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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Caricatore di impulsi. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Automobile. Batterie, caricatori Per caricare le batterie di avviamento, gli appassionati di auto utilizzano un'ampia varietà di dispositivi, la maggior parte dei quali sono costruiti utilizzando un trasformatore di rete step-down. Tali dispositivi sono caratterizzati da efficienza relativamente bassa, grandi dimensioni e peso. E se l'efficienza può essere in qualche modo aumentata, è praticamente impossibile migliorare gli altri indicatori di tali dispositivi. Puoi migliorare significativamente le prestazioni del caricabatterie se lo costruisci secondo il principio di un inverter a tensione impulsiva. Le stazioni di ricarica ad impulsi prodotte all'estero (Bosch, Telwin, ecc.) hanno ottime prestazioni tecniche, ma sono inaccessibili per la maggior parte dei nostri automobilisti. Allo stesso tempo, non tutti i radioamatori possono permettersi di produrre tali dispositivi in modo indipendente, soprattutto quelli che non hanno l'esperienza necessaria nel campo dei circuiti a impulsi e nella configurazione di tali dispositivi. Tuttavia, i caricabatterie a impulsi non devono essere considerati insormontabili e complessi. Pertanto, in [1] viene descritto un dispositivo radioamatoriale costruito sulla base di un convertitore flyback. L'indubbio vantaggio di tali convertitori è la loro relativa semplicità e dimensioni ridotte. Tuttavia, presentano anche degli svantaggi. Uno dei più gravi è la magnetizzazione del nucleo magnetico del trasformatore, motivo per cui è necessario utilizzare un nucleo magnetico con una sezione trasversale 2...2,5 volte maggiore rispetto ai convertitori push-pull. Inoltre, i picchi di tensione sull'elemento di commutazione dei convertitori flyback, di norma, superano significativamente la tensione di alimentazione, il che richiede l'introduzione di ulteriori circuiti di soppressione e rigenerativi. Le perdite di energia in essi contenute sono più evidenti ad alta potenza di uscita, pertanto i convertitori a ciclo singolo vengono utilizzati in unità di potenza con una potenza non superiore a centinaia di watt. Una batteria al piombo viene generalmente caricata in tre modi: tensione costante, corrente costante e la cosiddetta regola ampere-ora. La ricarica con una tensione stabile è abbastanza semplice da implementare, ma non garantisce l'utilizzo al cento per cento della capacità della batteria. La ricarica secondo la regola dell'ampere-ora (secondo Woodbridge) può essere considerata un metodo ideale, ma non è ampiamente utilizzata a causa della complessità del circuito. Il metodo di ricarica ottimale è una corrente di carica stabile. I dispositivi che implementano questo metodo possono essere facilmente dotati di unità che consentono di automatizzare il processo di ricarica. In questo gruppo di caricabatterie rientra anche quanto di seguito descritto. Il dispositivo (vedi diagramma) si basa su un convertitore di impulsi push-pull a mezzo ponte (inverter) su potenti transistor VT4 e VT5, controllato da un controller di larghezza di impulso DA1 sul lato a bassa tensione. Tali convertitori, resistenti all'aumento della tensione di alimentazione e alle variazioni della resistenza di carico, si sono dimostrati efficaci negli alimentatori per computer moderni. Poiché il controller PID K1114EU4 [2] contiene due amplificatori di errore, non sono necessari microcircuiti aggiuntivi per controllare la corrente di carica e la tensione di uscita.
I diodi ad alta velocità VD14, VD15 proteggono la giunzione del collettore dei transistor VT4, VT5 dalla tensione inversa sull'avvolgimento I del trasformatore T2 e scaricano l'energia di emissione alla fonte di alimentazione. I diodi devono avere un tempo di accensione minimo. Il termistore R1 limita la corrente di carica dei condensatori C4, C5 quando il dispositivo è collegato alla rete. Per sopprimere i disturbi del convertitore viene utilizzato un filtro di rete C1C2C3L1. I circuiti R19R21C12VD8 e R20R22C13VD9 servono ad accelerare il processo di chiusura dei transistor di commutazione fornendo una tensione negativa al loro circuito di base. Ciò consente di ridurre le perdite di commutazione e aumentare l'efficienza del convertitore. Il condensatore C8 impedisce che il circuito magnetico del trasformatore T2 venga manomesso a causa della disuguale capacità dei condensatori C4 e C5. Il circuito R17C11 aiuta a ridurre l'ampiezza dei picchi di tensione sull'avvolgimento I del trasformatore T2. Il trasformatore T1 disaccoppia galvanicamente i circuiti secondari dalla rete e trasmette gli impulsi di controllo al circuito di base dei transistor di commutazione. L'avvolgimento III fornisce un controllo di corrente proporzionale. L'uso dell'isolamento del trasformatore ha permesso di rendere sicuro il funzionamento del dispositivo. Il raddrizzatore della corrente di carica è realizzato su diodi KD2997A (VD10, VD11), in grado di funzionare a una frequenza operativa relativamente elevata del convertitore. Il resistore R25 è un sensore di corrente. La tensione proveniente da questo resistore, applicata all'ingresso non invertente del primo amplificatore di errore del controller DA1, viene confrontata con la tensione sul suo ingresso invertente, impostata dal resistore R2 “Corrente di carica”. Quando cambia il segnale di errore, cambia il ciclo di lavoro degli impulsi di controllo, il tempo di apertura dei transistor di commutazione dell'inverter e, quindi, la potenza trasmessa al carico. La tensione dal divisore R23R24, proporzionale alla tensione sulla batteria in carica, viene fornita all'ingresso non invertente del secondo amplificatore di errore e viene confrontata con la tensione ai capi del resistore R5 applicata all'ingresso invertente di questo amplificatore. In questo modo viene regolata la tensione di uscita. Ciò consente di evitare un'intensa ebollizione dell'elettrolita al termine della carica riducendo la corrente di carica. Il controller PHI ha una sorgente integrata di tensione stabile di 5 V, che alimenta tutti i divisori di tensione che impostano i valori di tensione richiesti all'uscita del dispositivo e la corrente di carica. Poiché il chip DA1 riceve energia dall'uscita del dispositivo, non è accettabile ridurre la tensione di uscita del dispositivo a 8 V: in questo caso, la stabilizzazione della corrente di carica si interrompe e potrebbe superare il valore massimo consentito. Tali situazioni vengono eliminate da un'unità assemblata sul transistor VT3 e sul diodo zener VD12: blocca l'accensione del caricabatterie se viene caricato con una batteria difettosa o fortemente scarica (con una fem inferiore a 9 V). Il diodo zener, e quindi il transistor del nodo, rimane chiuso e l'ingresso DTC (pin 4) del chip DA1 rimane collegato tramite il resistore R7 all'uscita Uref della sorgente di tensione di riferimento integrata (pin 14). In questo caso, la tensione all'ingresso DTC è di almeno 3 V e la formazione di impulsi è vietata. Quando una batteria funzionante è collegata all'uscita del dispositivo, il diodo zener VD12 si apre, seguito dal transistor VT3, chiudendo l'ingresso DTC del controller al filo comune e consentendo così la formazione di impulsi sulle uscite C1, C2 (collettore aperto ). La frequenza di ripetizione dell'impulso è di circa 60 kHz. Dopo l'amplificazione della corrente da parte dei transistor VT1, VT2, vengono trasmessi attraverso il trasformatore T1 alla base dei transistor di commutazione VT4 e VT5. La frequenza di ripetizione dell'impulso è determinata dagli elementi R10 e C9. Si calcola utilizzando la formula F=1,1/R10·C9. I diodi KD257B possono essere sostituiti con RL205, KD2997A con altri, inclusi diodi Schottky con una tensione inversa superiore a 50 V e una corrente raddrizzata superiore a 20 A, FR155 con diodi a impulsi ad alta velocità FR205, FR305 e UF4005. Il controller SHI K1114EU4 ha molti analoghi stranieri: TL494IN [3], DBL494, GLRS494, IR2M02, KA7500. Invece di KT886A-1, sono adatti i transistor KT858A, KT858B o KT886B-1. I trasformatori sono gli elementi più critici e ad alta intensità di manodopera di qualsiasi convertitore di impulsi. Non solo le caratteristiche del dispositivo, ma anche le sue prestazioni complessive dipendono dalla qualità della fabbricazione. Il trasformatore T1 è avvolto su un nucleo magnetico ad anello di dimensioni standard K20x12x6 realizzato in ferrite M2000NM. L'avvolgimento I è avvolto con filo PEV-2 0,4 in modo uniforme su tutto l'anello e contiene 2x28 giri; avvolgimenti II e IV - 9 giri di filo PEV-2 0,5. Avvolgimento III: due giri di filo MGTF-0,8. Gli avvolgimenti sono isolati tra loro e dal circuito magnetico tramite due strati di sottile nastro fluoroplastico. Il trasformatore T2 è avvolto su un nucleo magnetico armato Ø10x10 in ferrite M2000NM (o, meglio ancora, M2500HMC); È adatto anche un nucleo magnetico anulare di sezione trasversale simile. L'avvolgimento I contiene 35 spire di filo PEV-2 0,8 e l'avvolgimento II contiene 2x4 spire di un fascio con una sezione trasversale di almeno 4 mm2 da diversi fili PEV-2 o PEL. Se si raffredda forzatamente il trasformatore, la sezione trasversale del cablaggio può essere ridotta. Va notato che non solo l'affidabilità del dispositivo, ma anche la sicurezza del suo funzionamento dipende dalla qualità dell'isolamento dell'avvolgimento dei trasformatori, poiché è questo che isola i circuiti secondari dalla tensione di rete. Pertanto, non dovresti eseguirlo con materiali improvvisati - carta da regalo, nastro adesivo, ecc. - e ancor di più trascurarlo, come a volte fanno i radioamatori inesperti. È meglio utilizzare un nastro fluoroplastico sottile o una carta per condensatori realizzata con condensatori ad alta tensione, disponendola in 2-3 strati. Il dispositivo è assemblato in una scatola metallica di adeguate dimensioni. I transistor VT4 e VT5 sono installati su dissipatori di calore con una superficie di almeno 100 cm2. I diodi VD10, VD11 prevedono anche un comune dissipatore di calore con una superficie di almeno 200 cm2. Le pareti della scatola del dispositivo, così come il dissipatore di calore generale per diodi e transistor, non devono essere utilizzati come dissipatore di calore per motivi di funzionamento sicuro del caricabatterie. La dimensione dei dissipatori di calore può essere notevolmente ridotta se vengono costretti a essere raffreddati da una ventola. Per configurare il convertitore avrai bisogno di un LATR, un oscilloscopio, una batteria funzionante e due misuratori: un voltmetro e un amperometro (fino a 20 A). Se un radioamatore ha a disposizione un trasformatore di isolamento 220 V x 220 V con una potenza di almeno 300 W, il dispositivo dovrebbe essere acceso attraverso di esso: sarà più sicuro lavorare. Innanzitutto, attraverso un resistore limitatore di corrente temporaneo con una resistenza di 1 Ohm con una potenza di almeno 75 W (o una lampada per auto con una potenza di 40-60 W), collegare la batteria all'uscita del dispositivo e assicurarsi che sull'uscita Uret (pin 5) del controller PHI sia presente una tensione positiva di 14 V. Collegare un oscilloscopio alle uscite C1 e C2 (pin 8 e 11) del controller e osservare gli impulsi di controllo. Il resistore R2 del motore è impostato sulla posizione più bassa in base al circuito (corrente di carica minima) e una tensione di 36...48 V viene fornita dal LATR all'ingresso di rete del dispositivo. I transistor VT4 e VT5 non dovrebbero diventare molto caldo. Un oscilloscopio monitora la tensione tra l'emettitore e il collettore di questi transistor. Se ci sono picchi sul fronte degli impulsi, dovresti usare diodi più veloci VD14, VD15 o più precisamente selezionare gli elementi R17 e C11 del circuito di smorzamento. Bisogna tenere presente che non tutti gli oscilloscopi consentono misurazioni in circuiti collegati galvanicamente alla rete. Inoltre, ricorda che alcuni elementi del dispositivo sono sotto tensione di rete: questo non è sicuro! Se tutto è in ordine, la tensione all'ingresso della rete viene gradualmente aumentata da LATR a 220 V e il funzionamento dei transistor VT4, VT5 viene monitorato utilizzando un oscilloscopio. La corrente di uscita non deve superare 3 A. Ruotando il cursore del resistore R2, assicurarsi che la corrente all'uscita del dispositivo cambi in modo graduale. Successivamente, il resistore temporaneo di limitazione della corrente (o lampada) viene rimosso dal circuito di uscita e la batteria viene collegata direttamente all'uscita del dispositivo. I resistori R4, R6 sono selezionati in modo tale che i limiti per la modifica della corrente di carica da parte del regolatore R2 siano pari a 0,5 e 25 A. La tensione di uscita massima è impostata su 15 V selezionando il resistore R5. La manopola del regolatore R2 è dotata di una scala graduata nei valori della corrente di carica. È possibile dotare il dispositivo di un amperometro. La scatola e tutte le parti metalliche non conduttrici di corrente del caricabatterie devono essere collegate a terra in modo affidabile durante il funzionamento. Non è consigliabile lasciare a lungo incustodito un caricabatterie funzionante. Letteratura
Autore: V.Sorokoumov, Sergiev Posad
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