Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора своими руками

Зарядное устройство для подзаряда АКБ машины, будь оно самодельным или уже готовым, удовлетворяет двум условиям: надёжность (запас по мощности в 3 раза), от которой зависит долговечность, и стабильный ток (или напряжение). В принципе, автомобильную батарею можно заряжать хоть выпрямленными 220 вольтами от розетки, лишь бы ЗУ не перегревалось.

Первым делом АКБ нужно обеспечить ток, равный 10% от её ёмкостного ампеража, указанного на этикетке. Если заряжается 75-амперный аккумулятор, то и ток ему нужен такой, что равен не более 7,5 А. Напряжение на АКБ, которая заряжается именно по его величине, не должно превышать 14 В. Для ЗУ, осуществляющих подзаряд по току, напряжение может изменяться в широких пределах, вплоть до нескольких сотен вольт. Ток должен быть постоянным. Переменное напряжение уничтожит батарею из-за своей знакопеременности. Лучшим выпрямителем в схеме считается именно диодный мост.

Если заряжается АКБ с неизвестным значением ёмкости, то ток предварительно уменьшают, контролируя вольтметром напряжение на подключённой к ЗУ батарее. В современных импульсных источниках питания измерители тока и напряжения уже имеются. Если сетевое напряжение пропало (выключили электричество на линии), то разряд АКБ не должен осуществляться через само зарядное устройство. Такое могло бы происходить в случае, когда владелец надолго вышел из дома, а в его отсутствие электричества не было несколько и более часов.

Чтобы автоматизировать подзаряд, в схему зарядного устройства встроен контроллер. Он избавляет владельца от необходимости самостоятельно контролировать весь процесс, отнимая время у самого себя.

Для автомобильного аккумулятора схема, собранная своими руками, предусматривает несколько вариантов построения ЗУ: от простого до усложнённого. Например, самое простое, обладающее гасящими конденсаторами, способно подзарядить АКБ ёмкостью до 100 А*ч, предусмотрено ступенчатое выставление рабочего тока от 1 до 10 А. Этого окажется достаточно для обслуживания автомобильной АКБ в легковой машине, включая и внедорожники.

Главным компонентом послужит понижающий сетевой трансформатор, на который напряжение подаётся через гасящие конденсаторы. Каждый из них обладает выключателем, позволяющим задействовать его в электроцепи. Ёмкость конденсаторов позволяет подстроить ток заряда в 1, 2, 4 и 8 А – путём включения нужных. Включая и отключая нужные и ненужные соответственно, вы получите ступенчатую регулировку зарядного тока. Запас рабочего напряжения для конденсаторов – не менее 400 В. Использование полярных конденсаторов вместо неполярных, например электролитических, не годится для «переменки»: за короткое время они нагреются и взорвутся.

Сниженное при помощи трансформатора напряжение подают на диодную сборку, где оно выпрямляется до постоянного. Выпрямленная в «постоянку» «переменка» заряжает непосредственно саму АКБ. Схема не защищена от потери заряда батареи через ЗУ в случае выключения подачи 220 В. Диоды, из которых собирается одноименный мост, выдерживают прямой ток не менее 10 А и обратное напряжение не ниже 25 В. Соответственно, трансформатор также должен обеспечить выходное напряжение хотя бы в 20 В: чем выше напряжение, тем стабильнее зарядный ток. Вольтметр и амперметр должны выдерживать предел измерений в 25 В и 15 А соответственно.

Для сборки данного варианта ЗУ не потребуется редких и дорогих деталей – подойдут даже элементы производства эпохи послевоенного СССР. Собранное устройство позволяет отрегулировать ток плавно – от 0 до 10 А, что пригодно для подзаряда 100-амперных батарей. Регулятор зарядного тока строится на управляемых переключающих диодах – т. н. тиристорах. Тиристорные выпрямители универсального назначения (ВУТы) широко применялись и для организации подзарядки сборок кислотно-свинцовых «банок» с общей ёмкостью установки в аккумуляторном помещении до 1 килоампера. Это позволяло несколько часов питать радиорелейную аппаратуру в технических аппаратных даже в случаях, когда на дизель-генераторных агрегатах в баках внезапно заканчивались дизтопливо и дизмасло, а основная и резервная ЛЭПы также оказывались обесточенными, хотя полное отсутствие внешнего (первичного) электропитания – исчезающе редкий случай. Сегодня тиристорные выпрямители сетевого напряжения – правда, в значительно уменьшенной версии – с успехом до сих пор используются для подзаряда автомобильных АКБ.

Тиристорные сборки в простейшем случае изготавливаются на основе однопереходных или обычных биполярных транзисторов. В этой цепи содержится резистор, которым подстраивается время задержки срабатывания переходов транзисторов. А это позволяет задать ток подзаряда, показания которого отображаются на амперметре. Питание этой схемы – от диодного моста, до которого в схеме установлен понижающий трансформатор. Вместо имеющегося в схеме элемента КУ202В применяют КУ202 с индексами Г–Е либо аналоги помощнее вроде Т-160 и Т-250. Выпрямительные диоды выдерживают обратное напряжение не ниже 40 В и прямой ток в 10 А. Диоды и тиристор ставятся на радиаторы с площадью теплоотдачи не менее 1 дм2. Более мощные тиристоры ставить на радиатор незачем. Нагрузка на вторичную обмотку – 10 А при 22 вольтах. Транзисторы КТ361А можно заменить на КТ361Б-Е, КТ502В, КТ3107А, КТ501Ж–К, КТ502Г. Вторым берётся КТ315А-Д, КТ3102А, КТ312Б. Вместо КД-105Д – КД105Г, КД105В, Д226 (высоковольтные). Амперметр должен замерять токи до 15 А, вольтметр – с напряжением предела до 20 В.

Автоматическое ЗУ также изготавливается из драйвера питания для светолент. Его мощность в запасе не должна оказаться менее 100 ватт. Чтобы не было проблем с получением выходного напряжения, можно использовать любое, например, от сетевых прожекторов. Дело в том, что платы в них выдают напряжение до 80 В – в зависимости от схемы сборки светоизлучающей панели или ленты. Старайтесь выбирать те лампы или панели, в которых светосборки образуют последовательные группы светодиодов, соединённые параллельно. Главное – обеспечить такую их работу, чтобы микросборка не перегревалась, как это происходит, например, на светодиодных лампах комнатного назначения.

Некоторые мощные лампы обладают подстроечным резистором. Попробуйте поднять его напряжение до максимально возможного – или до такого, при котором он способен выдать хотя бы 14 В. Предел выставляемого выходного напряжения зависит от того, насколько электроника по своим параметрам отличается от ожидаемых параметров, т. к. даже в одной и той же партии транзисторы и микросхемы имеют немного разные параметры.

Если в драйвере питания светодиодов переменного резистора нет, но вы нашли один из впаянных ЧИП резисторов, номинал которого и выставляет выходное напряжение, аккуратно отпаяйте его, не перегревая дорожки, и припаяйте обычный переменный, выведя провода для его подключения. На разных драйверах этот резистор подписан обычно небольшим номиналом сопротивления в 25… 90 Ом, например маркер «26R».

Высокоомные резисторы не трогайте – замените один из низкоомных, он и задаёт напряжение или рабочий ток для питания светосборки. Старайтесь не перегреть драйвер: на него ставят радиатор на термопасте, чтобы плата не нагревалась больше 40 градусов, либо устанавливают компьютерный кулер, например, от процессора ПК. Если драйвер перегревается, то лучше установить и то и другое.

Заменив нужный резистор, проверьте самодельное ЗУ. Если оно сразу начало заметно нагреваться – температура повысилась за минуту до 60 и более градусов, то увеличьте его сопротивление, установите теплоотводящие элементы. Задача – получить 15 В на выходе. В целях экономии многие китайские производители устанавливают конденсаторы с напряжением не более 16 В, поэтому важно не превысить допустимый предел, иначе они нагреются и «пробьются».

Главным достоинством такого ЗУ послужит его способность не перезарядить АКБ. Даже когда вы её забыли вовремя отключить от сети питания, она останется в целости и сохранности, т. к. ширина и высота (длительность и амплитуда) импульсов на таком устройстве выстраиваются по нагрузке. Контроллер от светоленты или светофары подстраиваются под нагрузку. Это ЗУ подходит для закрытых гелевых батарей, которые не могут быть обслужены без принудительного вскрытия. Технология AGM, за которую потребитель заплатит повышенным вниманием к питающему батарею во время подзаряда напряжению или току, обладает существенным недостатком: такие АКБ чувствительны к малейшему перезаряду, т. к. могут вздуться и лопнуть.

Сделать самому для автомобиля пуско-зарядное устройство можно на основе бесперебойника. Данное решение относится к умным и портативным, которое можно собрать, не заказывая огромного количества деталей для сборки. Хорошее по своим параметрам ЗУ для машины изготавливается из блока питания, чей рабочий запас по напряжению как минимум двойной.

Такая схема обладает толстыми и хорошо изолированными проводами (можно использовать любые негорючие), схемой защиты. Даже когда оно изготовлено из старого стабилизатора, который в своё время собирали из долговечных деталей, такое ЗУ считается довольно надёжным.

Зарядно-тренировочное ЗУ подзаряжает батарею током с пульсацией, а в паузах между зарядными импульсами батарея разряжается по силе тока не более, чем в пол-ампера. Полезный эффект заключается в десульфатации пластин – этот процесс позволяет предотвратить их постепенное осыпание. Импульс зарядного тока достигает 10 А, возможно плавно отрегулировать его. В схеме содержится понижающий трансформатор – он выдаёт 25 В «переменки». Она поступает на однополупериодный выпрямитель на основе двух диодов. Чтобы не потерять половину мощности, диоды включаются параллельно. Отрегулировать зарядный ток можно при помощи ключевого элемента на транзисторе, включённого в отрицательную электроцепь. Срабатывание транзистора выставляется на резисторе. Питание эта цепь получает от параметрического стабилизатора. Когда положительная полуволна заканчивается, диоды заперты. До прихода следующей полуволны батарея разряжается через гасящий резистор. В схему прибора входят вольтметр и амперметр.

Чтобы спасти батарею от глубокого разряда при внезапном и долгосрочном исчезновении напряжения, в схеме ЗУ встроен функциональный узел на основе реле. Пока ЗУ подключено к сети, это реле образует цепь питания, по которой и течёт зарядный ток. Когда сетевое напряжение пропало, реле отключается и размыкает цепь, отчего потеря зарядного тока через АКБ исключена. Релейный способ защиты от разряда не отключённой вовремя батареи – устаревший, но не менее надёжный, помогающий спасти АКБ от порчи. В современных ЗУ эту функцию исполняют транзисторные силовые ключи. Рабочие характеристики трансформатора следующие: 25 В на вторичной обмотке при работе, 5-амперный ток нагрузки. Диоды в выпрямителе рассчитаны на ток в 10 А, но для исключения их перегрева лучше взять 20- или 30-амперные, чтобы не устанавливать их на радиатор. Рабочее напряжение диодов – от 40 В. Транзистор КТ827 – или его зарубежный аналог такой же мощности – ставится на радиатор. Стабилитрон рассчитан на малую мощность и напряжение до 12 В. В качестве резисторов лучше выбрать мощные проволочные. Напряжение срабатывания реле – 24 В и с током на контактах до 6 А.

Такой вариант – способ получить ток до 6 А. ШИМ-регулировка тока по своему электромонтажному и сборочному чертежам демонстрирует малые габариты. Благодаря решению на основе ШИМ управляющий током подзаряда транзистор выделяет меньше тепла за счёт работы в режиме ключа. Регулировочный блок для зарядного тока, в состав которого входит задающий генератор, реализован на базе микросхемы К561ЛА7. Генерация задающей частоты — 13 кГц, скважность импульсов регулируется при помощи подстраивающего резистора. Сигнал генератора подается на униполярный транзистор, функционирующий в режиме ключа. Выставляя номинал сопротивления на регулирующем резисторе, вы управляете отношением значения времени открытия транзистора к периоду, в котором он же находится в случае запертого элемента. Это даёт возможность выставить ток подзаряда батареи, который проходит через амперметр ЗУ.

Электропитание на микросхему идёт от простого параметрического стабилизатора, в состав которого входят резистор и диод. Стабилизатор подсоединён к выпрямляющему переменное напряжение диодному мосту. Чтобы устройство занимало меньше места, диодный мост собран на диодах Шоттки. Для успешной работы такого ЗУ вторичная обмотка трансформатора выдаёт 20 В и ток в 7 А. При использовании трансформатора с отводами от вторичной обмотки (обмоточная трёхточка) число диодов сокращается вдвое. Тогда часть вторичной обмотки окажется незадействованной. Выпрямительные диоды устанавливаются на теплоотводящий радиатор. Для успешного теплоотвода применяют прокладки со слюдой или теплопроводящую пасту.

Если размеры ЗУ для вас не особенно важны, то диоды Шоттки меняются на обычные полупроводниковые, однако им потребуется больший по своей площади рассеивания радиатор. Диоды рассчитаны на ток в 10 А и обратное напряжение от 40 В – если об этом не позаботиться, то эти элементы при работе нагреются до 70 градусов, что само по себе опасно для полупроводниковых элементов. При невысоком зарядном токе – до 5 А – транзистор в схеме ставить на радиатор незачем.

Это мощное зарядное устройство славится тем, что собрано из доступных советских деталей, которые наверняка найдутся у любого радиотехника. Прибор обеспечивает плавную регулировку тока в пределах 0… 10 А и пригоден для зарядки аккумуляторов ёмкостью до 100 А·ч.

От простого тиристорного (переключающего) управления этот вариант отличается введением в схему элементов фазоимпульсного управления (ФИМ контроллер). В простейшем случае переключающий элемент изготавливается из двух мощных биполярных транзисторов. Как и в предыдущем случае с тиристорным управлением, путём изменения сопротивления переменного резистора изменяется интервал задержки при открывании тиристора относительно момента прихода полуволны.

С этим интервалом выставляется и ток подзаряда, контролируемого по показаниям амперметра. Питание этого функционального узла осуществляется от диодного моста, подсоединённого к выходу вторичной обмотки понижающего сетевое напряжение трансформатора. Детали меняются, как и в предыдущем варианте тиристорного ЗУ без ФИМ, на аналогичные.

При использовании самодельного пускового ЗУ установите допустимые рабочие параметры, как в случае с промышленным устройством. Ток выставляется на нулевое значение, АКБ подключается к ЗУ, затем устройство включается в сеть. С помощью регулятора устанавливается нужный ток подзаряда. Если АКБ заряжена до 13,2 В, то выбранное значение уменьшают в 2 раза. При напряжении в 13,8 В значение тока устанавливается нулевым, и ЗУ отключается, затем батарея отсоединяется от него. Автоматическая схема самостоятельно выключит ток заряда, когда напряжение достигнет всё тех же 13,8 В.

Если напряжение на вольтметре оказалось нетипичным – ниже 11,6 В, то проверьте АКБ с помощью разрядной лампы. Ею может оказаться фара от автомобиля, мотоцикла или 12-вольтовый прожектор. На закрытых батареях проверить напряжение на каждой «банке» кислотно-свинцовой батареи нельзя – выводы закрыты верхней планкой. Если напряжение просело сразу, то АКБ всё же необходимо подзарядить, для этого попробуйте выставить пониженное напряжение. Это делается, чтобы определить, есть ли в АКБ короткозамкнутая «банка». Дело в том, что бывают случаи, когда общее напряжение АКБ – не 12,6, а, скажем, 10,5 В, что указывает на рассыпавшуюся «банку».

Чтобы не перезарядить оставшиеся (исправные и рабочие), используется несколько пониженное напряжение: при полном заряде и одной неисправной «банке» окончательное значение составит, согласно подсчёту, не 13,8, а 11,5 В. В норме каждую «банку» нельзя перезаряжать выше 2,3 В в буферном режиме. При циклическом способе подзаряда каждая «банка» заряжается до 2,4… 2,5 В, в сумме напряжение как раз и составит 14,4… 15 В, а 5 «банок», в свою очередь, выдают 12… 12,5 В, а не 14,4… 15. Гелевые АКБ, благодаря отклеиванию на корпусе верхней планки, закрывающей выводы «банок», проверяются поэлементно.