Зарядное для авто со стабилизацией тока на L200

Зарядное для авто со стабилизацией тока на L200

Зарядное устройство, схема которого показана на рисунке 1, предназначено для зарядки автомобильных двенадцати вольтовых аккумуляторов емкостью до 75 ампер-часов.

Основой данного зарядного устройства является микросхема L200, обеспечивающая стабилизацию, как выходного напряжения, так и тока заряда.

Выбор хорошего зарядного устройства по цене

Стоимость зарядного устройства зависит от конструкции, рабочего диапазона, допустимого отклонения от номинального тока и напряжения, бренда и условий гарантийного обслуживания. Некоторые производители берут за себя ответственность за выход АКБ из строя и компенсируют убытки, если поломка была вызвана неисправностью в зарядном устройстве. Другие привлекают покупателей расширенным функционалом: системой динамического регулирования напряжения, запуском и остановкой заряда по таймеру, средствами диагностики состояния аккумулятора и т.д. На российском рынке выделилось 5 ценовых сегментов, для каждого из которых характерны свои функциональные и конструктивные особенности.

Недорогие устройства (до 2500 р)

Для моделей этой категории характерно отсутствие электронных компонентов: параметры питания регулируются обычными потенциометрами или многопозиционными переключателями, а для отображения состояния зарядки используется ламповая и стрелочная индикация, реже — восьмисегментный дисплей. Тем не менее бюджетные модели удовлетворяют минимальным требованиям безопасности и подходят для постоянного использования с как минимум одним классом АКБ. В России популярны две модели до 2500 р:

• Orion PW-265. Простое в управлении: для работы достаточно подключить аккумулятор, выставить ток зарядки и подать питание. Снабжён плавным ручным регулятором силы тока и стрелочным амперметром. Рабочий диапазон силы тока: 0.4 — 6 А, что позволяет заряжать батареи ёмкостью до 60 Ач. Минус устройства: фиксированное напряжение на выходе делает Orion пригодным только для подзарядки гибридных и устаревших сурмянистых моделей с номиналом 12 В;
• AVS Energy BT-6005 SMART. Устройство имеет цифровой дисплей и ступенчатый контроллер для выбора режима зарядки. Сила тока может принимать 3 значения в диапазоне от 2 до 6 А, максимальная ёмкость эффективной зарядки 80 Ач. Преимущество модели: наличие защищённого разъёма, прекращающего подачу тока при перегрузке в сети. Работает с номиналами 12 и 6 В, позволяя заряжать гибридные авто- и мотоаккумуляторы.

Модели категории 2500 — 5000 р

Зарядные устройства до 5000 преимущественно относятся к транформаторному типу, а значит имеют большие в сравнении с бюджетными моделями габариты. Элементы управления и функционал ограничены необходимым минимумом, но диапазон питания для таких зарядок выше и покрывает несколько классов АКБ. Популярные модели:

• Wester CH15. Недорогое универсальное зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов. Главная особенность: переключение между двумя режимами нагрузки: номинал 12 и 24 В. Диапазон силы тока ограничен двумя значениями: 5 и 11 В, а благодаря защищённому порту питания стабильная работа гарантирована для АКБ ёмкостью от 25 до 105 Ач! Идеальный выбор для большинства легковых и грузовых авто. Снабжён стрелочным амперметром.
• Zubr Profi 59305. Функционально соответствует представителям среднего класса зарядных устройств. Поддерживает режим питания с номинальным напряжением 6, 12 и 24 В, т.е. совместим с АКБ большинства транспортных средств. Снабжён интеллектуальной системой выбора тока зарядки для батарей от 2 до 240 Ач. Максимальный ток 11 А. На цифровом дисплее отображаются показания встроенных вольтметра и амперметра, выходной порт снабжён двухфазной защитой от перегрузок. Приятный бонус: встроенный прикуриватель.

Средний класс (5000 — 7500 р)

Зарядные устройства такого класса отличает расширенный функционал и широкий диапазон выходного напряжения. Для импульсных моделей характерен высокий ток зарядки, позволяющий работать с АКБ ёмкостью более 200 Ач. Лидеры на рынке в ценовом сегменте 5000 — 7000 р:

• Quattro Elementi i-Charge 20. Мощное устройство, предназначенное для батарей грузовиков и легковых авто. Способно выдавать до 20 А тока на выходе при напряжении 12/24 В. Недостатки: относительная громоздкость (весит 2 кг) и небольшой для среднего класса предел ёмкости в 140 Ач. Имеет систему лампочных индикаторов и защищённый порт.
• Daewoo DW1500. Бюджетное устройство с интеллектуальной многоуровневой защитой от перегрузок. Поддерживает АКБ номиналом 6/12/24 В. Имеет функцию десульфирования: с помощью импульсной смены напряжения соотношение ионов свинца на пластинах аккумулятора меняется, что приводит к восстановлению первоначальных свойств АКБ. Модель DW1500 обладает большинством функций зарядок премиум класса: плавный контроль нагрузки для гелевых аккумуляторов, тестер, вольтамперметр, автоматическая система отключения нагрузки при полной зарядке батареи. Линейка Daewoo популярна среди водителей большегрузов из-за высокого тока зарядки. Daewoo DW1500 протестирован и рекомендован на практике для АКБ от 20 до 300 Ач ёмкости.

Преимущества дорогих моделей категории 7500 — 10 000 р

Высокая цена на зарядные устройства известных автомобильных брендов, таких как OptiMate, связана с богатым функционалом и расширенными условиями гарантии. При этом устройство не обязательно универсально: большинство моделей ориентировано на легковые авто с АКБ 12 В. Известные представители категории до 10 000 р:

• BlueWeld Polarboost 140. Простое, но мощное зарядное устройство для АКБ легковых автомобилей, работающих с напряжением 12 В. Имеет рекордно высокий ток зарядки в 50 А и подходит для батарей от 10 до 200 Ач. Функционал ограничен режимом бережной зарядки с автоотключением и защитой от перегрузки. Регулировка силы тока осуществляется вручную при помощи двухпозиционного переключателя. Снабжено стрелочным индикатором тока зарядки и встроенным проводом со сменными разъемами типа «крокодил».
• OptiMate TM-190. Портативное импульсное зарядное устройство с интеллектуальной системой подачи напряжения. При токе всего 5 А TM-190 эффективен при зарядке АКБ до 240 Ач, но работает только с номиналом 12 В, включая гелевые аккумуляторы. Преимущества: плавная автоматическая регулировка силы тока, встроенные средства диагностики и «режим хранения» для очистки неиспользуемых батарей от налёта. Для батарей, износившихся при холодном пуске доступен режим «зимней зарядки» с плавно нарастающей силой тока и автоматическим отключением питания по достижении заданного уровня заряда.

Зарядные устройства премиум класса (дороже 10 000 р)

Премиум модели сочетают преимущества зарядных устройств остальных ценовых категорий с предельной универсальностью: поддержка батарей ёмкостью свыше 300 Ач и интеллектуальный контроль силы тока характерны для всех моделей 10 000+ в России. Лидеры по числу продаж и техническим характеристикам:

• OptiMate TM-260. Компактная модель импульсного типа с низкой потребляемой мощностью и широким диапазоном АКБ: поддерживаются модели 12/24 В любого типа с объёмом до 400 Ач. Средства диагностики и десульфатирования, режим безопасной зарядки и встроенный цифровой вольтамперметр в килограммовой модели полностью оправдывают её стоимость.
• CTEK PRO 60. Зарядное устройство для гибридных и гелевых аккумуляторов на 12 В с максимальной мощностью, силой тока и диапазоном ёмкостей. Потребляя почти киловатт мощности CTEK PRO выдаёт 60 А на выходе и успешно применяется для зарядки АКБ до 1400 Ач, используемых в дорогих спортивных автомобилях и грузовой технике. Обладает стандартным набором функций и индикаторов для представителя премиум класса.

Заключение

Выбор зарядного устройства должен основываться прежде всего на параметров питания автомобильного аккумулятора. Выбирая среди всех подходящих моделей более дешёвую, вы лишаетесь ряда полезных функций, таких как интеллектуальная подача тока и десульфатирование. Тем не менее для гибридных батарей с небольшой ёмкостью может быть достаточно базового набора функций, если соблюдать все правила эксплуатации аккумулятора.

* Обращаем внимание, что статья носит информационный характер и не является рекламой представленных продуктов. Результаты составленного рейтинга носят субъективный характер авторов статьи.

Продолжаем обзор одного из важнейших модулей, входящего в состав любого источника бесперебойного питания – зарядного устройства аккумуляторных батарей. Первая часть этого обзора была представлена в последнем номере журнала за 2008 год, и в ней рассматривались общие вопросы, связанные с принципами заряда герметичных свинцово-кислотных аккумуляторов, а также вопросы схемотехники зарядных устройств на основе линейных регуляторов напряжения. Однако все чаще в современных источниках бесперебойного питания для заряда аккумуляторов применяются импульсные преобразователи, которые и будут рассматриваться во второй части обзора.

В качестве зарядных устройств в источниках бесперебойного используются оба типа импульсных преобразователей:

На вход DC-DC преобразователей подается постоянное напряжение, номинал которого, как правило, несколько выше того, что требуется для заряда аккумуляторов, например +18В. Из этого постоянного, но завышенного напряжения, DC-DC преобразователь создает также постоянное напряжение, но уже меньшего номинала, например +13.8В. Однако в отличие от линейных регуляторов, в процессе подобного преобразования, из постоянного напряжения сначала получают высокочастотные импульсы, которые затем обратно преобразуются в постоянное напряжение (рис.14).

Рис.14

В результате такого преобразования удается понизить напряжение до любого значения, не рассеивая при этом его часть в виде тепла. Таким образом, импульсные преобразователи являются более экономичными и имеют достаточно высокий КПД. Так как при импульсном преобразовании осуществляется понижение входного напряжения, импульсные регуляторы этого типа получили название понижающих DC-DC преобразователей (Step Down, TRIM и т.п.). Величина выходного напряжения в этих преобразователях определяется шириной импульсов, т.е. напряжение регулируется методом ШИМ. Увеличение ширины импульсов приводит к увеличению выходного постоянного напряжения, а уменьшение ширины импульсов, соответственно, к снижению выходного напряжения. Таким образом, в составе импульсного DC-DC преобразователя должен присутствовать ШИМ-контроллер, который традиционно, представляет собой интегральную микросхему. ШИМ-контроллер обеспечивает переключение силового транзистора, являющегося ключом, предназначенным для преобразования постоянного тока в импульсный (прерывистый ток). Для обеспечения стабилизации выходного напряжения и поддержания его на номинальном уровне, выходное постоянное напряжение считывается ШИМ-контроллером через цепь обратной связи, которая представляет собой резистивный делитель напряжения. Частота преобразования должна составлять несколько десятков кГц, и эта частота задается собственным тактовым генератором ШИМ-контроллера (часто с помощью внешнего частотозадающего конденсатора и/или резистора). Общая схема DC-DC преобразователя с ШИМ-регулировкой выходного напряжения представлена на рис.15.

Рис.15

Необходимо отметить, что ШИМ-контроллер часто совмещают с силовым ключом в составе одного чипа, получая, таким образом, микросхему ШИМ-контроллера со встроенным ключом. Такое решение отличается компактностью, низкой стоимостью и простотой проектирования. Микросхем подобного класса предостаточно, но в UPS компании APC широкое применение получила микросхема типа LM2575, архитектура которой представлена на рис.16, а ее основные характеристики – в табл.4.

Таблица 4

Величина выходного напряжения

Допуск на отклонение выходного напряжения

Величина выходного тока

Диапазон входного напряжения

Длительность рабочего цикла

Порог термической защиты

Рис.16

Пример зарядного устройства на базе LM2575 приводится на рис.17. В UPS традиционно применяется микросхема LM2575-ADJ, которая в отличие от других микросхем семейства предназначена для формирования не фиксированного выходного напряжения, а регулируемого. Величина выходного напряжения при этом задается внешним делителем, устанавливающим соответствующее напряжение на входе FEEDBACK. В схеме на рис.17 таким делителем, формирующим сигнал обратной связи, являются R66/R67. Номиналы именно этих двух резисторов задают величину выходного напряжения зарядного устройства, т.е. величину напряжения, прикладываемого к аккумуляторной батарее. Изменение номинала этих резисторов будет приводить к изменению ширины импульсов на выходе LM2575 (смотреть крупнее).

Рис.17

Источником энергии для данного зарядного устройства является силовой трансформатор Т, одна из обмоток которого подключается к питающей сети 220В. К другой обмотке этого трансформатора подключается зарядное устройство через разъемы J4 и J5. На этих разъемах присутствует пониженное переменное напряжение, появляющееся сразу же, как только UPS подключается к питающей сети. Это переменное напряжение выпрямляется двухполупериодным полумостовым выпрямителем, состоящим из диодов D21-D24. Далее выпрямленное напряжение сглаживается конденсатором C42, в результате чего получается постоянное напряжение величиной примерно +18В. В схеме первичного выпрямителя мы встречаем еще два транзистора Q12 и Q13. Но эти транзисторы не имеют никакого отношения к зарядному устройству. Дело в том, что обмотка трансформатора, подключаемая с помощью J4 и J5, одновременно является еще и фиксирующей обмоткой (Clamp), т.е. обмотка является двухфункциональной (понижающая обмотка – при работе от сети, и фиксирующая обмотка – при работе от аккумуляторов). Транзисторы Q12 и Q13 начинают переключаться только в тот момент времени, когда UPS переходит на работу от аккумулятора и начинает формировать выходное импульсно-прямоугольное напряжение, «пауза на нуле» в котором создается именно с помощью обмотки Clamp и транзисторов Q12/Q13.

Итак, полученное постоянное напряжение +18В прикладывается к входу микросхемы LM2575 (конт.1 – IN). Но подается это напряжение через токовый датчик, с помощью которого отслеживается величина тока, потребляемого схемой зарядного устройства. Таким образом, данное зарядное устройство обеспечивает ограничение зарядного тока аккумулятора.

Непосредственно токовым датчиком является низкоомный резистор R65. Через этот резистор протекает весь ток, потребляемый микросхемой LM2575 (т.е. ток, потребляемый аккумулятором). Падение напряжения на этом резисторе отслеживается транзистором Q11. Увеличение тока приводит к увеличению падения напряжения на резисторе R65 и к открыванию транзистора Q11. Открываясь, транзистор Q11 подает дополнительное смещение на вход обратной связи FEEDBACK (конт.4), что приводит к уменьшению ширины импульсов на выходе микросхемы OUT (конт.2), т.е. приводит к уменьшению величины зарядного напряжения.

Включение и выключение зарядного устройства осуществляется сигналом CHARGE, подаваемым на конт.5. Этот сигнал генерируется микропроцессором UPS и представляет собой дискретный сигнал. Установка сигнала в низкий уровень приводит к запуску зарядного устройства и началу заряда аккумуляторов. В момент перехода на работу от аккумуляторов, микропроцессор устанавливает сигнал CHARGE в высокий уровень, и зарядное устройство выключается.

Импульсы, сформированные на выходе LM2575 (конт.2), сглаживаются дросселем L1и конденсатором С41, в результате чего создается постоянное напряжение величиной 13.6-13.8 В. Это напряжение на схеме обозначается XFMRLVCT и 12UNFILT. Конденсатор C44 обеспечивает дополнительное сглаживание напряжения. К аккумуляторной батарее это напряжение прикладывается через предохранитель F2. Параллельно включенные диоды D19/D20 являются выпрямительными диодами, поддерживающими в нагрузке ток в те моменты времени, когда отсутствует напряжение на выходе LM2575 (мертвое время импульса). Ток нагрузки в этот момент времени создается за счет энергии само-ЭДС дросселя L1.

Данное зарядное устройство не позволяет регулировать зарядное напряжение аккумулятора, но обеспечивает ограничение зарядного тока.

Второй вариант зарядного устройства на основе импульсного DC-DC преобразователя представлен на рис.18 (смотреть крупнее).

Рис.18

Данное зарядное устройство практически полностью аналогично устройству на базе контроллера LM2575. Отличие заключается в использовании другого ШИМ-контроллера со встроенным силовым ключом. В схеме на рис.18 используется контроллер MC34163, внутреннее построение которого представлено на рис.19, а функциональное назначение контактов описано в табл.5.