В сравнительно маломощных электросетях одновременная работа множества электроинструментов и сварочных аппаратов вызывает такие скачки и провалы сетевого напряжения, что все зарядные устройства, прежде собранные мною, просто отказывались работать или требовали непрерывного контроля. В устройстве с ручным регулированием зарядного тока при сильном снижении сетевого напряжения - вплоть до 170 В - приходилось устанавливать регулятор тока на максимум. Если не уследил подъем сетевого напряжения, то зарядный ток превышал предельное значение и в лучшем случае перегорал предохранитель, в худшем - трансформатор Стабилизированные регуляторы оказались неспособными отслеживать столь широкие пределы изменения сетевого напряжения, а при резких скачках и провалах приводили к последствиям, описанным выше.
Пришлось подойти к этой проблеме более основательно, и, как показала практика, не напрасно. Несколько лет эксплуатации нового зарядного устройства подтвердили, что только полное отсутствие сетевого напряжения может помешать зарядке батареи. Применение пропорционально интегрирующего (ПИ) регулятора в новом устройстве позволило точнее удерживать заданный зарядный ток при действии любых дестабилизирующих факторов.
ПИ регулятор - это система, в которой для обеспечения устойчивости регулирования сформирована специальная частотная характеристика фильтра в цепи обратной связи [1]. При медленном уходе регулируемого параметра от заданного значения фильтр ведет себя как интегратор, а при быстром - как безынерционное звено. Переход от одного режима к другому определен значением граничной частоты при котором фазовый сдвиг в кольце регулирования не превышает допустимого значения и обеспечена устойчивость системы
Рис. 1
Принципиальная схема зарядного устройства показана на рис. 1. Источником тока зарядки служат две вторичные обмотки IV и V сетевого трансформатора Т1, образующие с диодами VD1, VD2 и VD3, VD4, соответственно, два двуполупериодных выпрямителя включенных параллельно Ток можно плавно изменять переменным резистором R14 в пределах от 1 до 10 А со стабилизацией установленного значения Этот узел выполнен по традиционной схеме с фазовым управлением с той лишь разницей, что в качестве регулирующего элемента использован не тиристор, а мощный полевой транзистор VT1. Такое решение обусловило простоту управления и конструктивные удобства.
Фазовый метод регулирования предусматривает использование пилообразного напряжения для формирования импульсов управления регулирующим элементом. Чтобы синхронизировать это напряжение с моментами перехода сетевого напряжения через нулевое значение применен узел, собранный на элементах VD6-VD8 R1, R2, R9, R10 и компараторе DA4, питающийся от включенных последовательно согласно полу-обмоток II 1 II.2 трансформатора
Когда напряжение на обмотке II равно нулю диод VD7 закрывается обратным напряжением, поступающим через резисторы R9, R10 с выходов вспомогательного источника питания микросхем, и происходит переключение компаратора в состояние, когда на выходе с открытым коллектором (вывод 9) низкое напряжение Через этот выход и токоограничительный резистор R13 разряжается конденсатор С8, постоянно заряжаемый через резистор R18 от того же вспомогательного источника. Таким образом, на конденсаторе С8 формируется пилообразное напряжение с привязкой к нулевой фазе напряжения в сети.
Компаратор DA5 управляет регулирующим транзистором VT1 в соответствии с пилообразным напряжением, приложенным к инвертирующему входу, и выходным напряжением ПИ фильтра на неинвертирующем входе. После достижения пилообразным напряжением уровня, присутствующего на неинвертирующем входе, на выходе с открытым коллектором установится напряжение. близкое к нулю, которое закроет транзистор VT1.
В плюсовую цепь заряжаемой аккумуляторной батареи включены два резистора R3 и R5, соединенных параллельно и выполняющих функцию токо-измерительного элемента. Импульсы зарядного тока, снимаемые с этих резисторов, поступают на вход собранного на ОУ DA3 активного ФНЧ Бесселя.
Выбор типа фильтра обусловлен равномерностью его АЧХ а также высокой линейностью ФЧХ и малым временем установления [2].
Частота среза ФНЧ - около 8 Гц. Ее определяют элементы R4. R6. СЗ. С4 Фильтр эффективно подавляет основную гармонику зарядного тока 100 Гц. однако его инерционность не должна быть чрезмерно большой.
К выходу ФНЧ подключен микроамперметр РА1 с добавочными резисторами R12, R16, показания которого прямо пропорциональны среднему значению тока зарядки. Калибруют микроамперметр в амперах зарядного тока подстроечным резистором R16.
С выхода ФНЧ напряжение также поступает на сумматор, образованный резисторами R11 R14 R15. Переменным резистором R14 регулируют зарядный ток Разность сигналов, подводимых к точке соединения резисторов R11 и R15, поступает на вход ПИ фильтра.
ПИ фильтр собран на ОУ DA6 и элементах R17, R19, С10. Исходя из инерционности ФНЧ. граничная частота регулятора выбрана близкой к 8 Гц. С уменьшением частоты коэффициент передачи фильтра увеличивается и около нулевой частоты теоретически возрастает до бесконечности. Этим достигается минимальное рассогласование заданного и действительного значений зарядного тока На частоте 8 Гц и более коэффициент передачи определяют только номиналы резисторов R17, R19. Он равен примерно 27 дБ.
Таким образом, сигнал рассогласования, воздействуя на регулирующий транзистор VT1 через компаратор DA5, сводит к нулю разность значений напряжения указанных выше сигналов в точке соединения резисторов R11 и R15.
Для питания компараторов, операционных усилителей и других узлов устройства предусмотрен вспомогательный двуполярный источник, образованный полуобмотками 111.1, III.2 трансформатора Т1. выпрямителем VD5, стабилизаторами напряжения DA1 DA2 и сглаживающими оксидными конденсаторами С1, С2, С5, С6. Светодиод HL1 - индикатор включения устройства в сеть. Вентилятор с электродвигателем М1 служит для принудительного охлаждения блока мощных диодов VD1 - VD4 и транзистора VT1.
Большинство деталей устройства размещены на универсальной технологической плате, монтаж выполнен отрезками изолированного провода. Резисторы R3, R5 - проволочные С5-16В. Остальные постоянные - ОМЛТ, МЛТ или МТ Переменный R14 - проволочный с линейной характеристикой ППБ-1 подстроечный R16 - СПЗ-39А
Оксидные конденсаторы лучше использовать рассчитанные на работу при повышенной температуре. Остальные конденсаторы - любые.
Трансформатор Т1 - ТС-180 от старого лампового телевизора. Магни-топровод необходимо разобрать, с катушек смотать все обмотки, кроме первичной I сохранив бумажные меж-слойные прокладки, и намотать новые Сначала укладывают обмотки 11.1 на одну катушку и II.2 - на другую, по 37 витков провода ПЭВ-2 0,18, а затем также 111.1 и III.2 по 55 витков провода ПЭВ-2 0,38 Последними наматывают обмотки IV и V по 150 витков провода ПЭВ-2 0.86 с отводом от середины Межобмоточные и межслойные прокладки обязательны.
Соединять полуобмотки, расположенные на разных катушках и намотанные в одну сторону, следует встречно(т. е. конец с концом), как указано на схеме.
Диоды VD1-VD4 и транзистор VT1 установлены без изолирующих прокладок на общем теплоотводе от процессора компьютера в сборе с вентилятором DL-43. Теплоотводом в виде пластины площадью около 5 см2 следует снабдить также стабилизатор DA1.
Микроамперметр РА1 - М4206 с током полного отклонения стрелки 100 мкА. Сетевой тумблер SA1 - МТ-1 Зажимы на выводы заряжаемой батареи большие пружинные, вида "крокодил", их можно приобрести в магазине радиодеталей или автозапчастей.
Рис. 2
Вид зарядного устройства со снятой крышкой показан на рис. 2
Для начальной проверки работоспособности зарядного устройства к его выходу подключают активную нагрузку мощностью 100 Вт (автомобильную лампу фары с соединенными параллельно нитями) Перед этим регулятор тока зарядки R14 устанавливают в положение максимального сопротивления, что будет соответствовать минимальному току. Нагрузку включают последовательно с контрольным амперметром к выходу зарядного устройства. Убеждаются, что регулятор R14 позволяет изменять зарядный ток в установленных пределах, которые при необходимости можно скорректировать подборкой резистора R15.
Затем к выходу устройства подключают аккумуляторную батарею последовательно с контрольным амперметром. Устанавливают по контрольному амперметру зарядный ток 10 А и, перемешая движок резистора R16, устанавливают стрелку микроамперметра РА1 на конечное деление.
Литература
1 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника (пер, с нем.). - М . Мир, 1983.
2 Волович Г. И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.. Додэка, 2005.
Автор: А. Дымов, г. Оренбург