Автор предлагает варианты переделки зарядного устройства для сотового телефона в стабилизированный блок питания с регулируемым выходным напряжением или в источник стабильного тока, например, для зарядки аккумуляторов.

Одни из самых многочисленных электронных приборов, которые широко используются в быту, - несомненно, зарядные устройства (ЗУ) для сотовых телефонов. Некоторые из них можно доработать, улучшив параметры или расширив функциональные возможности. Например, превратить ЗУ в стабилизированный блок питания (БП) с регулируемым выходным напряжением или ЗУ со стабильным выходным током.

Это позволит питать от сети различную радиоаппаратуру или заряжать Li-Ion, Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторы и батареи.

Значительная часть ЗУ для сотовых телефонов собрана на основе однотранзисторного ав-тогенераторного преобразователя напряжения. Один из вариантов схемы такого ЗУ на примере модели ACH-4E приведён на рис. 1. Там же показано, как превратить его в БП с регулируемым выходным напряжением. Обозначения штатных элементов приведены в соответствии с маркировкой на печатной плате.

Рис. 1. Один из вариантов схемы ЗУ на примере модели ACH-4E

Вновь введённые элементы и доработки выделены цветом.

В простых ЗУ, к которым относится дорабатываемое, зачастую применён однополупериодный выпрямитель сетевого напряжения, хотя на плате, в большинстве случаев, есть место для размещения диодного моста. Поэтому на первом этапе доработки установлены недостающие диоды, а резистор R1 с платы удалён (он установлен на месте диода D4) и припаян непосредственно к одному из штырей вилки XP1. Следует отметить, что встречаются ЗУ, в которых отсутствует и сглаживающий конденсатор С1. Если это так, необходимо установить конденсатор ёмкостью 2,2...4,7 мкФ на номинальное напряжение не менее 400 В. Затем конденсатор С5 заменяют другим с большей ёмкостью. В таком варианте доработки ЗУ показаны на рис. 2.

Рис. 2. Доработанное ЗУ

В оригинальном ЗУ в выходном выпрямителе применён диод 1N4937, который заменён диодом Шотки 1N5818, что позволило увеличить выходное напряжение. После такой доработки сняты зависимости выходного напряжения от тока нагрузки, которые показаны синим цветом на рис. 3. Амплитуда пульсаций выходного напряжения с ростом тока нагрузки увеличивается с 50 до 300 мВ. При токе нагрузки более 300 мА появляются пульсации частотой 100 Гц.

Рис. 3. Зависимости выходного напряжения от тока нагрузки

Зависимости показывают, что стабильность выходного напряжения в ЗУ невысока. Обусловлено это тем, что его стабилизация осуществляется косвенно контролем напряжения на обмотке II, а именно, за счёт выпрямления импульсов на обмотке II и подачи закрывающего напряжения через стабилитрон ZD (напряжение стабилизации 5,6...6,2 В) на базу транзистора Q1.

Для повышения стабильности выходного напряжения и возможности его регулировки на втором этапе доработки введена микросхема DA1 (параллельный стабилизатор напряжения). Управление преобразователем и обеспечение гальванической развязки реализованы с помощью транзисторной оптопары U1. Для подавления импульсных помех с частотой автогенератора дополнительно установлен фильтр L1C6C8. Резистор R9 удалён.

Выходное напряжение устанавливают переменным резистором R12. Когда напряжение на управляющем входе микросхемы DA1 (вывод1) превысит 2,5 В, ток через микросхему и, соответственно, через излучающий диод оптопары U1 резко возрастёт. Фототранзистор оптопары откроется, и на затвор базы транзистора Q1 поступит закрывающее напряжение с конденсатора С4. Это приведёт к тому, что скважность импульсов автогенератора уменьшится (или произойдёт срыв генерации). Выходное напряжение перестанет расти и начнёт плавно уменьшаться вследствие разрядки конденсаторов С5 и С8.

Когда напряжение на управляющем входе микросхемы станет менее 2,5 В ток через неё уменьшится и фототранзистор закроется. Скважность импульсов автогенератора возрастёт (или он начнёт работу), и выходное напряжение станет расти. Интервал выходного напряжения, который можно установить резистором R12, - 3,3...6 В. Напряжения менее 3,3 В с учётом падения на излучающем диоде оптопары оказывается недостаточно для нормальной работы микросхемы. Зависимости выходного напряжения (для разных значений) от тока нагрузки доработанного устройства показаны красным цветом на рис. 3. Амплитуда пульсаций выходного напряжения - 20...40 мВ.

Элементы (кроме переменного резистора) второго этапа доработки размещены на односторонней печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5...1 мм, её чертёж показан на рис. 4. Монтаж - со стороны печатных проводников. Можно при-менить постоянные резисторы МЛТ, С2-23, Р1-4, конденсаторы С6, С7 - керамические, С5 - оксидный импортный, он снят с материнской платы персонального компьютера, С8 - оксидный низкопрофильный импортный. Поскольку выходное напряжение приходится устанавливать нечасто, применён не переменный резистор, а подстроечный PVC6A (POC6AP). Это позволило установить его на задней стенке корпуса ЗУ. Дроссель L1 намотан в один слой проводом ПЭВ-2 0,4 на цилиндрическом ферритовом магнитопроводе диаметром 5 мм и длиной 20 мм (от дросселя ИИП компьютера). Можно применить оптопары серии РС817 и аналогичные. Плату с деталями (рис. 5) вставляют в свободное место ЗУ (частично над конденсатором С1), соединения проводят отрезками изолированного провода. Для подстроечного резистора в задней стенке ЗУ делают отверстие соответствующих размеров, в которое его вклеивают. После проверки устройства резистор R12 снабжают шкалой (рис. 6).

Рис. 4. Печатная плата и элеменеты на ней

Рис. 5. Плата с деталями

Рис. 6. Шкала на ЗУ

Второй вариант доработки ЗУ - введение в него стабилизатора(или ограничителя) тока. Это позволит заряжать Li-Ion или Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторы и батареи, содержащие до четырёх аккумуляторов. Схема такой доработки показана на рис. 7. С помощью переключателя можно выбрать режимы работы: блок питания или один из двух режимов "ЗУ" с ограничением тока. Конденсатор 220 мкФ (С5) заменён конденсатором ёмкостью 470 мкФ, но на большее напряжение, поскольку в режимах "ЗУ" без нагрузки выходное напряжение может увеличиться до 6...8 В.

Рис. 7. Схема второго варианта доработки ЗУ

В режиме "БП" устройство работает в штатном режиме. При переходе в один из режимов "ЗУ" выходной ток протекает через резистор R10 (или R11). Когда напряжение на нём достигнет 1 В, часть тока начнёт ответвляться в излучающий диод оптопары U1, что приведёт к открыванию фототранзистора. Это приведёт к уменьшению выходного напряжения и стабилизации (ограничению) выходного тока I вых. Его значение можно определить по приближённым формулам: I вых = 1 /R10 или I вых = 1/R11. Подборкой этих резисторов устанавливают желаемое значение тока. Полевой транзистор VT1 ограничивает ток через излучающий диод оптопары и тем самым защищает его от выхода из строя.

Большинство деталей размещают на односторонней печатной плате (рис. 8 и рис. 9) из фольгированного стеклотекстолита толщиной 0,5...1 мм. Полевой транзистор должен быть с начальным током стока не менее 25 мА. Переключатель - любой малогабаритный движковый на одно или два направления и три положения, например SK23D29G, его размещают на задней стенке ЗУ и снабжают шкалой. Если применить переключатель на большее число положений, можно увеличить число номинальных значений тока и расширить тем самым номенклатуру заряжаемых аккумуляторов.

Рис. 8. Печатн ая плата и элеменеты на ней

Поскольку зарядка осуществляется стабильным током, её следует проводить определённое время, которое зависит от типа и ёмкости заряжаемого аккумулятора или батареи.

Дата публикации: 11.12.2017

Мнения читателей

• Alius / 22.07.2019 - 07:06
  1.Возможно ли поднять выходное напряжение до 12-15вольт простой доработкой(установкой стабилитрона на 12-15В, или TL431...)? 2.Стабилитрон удалять надо из схемы(рис.1, рис.7) при описанной доработке... ?(на схеме просто это не ясно...) 3. Благодарю, за ответ заранее; и автора!
• анатолий / 23.12.2017 - 19:22
  очень полезная информация.дано подробное описание проводимой доработки,понятное любому "чайнику".Спасибо.

Зарядное устройство (ЗУ) типа BML 162089 R1A южно азиатского производства предназначено для зарядки аккумуляторов мобильных телефонов LG и имеет следующие характеристики: Uвход ~100…250 B, Iвход~160 мA, Uвых=8,5 В, Iвых=750 мA. Его внешний вид показан на рис.1.

Все радиоэлементы смонтированы на стекло пластиковом шасси НТ608 размерами 64×33 мм методом навесного монтажа без применения чип-элементов. Шасси размещено внутри пластмассового корпуса. По монтажной схеме шасси автором составлена принципиальная схема, показанная на рис.2.

Основой ЗУ является импульсный преобразователь. Принцип работы подобных импульсных источников питания прост: вначале переменное напряжение сети выпрямляется до постоянного напряжения 300 В, а далее с помощью генератора с мощным электронным ключом преобразуется в импульсы, которые через обмотки импульсного трансформатора наводятся во вторичной цепи, где выпрямляются до заданной величины (в зависимости от количества витков вторичной обмотки).

Импульсный преобразователь данного ЗУ состоит из однотактного преобразователя авто генераторного типа (транзистор VТ1),
подключенного к первичной сети. Переменное напряжение сети выпрямляется диодом VD4 (рис.2), сглаживается электролитическим конденсатором С1 и через обмотку 1-2трансформатора Т1 прикладывается к коллектору транзистора VТ1. Это же напряжение через резистор R2 подается на базу транзистора VT1, создавая положительное смещение.
Транзистор открывается, через первичную обмотку Т1 протекает ток, который наводит ЭДС в двух других обмотках трансформатора. Через обмотку положительной обратной связи 3-4 заряжается конденсатор С2, этот ток запирает транзистор VТ1. В его закрытом состоянии накопленная в трансформаторе энергия передается во вторичную цепь. В момент запирания транзистора VТ1 приложенное к нему напряжение может превышать напряжение сети в 3–4раза. Для уменьшения этого перенапряжения параллельно обмотке 1-2 включен резистор R1, выполняющий функцию демпфирующего элемента.
Более эффективно эту функцию могла бы выполнять цепочка, состоящая из последовательно соединенных резистора, конденсатора и диода, что сделало бы ЗУ более надежным. Цепь демпфирования в цепи базы транзистора выполнена на элементах VТ2, VD7, ZD5, R3, C2.
Вторичную цепь трансформатора образуют: обмотка 5-6, элементы VD8, C4, R8, R9 и транзистор VT3 с элементами обвязки (рис.2). Звено на транзисторе VТ3 с двухцветным светодиодом LED1 является особенностью этого ЗУ. Зеленое свечение светодиода
сигнализирует о том, что идет процесс зарядки аккумулятора, красное свечение обозначает конец зарядки.

Принцип работы этого звена следующий.

Светодиод LЕD1 включен в одну из диагоналей моста, плечи которого составляют резисторы R5, R6, R7 (все по 410 Ом) и сопротивление участка коллектор0эмиттер транзистора VT3 (рис.2). Последнее плечо является регулирующим элементом моста. Ко второй диагонали этого моста приложено напряжение вторичной цепи ЗУ. При равенстве сопротивлений всех четырех плеч (в данном случае 410 Ом) потенциалы точек «а” и «б” равны. Если же сопротивления плеч различаются, потенциалы точек «а” и «б” неодинаковы, и через светодиод протекает ток, вызывающий его свечение, цвет которого зависит от полярности приложенного напряжения.
В начале заряда разряженного аккумулятора ток заряда наибольший, падение напряжения на резисторе R8 максимально, pnp транзистор VТ3 открыт, в результате чего плюсовой потенциал точки «б” диагонали моста выше потенциала точки «а” (рис.2). При такой полярности напряжения светодиод светится красным цветом.
По мере заряда аккумулятора его напряжение постепенно повышается, ток через резистор R8 уменьшается, и сопротивление коллектор0эмиттер VТ3 увеличивается, что приводит к уменьшению разности потенциалов точек «а” и «б” и, следовательно, к уменьшению яркости свечения светодиода. Когда сопротивления VТ3 сравняется с сопротивлением резистора R6 (410 Ом), мост станет уравновешенным, потенциалы точек «а” и «б” станут одинаковыми, и светодиод перестанет
светиться.
При дальнейшей зарядке аккумулятора сопротивление участка коллектор-эмиттер VТ3 превысит 410 Ом, полярность напряжений в точках «а” и «б” диагонали моста поменяется, и светодиод станет светиться зеленым цветом, сигнализируя о том, что аккумулятор зарядился.
Если после включения в сеть на «холостом ходу” (при отсутствии аккумуляторов) светодиод вообще не светится (а должен светиться зеленым цветом), значит, ЗУ неисправно и требует ремонта. Для ремонта этого ЗУ Вам необходимо добраться до его шасси, «упрятанного” в пластмассовый корпус (рис.1). Обе (нижняя и верхняя) части этого корпуса «намертво” склеены между собой. Разъединить их можно, только разрезав ножовочным полотном пластмассовый корпус по линии склеивания (рис.1). Из разрезанного корпуса извлекают плату с навесными радиоэлементами.
Далее после осмотра обычным тестером проверяют исправность всех радиоэлементов
без их выпаивания. Один из транзисторов, VТ1 или VТ2, придется все0таки выпаять, поскольку при проверке тестером их проводимости они «мешают” друг другу. Выявленные неисправные элементы заменяют. Далее ЗУ включают в сеть и, если светодиод не светится зеленым цветом, замеряют напряжение +300 В на конденсаторе С1. При его отсутствии проверяют исправность резистора R сопротивлением 2,7 Ом. При этом необходимо строго соблюдать технику электробезопасности, так как высоковольтная часть ЗУ находится под фазным напряжением, которое опасно для жизни человека.
Транзистор VТ1 (6821) можно заменить транзисторами типов 2SC3457, 2SC4020, 2SC5027, а транзистор VТ2 (2SC9013) заменим 2SC1815. Недостатком этого ЗУ является разряд аккумулятора мобильного телефона через резистор R9 при пропадании сети во время зарядки (рис.2).
Данное зарядное устройство можно приспособить также для зарядки аналогичных аккумуляторов мобильных телефонов других фирм, для этого необходимо подобрать и запаять новый разъем, обеспечив правильную полярность.

Литература
Радiоаматор 2005_4

Мы рассмотрели схему простого автономного зарядного для мобильной техники, работающего по принципу простого стабилизатора с понижением напряжения батарей. На этот раз попробуем собрать чуть более сложное, но более удобное ЗУ. Встроенные в миниатюрные мобильные мультимедийные устройства аккумуляторы обычно имеют небольшую ёмкость, и, как правило, рассчитаны на воспроизведение аудиозаписей в течение не более нескольких десятков часов при выключенном дисплее или на воспроизведение нескольких часов видео или нескольких часов чтения электронных книг. Если сетевая розетка недоступна или из-за непогоды или других причин электроснабжение отключено на длительное время, то различные мобильные аппараты с цветными дисплеями придётся питать от встроенных источников энергии.

Учитывая, что такие устройства потребляют немалый ток, их аккумуляторы могут оказаться разряжены до того момента, когда станет доступно электричество из сетевой розетки. Если вы не желаете погружаться в первобытную тишину и душевное спокойствие, то для питания карманных устройств можно предусмотреть резервный автономный источник энергии, который выручит как во время долгого путешествия в дикую природу, так и при техногенных или природных катастрофах, когда ваш населённый пункт может оказаться на несколько дней или недель без электроснабжения.

Схема мобильного зарядного без сети 220В

Устройство представляет собой линейный стабилизатор напряжения компенсационного типа с малым напряжением насыщения и очень малым собственным током потребления. В качестве источника энергии для этого стабилизатора может быть простая батарейка, аккумуляторная батарея, солнечная или ручной электрогенератор. Потребляемый стабилизатором ток при отключенной нагрузке около 0,2мА при входном напряжении питания 6 В или 0,22мА при напряжении питания 9 В. Минимальная разница между входным и выходным напряжением менее 0,2 В при токе нагрузке 1 А! При изменении входного напряжения питания от 5,5 до 15 В выходное напряжение изменяется не более чем на 10 мВ при токе нагрузки 250 мА. При изменении тока нагрузки от 0 до 1 А выходное напряжение изменяется не более чем на 100 мВ при входном напряжении б В и не более чем на 20 мВ при входном напряжении питания 9 В.

Самовосстанавливающийся предохранитель защищает стабилизатор и батарею питания от перегрузки. Обратновключенный диод VD1 защищает устройство от переполюсовки напряжения питания. При увеличении напряжения питания, выходное напряжение также стремится увеличиться. Чтобы поддерживать выходное напряжение стабильным, используется регулирующий узел, собранный на VT1, VT4.

В качестве источника опорного напряжения применён сверхъяркий светодиод синего цвета, который одновременно с выполнением функции микромощного стабилитрона, является индикатором наличия выходного напряжения. Когда выходное напряжение стремится увеличиться, ток через светодиод возрастает, также возрастает ток через эмиттерный переход VT4, и этот транзистор открывается сильнее, также сильнее открывается VT1. который шунтирует затвор-исток мощного полевого транзистора VT3.

В результате, сопротивление открытого канала полевого транзистора увеличивается и напряжение на нагрузке понижается. Подстроечным резистором R5 можно регулировать выходное напряжение. Конденсатор С2 предназначен для подавления самовозбуждения стабилизатора при росте тока нагрузки. Конденсаторы С1 и СЗ - блокировочные по цепям питания. Транзистор VT2 включен как микромощный стабилитрон с напряжением стабилизации 8..9 В. Он предназначен для защиты от пробоя высоким напряжением изоляции затвора VT3. Опасное для VT3 напряжение затвор-исток может появиться в момент включения питания или из-за прикосновения к выводам этого транзистора.

Детали . Диод КД243А можно заменить любым из серий КД212, КД243. КД243, КД257, 1N4001..1N4007. Вместо транзисторов КТ3102Г подойдут любые аналогичные с малым обратным током коллектора, например, любые из серий КТ3102, КТ6111, SS9014, ВС547, 2SC1845. Вместо транзистора КТ3107Г подойдёт любой из серий КТ3107, КТ6112, SS9015, ВС556, 2SA992. Мощный п-канальный полевой транзистор типа IRLZ44 в корпусе ТО-220, имеет малое пороговое напряжение открывания затвор-исток, максимальное рабочее напряжение 60 В. Максимальный постоянный ток - до 50 А, сопротивление открытого канала 0,028 Ом. В этой конструкции его можно заменить на IRLZ44S, IRFL405, IRLL2705, IRLR120N, IRL530NC, IRL530N. Полевой транзистор устанавливают на теплоотвод с достаточной для конкретного варианта применения площадью охлаждающей поверхности. При монтаже выводы полевого транзистора закорачивают проволочной перемычкой.

Устройство автономного заряда может быть смонтировано на небольшой печатной плате . В качестве автономного источника питания можно использовать, например, четыре штуки последовательно соединенных щелочных гальванических элементов ёмкостью от 4 А/Ч (RL14, RL20). Такой вариант предпочтителен, если вы планируете использовать эту конструкцию относительно редко.

Если же вы планируете применять это устройство относительно часто или ваш плеер потребляет значительно больший ток даже при выключенном дисплее, то будет целесообразным использование аккумуляторной 6 В батареи, например, герметичной мотоциклетной или от крупного ручного фонаря. Можно применить и батарею из 5 или 6 штук последовательно включенных никель-кадмиевых аккумуляторов. В походе, на рыбалке, для подзарядки аккумуляторов и питания карманного устройства может оказаться удобным использование солнечной батареи, способной выдавать ток не менее 0,2 А при выходном напряжении 6 В. При питании плеера от этого стабилизированного источника энергии следует учитывать, что регулирующий транзистор включен в цепь «минус», поэтому, одновременное питание плеера и, например, небольшой активной акустической системы возможно лишь в том случае, если оба устройства подключены к выходу стабилизатора.

Задача данной схемы - не допустить критического разряда литиевого аккумулятора. Индикатор включает красный светодиод, когда напряжение на аккумуляторе снизится до порогового значения. Напряжение включения светодиода установлено 3,2V.

Стабилитрон должен иметь напряжение стабилизации ниже желаемого напряжения включения светодиода. Микросхему использовал 74HC04. Настройка блока индикации заключается в подборе порога включения светодиода с помощью R2. Микросхема 74NC04 делает так, что светодиод загорается при разряде до порога, что будет установлен подстроечником. Ток потребления устройством 2 мА, да и сам СД загорится только в момент разряда, что удобно. У себя эти 74NC04 нашёл на старых материнках, потому и использовал.

Печатная плата:

Для упрощения конструкции, данный индикатор разряда можно и не ставить, ведь микросхему SMD можно не найти. Поэтому платка специально стоит сбоку и её можно по линии отрезать, а позже, при необходимости, отдельно добавить. В будущем хотел поставить туда индикатор на TL431, как более выгодный вариант по деталям. Полевой транзистор стоит с запасом для разных нагрузок и без радиатора, хотя думаю можно поставить и аналоги послабее, но уже с радиатором.

Резисторы SMD установлены для устройств SAMSUNG (смартфоны, планшеты, и т.д., у них свой алгоритм заряда, а я всё делаю с запасом на будущее) и их можно не ставить вообще. Отечественные КТ3102 и КТ3107 и их аналоги не ставьте, у меня на этих транзисторах плавало напряжение из-за h21. Берите ВС547-ВС557, самое то. Источник схемы: Бутов A. Радиоконструктор. 2009. Сборка и наладка: Igoran .

Обсудить статью МОБИЛЬНАЯ ЗАРЯДКА ДЛЯ ТЕЛЕФОНА

Большинство современных сетевых зарядных устройств собрано по простейшей импульсной схеме, на одном высоковольтном транзисторе (рис. 1) по схеме блокинг-генератора.

В отличие от более простых схем на понижающем 50 Гц трансформаторе, трансформатор у импульсных преобразователей той же мощности гораздо меньше по размерам, а значит, меньше размеры, вес и цена всего преобразователя. Кроме того, импульсные преобразователи более безопасны - если у обычного преобразователя при выходе из строя силовых элементов в нагрузку попадает высокое нестабилизированное (а иногда и вообще переменное) напряжение со вторичной обмотки трансформатора, то при любой неисправности «импульсника» (кроме выхода из строя оптрона обратной связи - но его обычно очень хорошо защищают) на выходе вообще не будет никакого напряжения.

Рис. 1
Простая импульсная схема блокинг-генератора

Подробнейшее описание принципа действия (с картинками) и расчета элементов схемы высоковольтного импульсного преобразователя (трансформатор, конденсаторы и пр.) можно прочитать, например, в «ТЕА152х Efficient Low Power Voltage supply» по ссылке http://www. nxp.com/acrobat/applicationnotes/AN00055.pdf (на английском).

Переменное сетевое напряжение выпрямляется диодом VD1 (хотя иногда щедрые китайцы ставят целых четыре диода, по мостовой схеме), импульс тока при включении ограничивается резистором R1. Здесь желательно поставить резистор мощностью 0,25 Вт - тогда при перегрузке он сгорит, выполнив функцию предохранителя.

Преобразователь собран на транзисторе VT1 по классической обратноходовой схеме. Резистор R2 нужен для запуска генерации при подаче питания, в этой схеме он необязателен, но с ним преобразователь работает чуть стабильней. Генерации поддерживается благодаря конденсатору С1, включенному в цепь ПОС на обмотке частота генерации зависит от его емкости и параметров трансформатора. При отпирании транзистора напряжение на нижних по схеме выводах обмоток / и II отрицательное, на верхних - положительное, положительная полуволна через конденсатор С1 еще сильней открывает транзистор, амплитуда напряжения в обмотках возрастает... То есть транзистор лавинообразно открывается. Через некоторое время, по мере заряда конденсатора С1, базовый ток начинает уменьшаться, транзистор начинает закрываться, напряжение на верхнем по схеме выводе обмотки II начинает уменьшаться, через конденсатор С1 базовый ток еще сильней уменьшается, и транзистор лавинообразно закрывается. Резистор R3 необходим для ограничения базового тока при перегрузках схемы и выбросах в сети переменного тока.

В это же время амплитудой ЭДС самоиндукции через диод VD4 подзаряжается конденсатор СЗ - поэтому преобразователь и называется обратноходовым. Если поменять местами выводы обмотки III и подзаряжать конденсатор СЗ во время прямого хода, то резко возрастет нагрузка на транзистор во время прямого хода (он может даже сгореть из-за слишком большого тока), а во время обратного хода ЭДС самоиндукции окажется нерастраченной и выделится на коллекторном переходе транзистора - то есть он может сгореть от перенапряжения. Поэтому при изготовлении устройства нужно строго соблюдать фазировку всех обмоток (если перепутать выводы обмотки II - генератор просто не запустится, так как конденсатор С1 будет наоборот, срывать генерацию и стабилизировать схему).

Выходное напряжение устройства зависит от количества витков в обмотках II и III и от напряжения стабилизации стабилитрона VD3. Выходное напряжение равно напряжению стабилизации только в том случае, если количество витков в обмотках II и III одинаковое, в противном случае оно будет другое. Во время обратного хода конденсатор С2 подзаряжается через диод VD2, как только он зарядится до примерно -5 В, стабилитрон начнет пропускать ток, отрицательное напряжение на базе транзистора VT1 чуть уменьшит амплитуду импульсов на коллекторе, и выходное напряжение стабилизируется на некотором уровне. Точность стабилизации у этой схемы не очень высока - выходное напряжение гуляет в пределах 15...25% в зависимости от тока нагрузки и качества стабилитрона VD3.
Схема более качественного (и более сложного) преобразователя показана на рис. 2

Рис. 2
Электрическая схема более сложного
преобразователя

Для выпрямления входного напряжения используется диодный мостик VD1 и конденсатор, резистор должен быть мощностью не менее 0,5 Вт, иначе в момент включения, при зарядке конденсатора С1, он может сгореть. Емкость конденсатора С1 в микрофарадах должна равняться мощности устройства в ваттах.

Сам преобразователь собран по уже знакомой схеме на транзисторе VT1. В цепь эмиттера включен датчик тока на резисторе R4 - как только протекающий через транзистор ток станет столь большим, что падение напряжения на резисторе превысит 1,5 В (при указанном на схеме сопротивлении - 75 мА), через диод VD3 приоткроется транзистор VT2 и ограничит базовый ток транзистора VT1 так, чтобы его коллекторный ток не превышал указанные выше 75 мА. Несмотря на свою простоту, такая схема защиты довольно эффективна, и преобразователь получается практически вечный даже при коротких замыканиях в нагрузке.

Для защиты транзистора VT1 от выбросов ЭДС самоиндукции, в схему добавлена сглаживающая цепочка VD4-C5-R6. Диод VD4 обязательно должен быть высокочастотным - идеально BYV26C, чуть хуже - UF4004-UF4007 или 1 N4936, 1 N4937. Если нет таких диодов, цепочку вообще лучше не ставить!

Конденсатор С5 может быть любым, однако он должен выдерживать напряжение 250...350 В. Такую цепочку можно ставить во все аналогичные схемы (если ее там нет), в том числе и в схему по рис. 1 - она заметно уменьшит нагрев корпуса ключевого транзистора и значительно «продлит жизнь» всему преобразователю.

Стабилизация выходного напряжения осуществляется с помощью стабилитрона DA1, стоящего на выходе устройства, гальваническая развязка обеспечивается оптроном V01. Микросхему TL431 можно заменить любым маломощным стабилитроном, выходное напряжение равно его напряжению стабилизации плюс 1,5 В (падение напряжения на светодиоде оптрона V01)’, для защиты светодиода от перегрузок добавлен резистор R8 небольшого сопротивления. Как только выходное напряжение станет чуть выше положенного, через стабилитрон потечет ток, светодиод оптрона начнет светиться, его фототранзистор приоткроется, положительное напряжение с конденсатора С4 приоткроет транзистор VT2, который уменьшит амплитуду коллекторного тока транзистора VT1. Нестабильность выходного напряжения у этой схемы меньше, чем у предыдущей, и не превышает 10...20%, также, благодаря конденсатору С1, на выходе преобразователя практически отсутствует фон 50 Гц.

Трансформатор в этих схемах лучше использовать промышленный, от любого аналогичного устройства. Но его можно намотать и самому - для выходной мощности 5 Вт (1 А, 5 В) первичная обмотка должна содержать примерно 300 витков проводом диаметром 0,15 мм, обмотка II - 30 витков тем же проводом, обмотка III - 20 витков проводом диаметром 0,65 мм. Обмотку III нужно очень хорошо изолировать от двух первых, желательно намотать ее в отдельной секции (если есть). Сердечник - стандартный для таких трансформаторов, с диэлектрическим зазором 0,1 мм. В крайнем случае, можно использовать кольцо внешним диаметром примерно 20 мм.
Скачать: Основные схемы импульсных сетевых адаптеров для зарядки телефонов
В случае обнаружения "битых" ссылок - Вы можете оставить комментарий, и ссылки будут восстановлены в ближайшее время.

Аккумуляторами в электротехнике приято называть химические источники тока, которые могут пополнять, восстанавливать израсходованную энергию за счет приложения внешнего электрического поля.

Устройства, которыми подают электроэнергию на пластины аккумулятора, называют зарядными: они приводят источник тока в рабочее состояние, заряжают его. Чтобы правильно эксплуатировать АКБ, необходимо представлять принципы их работы и зарядного устройства.

Как работает аккумулятор

Химический рециркулируемый источник тока при эксплуатации может:

1. питать подключенную нагрузку, например, лампочку, двигатель, мобильный телефон и другие приборы, расходуя свой запас электрической энергии;

2. потреблять подключенную к нему внешнюю электроэнергию, расходуя ее на восстановление резерва своей емкости.

В первом случае аккумулятор разряжается, а во втором — получает заряд. Существует много конструкций аккумуляторов, но, принципы работы у них общие. Разберем этот вопрос на примере никель-кадмиевых пластин, помещенных в раствор электролита.

Разряд аккумулятора

Одновременно работают две электрические цепочки:

1. внешняя, приложенная на выходные клеммы;

2. внутренняя.

При разряде на лампочку во внешней приложенной схеме из проводов и нити накала протекает ток, образованный движением электронов в металлах, а во внутренней части — перемещаются анионы и катионы через электролит.

Окислы никеля с добавлением графита составляют основу положительно заряженной пластины, а губчатый кадмий используется на отрицательном электроде.

При разряде аккумулятора часть активного кислорода окислов никеля перемещается в электролит и движется на пластину с кадмием, где окисляет его, снижая общую емкость.

Заряд аккумулятора

Нагрузку с выходных клемм для зарядки чаще всего снимают, хотя на практике используется метод при подключенной нагрузке, как на аккумуляторе движущегося автомобиля или поставленного на зарядку мобильного телефона, по которому ведется разговор.

На клеммы аккумулятора подводится напряжение от постороннего источника более высокой мощности. Оно имеет вид постоянной или сглаженной, пульсирующей формы, превышает разность потенциалов между электродами, однополярно с ними направлено.

Эта энергия заставляет течь ток во внутренней цепочке аккумулятора в направлении, противоположном разряду, когда частицы активного кислорода «выдавливаются» из губчатого кадмия и через электролит поступают на свое прежнее место. За счет этого происходит восстановление израсходованной емкости.

Во время заряда и разряда изменяется химический состав пластин, а электролит служит передаточной средой для прохождения анионов и катионов. Интенсивность проходящего во внутренней цепи электрического тока влияет на скорость восстановления свойств пластин при заряде и быстроту разряда.

Ускоренное протекание процессов ведет к бурному выделению газов, излишнему нагреву, способному деформировать конструкцию пластин, нарушить их механическое состояние.

Слишком маленькие токи при зарядке значительно удлиняют время восстановления израсходованной емкости. При частом применении замедленного заряда повышается сульфатация пластин, снижается емкость. Поэтому приложенную к аккумулятору нагрузку и мощность зарядного устройства всегда учитывают для создания оптимального режима.

Как работает зарядное устройство

Современный ассортимент аккумуляторов доволен обширен. Для каждой модели подбираются оптимальные технологии, которые могут не подойти, быть вредными для других. Производители электронного и электротехнического оборудования опытным путем исследуют условия работы химических источников тока и создают под них собственные изделия, отличающиеся внешним видом, конструкцией, выходными электрическими характеристиками.

Зарядные конструкции для мобильных электронных приборов

Габариты зарядных устройств для мобильных изделий разной мощности значительно отличаются друг от друга. Они создают специальные условия работы каждой модели.

Даже для однотипных аккумуляторов типоразмеров АА или ААА разной емкости рекомендуется использовать свое время зарядки, зависящее от емкости и характеристик источника тока. Его величины указываются в сопроводительной технической документации.

Определенная часть зарядных устройств и аккумуляторов для мобильников снабжаются автоматической защитой, отключающей питание по завершении процесса. Но, контроль за их работой все же следует осуществлять визуально.

Зарядные конструкции для автомобильных АКБ

Особенно точно соблюдать технологию зарядки следует при эксплуатации автомобильных аккумуляторов, призванных работать в сложных условиях. Например, зимой в мороз с их помощью необходимо раскрутить через промежуточный электродвигатель — стартер холодный ротор двигателя внутреннего сгорания с загустевшей смазкой.

Разряженные либо неправильно подготовленные аккумуляторы с этой задачей обычно не справляются.

Эмпирическими методами выявлена взаимосвязь тока зарядки для свинцовых кислотных и щелочных аккумуляторов. Принято считать оптимальным значением заряда (амперы) в 0,1 величину емкости (амперчасы) для первого вида и 0,25 — для второго.

Например, АКБ имеет емкость 25 ампер часов. Если он кислотный, то его необходимо заряжать током 0,1∙25=2,5 А, а для щелочного — 0,25∙25=6,25 А. Чтобы создавать такие условия потребуется использовать разные приборы или применить один универсальный с большим количеством функций.

Современное зарядное устройство для кислотных свинцовых батарей должно поддерживать ряд задач:

контролировать и стабилизировать ток заряда;

учитывать температуру электролита и не допускать его нагрева более 45 градусов прекращением питания.

Возможность проведения контрольно-тренировочного цикла для кислотной батареи автомобиля с помощью зарядного устройства является необходимой функцией, включающей три этапа:

1. полный заряд аккумулятора до набора максимальной емкости;

2. десятичасовой разряд током 9÷10% от номинальной емкости (эмпирическая зависимость);

3. повторный заряд разряженного аккумулятора.

При проведении КТЦ контролируют изменение плотности электролита и время завершения второго этапа. По его величине судят о степени износа пластин, длительности оставшегося ресурса.

Зарядные устройства для щелочных батарей можно применять менее сложных конструкций, ибо такие источники тока не так чувствительны к режимам недостаточной зарядки и перезаряда.

График оптимального заряда кислотно-щелочных аккумуляторов для автомобилей показывает зависимость набора емкости от формы изменения тока во внутренней цепи.

В начале технологического процесса зарядки рекомендуется поддерживать ток на максимально допустимом значении, а затем снижать его величину до минимальной для окончательного завершения физико-химических реакций, осуществляющих восстановление емкости.

Даже в этом случае требуется контролировать температуру электролита, вводить поправки на окружающую среду.

Полное завершение цикла зарядки свинцовых кислотных аккумуляторов контролируют по:

восстановлению напряжения на каждой банке 2,5÷2,6 вольта;

достижению максимальной плотности электролита, которая перестает изменяться;

образованию бурного газовыделения, когда электролит начинает «закипать»;

достижению емкости батареи, превышающей на 15÷20% величины, отданной при разряде.

Формы токов зарядных устройств для аккумуляторов

Условие зарядки аккумулятора состоит в том, что на его пластины должно подводиться напряжение, создающее ток во внутренней цепи определенного направления. Он может:

1. иметь постоянную величину;

2. или изменяться во времени по определенному закону.

В первом случае физико-химические процессы внутренней цепи идут неизменно, а во втором — по предлагаемым алгоритмам с цикличным нарастанием и затуханием, создающим колебательные воздействия на анионы и катионы. Последний вариант технологии применяется для борьбы с сульфатацией пластин.

Часть временны́х зависимостей тока заряда иллюстрируется графиками.

На нижней правой картинке видно явное отличие формы выходного тока зарядного устройства, использующего тиристорное управление для ограничения момента открытия полупериода синусоиды. За счет этого регулируется нагрузка на электрическую схему.

Естественно, что многочисленные современные зарядные устройства могут создавать и другие формы токов, не показанные на этой диаграмме.

Принципы создания схем для зарядных устройств

Для питания оборудования зарядных устройств обычно используется однофазная сеть 220 вольт. Это напряжение преобразуется в безопасное пониженное, которое прикладывается на входные клеммы аккумулятора через различные электронные и полупроводниковые детали.

Существует три схемы преобразования промышленного синусоидального напряжения в зарядных устройствах за счет:

1. использования электромеханических трансформаторов напряжения, работающих по принципу электромагнитной индукции;

2. применения электронных трансформаторов;

3. без использования трансформаторных устройств, основанных на делителях напряжения.

Технически возможно инверторное преобразование напряжения, которое стало широко применяться для , частотных преобразователей, осуществляющих управление электродвигателями. Но, для зарядки аккумуляторов это довольно дорогое оборудование.

Схемы зарядных устройств с трансформаторным разделением

Электромагнитный принцип передачи электрической энергии из первичной обмотки 220 вольт во вторичную полностью обеспечивает отделение потенциалов питающей цепи от потребляемой, исключает попадание ее на аккумулятор и повреждение при возникновении неисправностей изоляции. Этот метод наиболее безопасен.

Схемы силовых частей устройств с трансформатором имеют много разных разработок. На картинке ниже показаны три принципа создания разных токов силовой части от зарядных устройств за счет использования:

1. диодного моста со сглаживающим пульсации конденсатором;

2. диодного моста без сглаживания пульсаций;

3. одиночного диода, срезающего отрицательную полуволну.

Каждая из этих схем может применяться самостоятельно, но, обычно одна из них является основой, базой для создания другой, более удобной для эксплуатации и управления по величине выходного тока.

Применение комплектов силовых транзисторов с цепочками управления в верхней части картинки на схеме позволяет уменьшать выходное напряжение на контактах вывода цепи зарядного устройства, что обеспечивает регулировку величин постоянных токов, пропускаемых через подключенные аккумуляторы.

Один из вариантов подобной конструкции зарядного устройства с регулированием тока показан на рисунке ниже.

Такие же подключения во второй схеме позволяют регулировать амплитуду пульсаций, ограничивать ее на разных этапах зарядки.

Эффективно работает эта же средняя схема при замене в диодном мосту двух противоположных диодов тиристорами, одинаково регулирующими силу тока в каждом чередующемся полупериоде. А устранение отрицательных полугармоник возложено на оставшиеся силовые диоды.

Замена единичного диода на нижней картинке полупроводниковым тиристором с отдельной электронной схемой для управляющего электрода, позволяет уменьшать импульсы тока за счет более позднего их открытия, что тоже используется для различных способов зарядки аккумуляторов.

Один из вариантов подобной реализации схемы показан на рисунке ниже.

Сборка ее своими руками не составляет особого труда. Она может быть выполнена самостоятельно из доступных деталей, позволяет заряжать аккумуляторы токами до 10 ампер.

Промышленный вариант схемы трансформаторного зарядного устройства «Электрон-6» выполнен на базе двух тиристоров КУ-202Н. Для регулирования циклами открытия полугармоник для каждого управляющего электрода создана своя схема из нескольких транзисторов.

Среди автолюбителей пользуются популярностью устройства, позволяющие не только заряжать аккумуляторы, но еще и использовать энергию питающей сети 220 вольт для параллельного подключения ее к запуску двигателя автомобиля. Их называют пусковыми или пускозарядными. Они обладают еще более сложной электронной и силовой схемой.

Схемы с электронным трансформатором

Такие устройства выпускаются производителями для питания галогенных ламп напряжением 24 или 12 вольт. Они стоят относительно дёшево. Отдельные энтузиасты пытаются подключить их для зарядки маломощных аккумуляторов. Однако, эта технология широко не отработана, имеет существенные недостатки.

Схемы зарядных устройств без трансформаторного разделения

При последовательном подключении нескольких нагрузок к источнику тока общее напряжение входа делится по составным участкам. За счет этого способа работают делители, создающие понижение напряжения до определённой величины на рабочем элементе.

На этом принципе создаются многочисленные зарядные устройства с резистивно-емкостными сопротивлениями для маломощных аккумуляторов. Благодаря маленьким габаритам составных деталей их встраивают непосредственно внутрь фонарика.

Внутренняя электрическая схема полностью помещена в заводской изолированный корпус, исключающий контакт человека с потенциалом сети при зарядке.

Этот же принцип пытаются реализовать многочисленные экспериментаторы для зарядки автомобильных аккумуляторов, предлагая схему подключения от бытовой сети через конденсаторную сборку или лампочку накаливания мощностью в 150 ватт и , пропускающий импульсы тока одной полярности.

Подобные конструкции можно встретить на сайтах мастеров «сделай сам», расхваливающих простоту схемы, дешевизну деталей, возможность восстановления емкости разряженного аккумулятора.

Но, они молчат о том, что:

открытая проводка 220 представляет ;

нить накала лампы под напряжением нагревается, меняет свое сопротивление по закону, неблагоприятному для прохождения оптимальных токов через аккумулятор.

При включении под нагрузку через холодную нить и всю последовательно подключенную цепочку проходят очень большие токи. Кроме того, завершать зарядку следует маленькими токами, что тоже не выполняется. Поэтому аккумулятор, подвергшийся нескольким сериям подобных циклов, быстро теряет свою емкость и работоспособность.

Наш совет: не пользуйтесь этим методом!

Зарядные устройства создаются для работы с определёнными типами аккумуляторов, учитывают их характеристики и условия восстановления емкости. При использовании универсальных, многофункциональных приборов следует выбирать тот режим заряда, который оптимально подходит конкретному аккумулятору.