстановить потерянную емкость АБ. Затем батарея была заряжена с использованием ШИМ контроллера, что привело к «восстановлению большей части потерянной емкости АБ.»

Наконец, Morningstar, провели тесты по восстановлению емкости АБ. Прилигаемый график показывает, что аккумуляторная батарея восстановила большую часть потерянной емкости после заряда при помощи SunLight контроллера. После теста, солнечная система освещения в течение 30 дней практически не обеспечивала освещение, так как система отключалась по защите от перезаряда каждую ночь. Аккумуляторная батарея была очень старой и подлежала утилизации. Затем, нагрузка стала работать дольше каждую ночь, что отражено на графике. В течение последующих 3 месяцев емкость АБ постоянно возрастала. Этот тест продолжается в Morningstar.

2. Увеличение способности принять заряд

Термин «способность принять заряд» часто используется для описания эффективности заряда аккумулятора. Так как АБ в фотоэлектрических системах постоянно подзаряжаются ограниченным источником энергии (т.е. характер заряда носит вероятностный характер в течение дня и зависит от наличия солнечного света), высокая способность принять заряда является критическим параметром для АБ в солнечной энергосистеме и повышает эффективность системы в целом.

Солнечные фотоэлектрические системы очень часто были ненадежными из-за плохих контроллеров заряда. Например, исследование 4-х фотоэлектрических систем для освещения, проведенное National Forest Service(reference 4), в которых использовались простые контроллеры, которые выключали и включали СБ, показало проблемы вследствие плохой восприимчивости к заряду аккумуляторными батареями. АБ оставались недозаряженными и часто отключались по защите от переразряда. Это происходило каждую ночь, хотя при этом АБ принимало только примерно половину энергии, производимой солнечными батареями в течение дня. Одна из систем приняла только 10% от генерируемой СБ энергии в промежуток между 11 и 15 часами дня!

После тщательного изучения было определено, что проблема не в аккумуляторе, а в «стратегии управления зарядом». Более того, аккумулятор мог принять этот заряд, но не заряжался. Позднее была исследована система, похожая на эту, но с контроллером заряда, который поддерживал постоянное высокое напряжение на аккумуляторе. В этом случае, «батарея оставалась почти всегда полностью заряженной».

Позднее было проведено исследование контроллеров с ШИМ (reference 2, attached), которое доказало, что контроллеры повышали восприимчивость АБ к заряду именно вследствие использования широтно-импульсной модуляции тока заряда. Контроллеры MorningStar SunSaver позволили даже увеличить эффективность заряда АБ на 2-8% даже по сравнению с контроллерами, которые поддерживали постоянно высокое напряжение на АБ.

Ряд испытаний показал, что алгоритм ШИМ имеет значительные преимущества для повышения восприимчивости АБ к заряду. Прилагаемый график (reference 5, attached) сравнивает способность заряда контроллера Morningstar SunSaver PWM относительно лучших on-off контроллеров. Это исследование, проведенное Morningstar, было проведено в одинаковых тестовых условиях. Контроллер с ШИМ позволял закачать в аккумулятор на 20%-30% больше энергии от , чем on-off контроллер.

3. Обеспечение высокой средней емкости аккумулятора

Поддержание высокой степени заряженности (SOC) аккумулятора очень важно для «здоровья» аккумулятора и для поддержания запаса емкости, что в свою очередь влияет на надежность солнечной системы электроснабжения. Отчет по испытаниями, проведенный FSEC (reference 6) отмечает, что «срок службы свинцово-кислотных аккумуляторов прямо пропорционален средней степени заряженности», и что если аккумулятор поддерживается при SOC более 90%, возможно «увеличение количества циклов заряда-разряда в 2-3 раза по сравнению с АБ, работающей при SOC 50%.»

Однако, как было замечено в предыдущей секции, «многие солнечные контроллеры предыдущего поколения не заряжали АБ до достаточно высоких уровней SOC , даже если нагрузка была отключена.»

Тщательное изучение влияния SOC на работу АБ было проведено Sandia в 1994 году (reference 7, page 940, attached). Было выяснено, что уровни контрольных напряжений имеют небольшой эффект на долгосрочные уровни заряженности, но уровень повторного подключения нагрузки сильно влияет на долгосрочную SOC . Были исследованы 5 on-off контроллеров и 2 регулятора с квази-постоянным напряжением. Были сделаны следующие выводы относительно SOC:

• 3 on-off контроллера с типичным гистерезисом обеспечивали степень заряженности в пределах 55-60% в течение 23 месяцев
• 2 on-off контроллера с более плоским гистерезисом (что может приводить к более высоким рискам нестабильности системы электроснабжения в целом) показали средний уровень SOC 70%
• 2 контроллера с поддержанием постоянного напряжения в конце заряда с гистерезисом в 0,3 и 0,1 В обеспечивали среднюю SOC около 90% (заметьте, что ШИМ контроллеры имеют гистерезис около 0,02В)

Sandia сделала заключение, что число случаев повторного заряда-разряда в течение дня имеет гораздо большее влияние на SOC , чем другие факторы в течение любого цикла заряда.

Аккумуляторы, которые заряжаются с использованием алгоритма ШИМ, будут поддерживаться при очень высоком среднем уровне заряженности в типичной солнечной системе электроснабжения. Кроме обеспечения более высокой резервной емкости в системе, срок службы аккумуляторной батареи может быть значительно увеличен. Это подтверждается многочисленными отчетами и испытаниями.

4. Выравнивание элементов аккумуляторной батареи

Отдельные элементы в АБ могут со временем сильно отличатся по сопротивлению заряду. Неравномерная восприимчивость к заряду может приводить к значительной потере емкости в «слабых» элементах. Для исправления таких несбалансированных элементов применяется режим, который называется «выравнивающим зарядом». (Прим. ВСД — Такой режим применяется только для АБ с жидким электролитом!) . В этом режиме АБ несколько часов поддерживается при высоком напряжении, при котором начинается контролируемое газовыделение.

При использовании алгоритма ШИМ выравнивание элементов возможно и при более низких напряжениях. ШИМ заряд позволяет поддерживать отдельные элементы аккумуляторной батареи в более сбалансированном состоянии. Это важно при использовании герметичных аккумуляторов, которые не допускают газовыделения. Также, это очень полезно при использовании при заряде аккумуляторов от , так как на практике в солнечных системах электроснабжения очень редко бывают случаи, когда возможно поддержание напряжения на АБ на высоком уровне в течение длительного времени.

5. Уменьшение нагрева АБ и газовыделения

Перенос ионов в электролите АБ оказывается более эффективным при использовании ШИМ заряда. После импульса заряда, некоторые области аккумуляторных пластин оказываются обедненными ионами, в то время как другие области имеют их избыток. Во время промежутка между зарядными импульсами, диффузия ионов выравнивает концентрацию ионов на пластинах, тем самым подготавливая аккумулятор к следующему зарядному импульсу.

Кроме того, вследствие того, что импульсы довольно короткие, для образования газа не хватает времени. Газообразование еще менее вероятно при использовании разрядных импульсов.

6. Автоматическая подстройка к возрасту аккумуляторов

По мере того, как батарея стареет и вырабатывает свои циклы, она становится все более невосприимчивой к заряду. Это происходит в основном вследствие того, что кристаллы сульфатов на пластинах делают их менее проводимыми и замедляют скорость электрохимических реакций.

Однако, возраст АБ не влияет на заряд с использованием алгоритма ШИМ.

Заряд с ШИМ всегда подстраивается к потребностям аккумулятора. Зарядный ток АБ оптимизируется в зависимости от ее внутреннего сопротивления, потребностей к заряду и возрасту АБ. Единственный эффект, который может проявляться при ШИМ заряде старых батарей, это более раннее начало газовыделения.

7. Саморегуляция по падениям напряжения и температурным эффектам

С ШИМ зарядом, критическое завершение заряда может быть определено в соответствии с уравнением:

Это обеспечивает саморегуляцию финальной стадии заряда, которая адаптируется в соответствии этим выражением.

Поэтому, внешние факторы, такие как падения напряжения в проводах системы, не влияют на границы финального заряда. Влияние падения напряжения будут составлять доли вольта. В отличие от этого, в on-off контроллерах это очень сильно влияет на режимы заряда АБ, так как даже небольшое падение напряжение в проводах от АБ до контроллера может привести к перезаряду или недозаряду АБ.

В контроллерах с последовательным ключом, полевые транзисторы находятся в основном в запертом состоянии на завершающей стадии заряда. Это минимизирует нагрев контроллера, что особенно важно, если они находятся в закрытом корпусе. В отличие от этого, в шунтовых регуляторах наблюдается максимальное тепловыделение именно на финальной стадии заряда, так как полевой транзистор в основном находится с открытом состоянии и пропускает весь ток от СБ. (Прим. ВСД — несмотря на более высокий нагрев контроллера, основное тепловыделение все же происходит в солнечной батарее, а не в контроллере, так как у современных полевых транзисторов сопротивление в открытом состоянии очень мало) .

Таким образом, ШИМ контроллеры с последовательными ключами обеспечивают наиболее оптимальные режимы заряда аккумуляторной батареи, в зависимости от ее заряженности и возраста. В простых контроллерах, которые включают и выключают заряд в зависимости от напряжения на АБ, происходит хронический недозаряд АБ и преждевременный выход ee из строя.

Литература:

1. Lam, L.T., et al, ‘Pulsed-current charging of lead/acid batteries-a possible means for overcoming premature capacity loss?,’ CSIRO, Australia, Journal of Power Sources 53, 1995.
2. Hund, Tom, ‘Battery Testing for Photovoltaic Applications,’ Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM, presented at 14th NREL Program Review, Nov. 1996.
3. Stevens, John et al, ‘Field Investigation of the Relationship Between Battery Size and PV System Performance,’ Sandia National Laboratories, Albuquerque, NM.
4. Morningstar test results, 1999.
5. Dunlop, James et al, ‘Performance of Battery Charge Controllers: An Interim Test Report,’ Florida Solar Energy Center, Cape Canaveral, FL, presented at IEEE PV Specialists Conference, May 1990.
6. Woodworth, Joseph et al, ‘Evaluation of the Batteries and Charge Controllers in Small Stand-Alone Photovoltaic Systems.’ Sandia National Laboratories, presented at WCPEC, December 1994.

Продолжить чтение

Контроллеры заряда Steca Solar PR Применение: небольшие системы от 60 Вт до 720 Вт. Контроллеры серии PR на ток 10 и более ампер имеют жидкокристаллический многофункциональный индикатор, который отображает точную степень заряженности аккумуляторной батареи (АБ) в процентах и визуальным столбиком.…

Регулировка оборотов электродвигателей в современной электронной технике достигается не изменением питающего напряжения, как это делалось раньше, а подачей на электромотор импульсов тока, разной длительности. Для этих целей и служат, ставшие в последнее время очень популярными - ШИМ (широтно-импульсно модулируемые ) регуляторы. Схема универсальная - она же и регулятор оборотов мотора, и яркости ламп, и силы тока в зарядном устройстве.

Схема ШИМ регулятора

Указанная схема отлично работает, прилагается.

Без переделки схемы напряжение можно поднимать до 16 вольт. Транзистор ставить в зависимости от мощности нагрузки.

Можно собрать ШИМ регулятор и по такой электрической схеме, с обычным биполярным транзистором:

А при необходимости, вместо составного транзистора КТ827 поставить полевой IRFZ44N, с резистором R1 - 47к. Полевик без радиатора, при нагрузке до 7 ампер, не греется.

Работа ШИМ регулятора

Таймер на микросхеме NE555 следит за напряжением на конденсаторе С1, которое снимает с вывода THR. Как только оно достигнет максимума - открывается внутренний транзистор. Который замыкает вывод DIS на землю. При этом на выходе OUT появляется логический ноль. Конденсатор начинает разряжаться через DIS и когда напряжение на нем станет равно нулю - система перекинется в противоположное состояние — на выходе 1, транзистор закрыт. Конденсатор начинает снова заряжаться и все повторяется вновь.

Заряд конденсатора С1 идет по пути: «R2->верхнее плечо R1 ->D2«, а разряд по пути: D1 -> нижнее плечо R1 -> DIS. Когда вращаем переменный резистор R1, у нас меняются соотношения сопротивлений верхнего и нижнего плеча. Что, соответственно, меняет отношение длины импульса к паузе. Частота задается в основном конденсатором С1 и еще немного зависит от величины сопротивления R1. Меняя отношение сопротивлений заряда/разряда - меняем скважность. Резистор R3 обеспечивает подтяжку выхода к высокому уровню — так так там выход с открытым коллектором. Который не способен самостоятельно выставить высокий уровень.

Диоды можно ставить любые, конденсаторы примерно такого номинала, как на схеме. Отклонения в пределах одного порядка не влияют существенно на работу устройства. На 4.7 нанофарадах, поставленных в С1, например, частота снижается до 18кГц, но ее почти не слышно.

Если после сборки схемы греется ключевой управляющий транзистор, то скорее всего он полностью не открывается. То есть на транзисторе большое падение напряжения (он частично открыт) и через него течет ток. В результате рассеивается большая мощность, на нагрев. Желательно схему параллелить по выходу конденсаторами большой емкости, иначе будет петь и плохо регулировать. Чтобы не свистел - подбирайте С1, свист часто идет от него. В общем область применения очень широкая, особенно перспективным будет её использование в качестве регулятора яркости мощных светодиодных ламп, LED лент и прожекторов, но про это в следующий раз. Статья написана при поддержке ear, ur5rnp, stalker68.

Регулятор мощности – ШИМ, является неотъемлемой частью блока питания любого вида. Схема, которая представлена ниже, дает возможность регулировать напряжение всего блока от одного Вольта до граничной точки.

Однако пограничное напряжение не должно превышать максимально допустимого значения для данного блока питания.

Использовать подобный регулятор можно в зарядном устройстве импульсного типа, который стоит в автомобильных аккумуляторах. Схема позволяет управлять широким диапазоном мощных нагрузок, ее можно использовать для процесса регулировки оборотов двигателя электрического типа, а также в качестве средства для регулирования яркости автомобильных фар, имеющих галогенные или светодиодные лампы.

Область применения регулятора зависит от нужд, которые есть у вас и вашей фантазии, что делает диапазон его применения довольно широким.

Если планируется подключение нагрузок малой мощности, то можно полевой транзистор использовать биполярного типа, выбор его не критичен. Однако, если планируется управление нагрузками большой мощности, то необходимо произвести замену транзистора на тот, который имеет большую мощность. Несмотря на это подобрать транзистор довольно просто, так как их выбор широк.

Переменный резистор позволяет регулировать значение напряжение уже на выходе схемы. Его номинал может быть различен, варьируется от 100кОм до пяти-восьми мОм. Надо рассмотреть разные варианты, чтобы подобрать оптимальный резистор.

Использовать регулятор, схема которого представлена выше, не стоит в случаях, когда блок питания представлен в однотактном виде. В случае с подобными блоками будет происходить изменения напряжения в случае касания резистора переменного типа. Данное отклонение может варьировать до семи Вольт.

Для того чтобы монтаж было удобнее производить, таймер 555 устанавливают на специальную панель, чтобы в случае выхода из строя, его было просто заменить за короткий промежуток времени.

Схема проста в использовании, не требует доработок и настройки. Такой блок можно совмещать с источником питания любого типа. Можно регулировать яркость низковольтного ночника, светодиодной матрицы и прочего.

Совсем недавно решил изготовить несколько зарядных устройств для автомобильного аккумуляторы, который собирался продавать на местном рынке. В наличии имелись довольно красивые промышленные корпуса, стоило лишь изготовить хорошую начинку и все дела.

Но тут столкнулся с рядами проблем, начиная от блока питания, заканчивая узлом управления выходного напряжения. Пошел и купил старый добрый электронный трансформатор типа ташибра (китайский бренд) на 105 ватт и начал переделку.

Ташибра - электронный (импульсный) сетевой блок питания реализованный на полумостовой основе, не имеет никаких защит, даже простой сетевой фильтр отсутствует. После переделки (об этом в следующих статьях) удалось получить на выходе трансформатора до 18 Вольт постоянного напряжения с током 8-10 Ампер, что более, чем достаточно для зарядки даже довольно емких автомобильных аккумуляторов.

Размеры платы не более пачки от сигарет, довольно компактный и мощный блок питания в итоге получился. Вторая проблема была связана с регулятором мощности, напрямую зарядить аккумулятор не получиться, поэтому было решено использовать схему простого ШИМ регулятора.

В нашей схеме силовым звеном является мощный N-канальный полевой транзистор, в моем случае IRFZ44, естественно он не критичен, можно задействовать почти любые аналогичные ключи с допустимым током 20Ампер и более.

Маломощные транзисторы тоже не критичны, можно использовать любые транзисторы обратной проводимости (малой мощности, такие как - кт3102, кт315, S9012/9014/9016/9018 и другие), на них собран мультивибратор с регулируемой скважностью импульсов, который управляет мощным полевым ключом.
Полевой транзистор в ходе работы будет перегреваться, но этот перегрев не будет слишком большим, но на всякий случай транзистор стоит установить на теплоотвод.