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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Caricabatterie senza trasformatore. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Caricabatterie, batterie, celle galvaniche Nel tentativo di ridurre le dimensioni delle apparecchiature radio in fase di progettazione, i radioamatori prestano particolare attenzione alla miniaturizzazione dell'alimentazione. Questo problema viene solitamente risolto utilizzando un convertitore di tensione a impulsi. Nel frattempo, progressi significativi nel campo dei componenti elettronici consentono di creare alimentatori di piccole dimensioni che non contengono un trasformatore. La relativa semplicità del design e la disponibilità dei componenti li rendono attraenti per i radioamatori. Per la prima volta tale soluzione tecnica è stata proposta da L.M. Braslavsky dell'Istituto elettrotecnico di Novosibirsk nel 1972, presentando una domanda per un'invenzione. Si è rivelato così originale e non ovvio per gli specialisti che VNIIGPE ha effettuato un esame della domanda per sei anni interi e solo nel 1978 ha rilasciato un certificato d'autore. Successivamente furono brevettate altre soluzioni che permisero di realizzare alimentatori a condensatori. Uno schema semplificato di un tale dispositivo è mostrato in Fig. 6.10. Consente di implementare l'addestramento delle batterie, una modalità in cui la batteria viene caricata durante un semiciclo della tensione di rete e quindi scaricata con una corrente inferiore al resistore di zavorra.
Il convertitore di tensione del condensatore descritto è progettato per caricare batterie per auto con una capacità fino a 70 Ah, quindi la corrente di uscita media massima del dispositivo dovrebbe essere 7 A. Questo valore è coerente con la limitazione della componente variabile al livello di 20 ...30% della tensione nominale dei condensatori all'ossido utilizzati. Il diodo raddrizzatore VD38, il condensatore C13 e i diodi zener VD39, VD40 formano la tensione di alimentazione dell'unità di controllo, che sincronizza il funzionamento dei transistor di commutazione VT2 e VT3 con la polarità della tensione di rete e stabilizza la corrente di uscita. Il dispositivo funziona come segue. Con una semionda positiva della tensione di rete vengono caricati il blocco di condensatori C1.C12 e il condensatore di accumulo dell'alimentazione C13. Quando la semionda è negativa, il LED del fotoaccoppiatore U1 si accende e il suo fototransistor, aprendosi, devia la giunzione dell'emettitore del transistor VT1. Il transistor VT1 si chiude e, attraverso il resistore R5, collega l'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1 all'uscita del blocco condensatore. L'amplificatore operazionale stesso commuta e apre i transistor VT3, VT2 e il LED fotoaccoppiatore U2. L'amplificatore operazionale DA1 funziona in modalità comparatore, quindi il suo segnale di uscita può assumere solo due valori: vicino alla tensione di alimentazione e a zero. Se la tensione sul suo ingresso invertente è maggiore di quella sull'ingresso non invertente, la tensione di uscita sarà prossima allo zero e il transistor VT3 sarà spento. Altrimenti, la tensione all'uscita dell'amplificatore operazionale è vicina alla tensione di alimentazione, il transistor VT3 si apre e, attraverso il resistore R10, il transistor VT2 e l'accoppiatore ottico U2. Il segnale di ingresso per stabilizzare la corrente di uscita è la tensione sul condensatore. Pertanto, la variazione di tensione sul condensatore (la sua diminuzione) è direttamente proporzionale alla carica ceduta al carico, pertanto, stabilizzando la carica data dal condensatore durante un singolo ciclo di scarica, il dispositivo stabilizza la corrente di uscita. Il suo valore è regolato dal resistore R7. Dopo aver chiuso il transistor VT1, la tensione dal blocco condensatore viene fornita all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1 e confrontata con quella standard fornita all'ingresso invertente dal divisore R6...R8. Quando la tensione sul blocco condensatore diventa inferiore a quella esemplare, l'amplificatore operazionale DA1 passa allo stato zero e chiude il transistor VT3 e, attraverso di esso (e il carico del dispositivo), il fotodinistore dell'accoppiatore ottico U2. Se per qualche motivo la tensione sul condensatore non è scesa al livello esemplare (vale a dire, la carica determinata dalla posizione del cursore del resistore R7 non è stata trasferita al carico) e il tempo assegnato per la scarica è scaduto, il l'unità funzionerà per impedire che la tensione di rete raggiunga l'uscita. Il dispositivo è organizzato in questo modo. La tensione della semionda negativa della rete diminuisce finché il LED del fotoaccoppiatore U1 non si spegne e, di conseguenza, il suo fototransistor si chiude. Ciò porta all'apertura del transistor VT1, alla deviazione dell'ingresso non invertente e del comparatore di commutazione DA1 e, di conseguenza, alla chiusura dei transistor VT3, VT2 anche prima della comparsa di una semionda positiva della tensione di rete. Pertanto, esiste una sincronizzazione forzata dell'unità di stabilizzazione della corrente con la polarità della tensione di rete. Il fotoaccoppiatore U2 è necessario solo come funzionalità di sicurezza e potrebbe non essere presente negli alimentatori integrati. La ricarica della batteria richiede un tempo relativamente lungo e richiede un certo controllo. Pertanto, il dispositivo offre la possibilità di spegnere automaticamente la batteria in carica quando la tensione su di essa è 14,2...14,4 V. La funzione dell'elemento soglia per lo spegnimento di una batteria completamente carica viene eseguita dal relè elettromagnetico K1 (RES10 ), che funziona ad una tensione di circa 10,5 V. Il relè è collegato ai terminali di uscita X2 e X3 tramite il resistore di sintonia del filo R11. Questo resistore, insieme al condensatore C14, forma un filtro che sopprime la componente alternata della tensione di carica pulsante, ma lascia passare la componente continua che aumenta lentamente della tensione della batteria. Pertanto, quando viene raggiunta la tensione di soglia, il relè K1 si attiva e, utilizzando i contatti di apertura K1.1, toglie alimentazione al gruppo condensatore e al sistema di controllo. L'avvolgimento del relè stesso rimane sotto la tensione della batteria in carica e, a causa della presenza di isteresi, si spegne quando la tensione scende a 11,8 V. Dopodiché la batteria viene ricaricata automaticamente. L'attivazione/disattivazione della modalità di fine carica automatica viene effettuata utilizzando l'interruttore SA2. L'utilizzo del relè della serie RES10 è dovuto al suo basso consumo di corrente e, di conseguenza, alla bassa corrente di scarica della batteria nella modalità di arresto della ricarica. Anche i contatti a bassa potenza del relè utilizzato rispecchiano le caratteristiche del dispositivo descritto legate alla natura capacitiva del carico. Pertanto il circuito di alimentazione dell'unità condensatore si rompe senza produrre scintille. L'utilizzo di due fusibili di rete (FU1, FU2) e di un interruttore a due sezioni SA1 è associato a maggiori requisiti di sicurezza elettrica a causa della mancanza di isolamento galvanico del dispositivo dalla rete. Nel blocco condensatori è possibile utilizzare qualsiasi condensatore all'ossido, ma preferibilmente un tipo. Se vengono utilizzati condensatori importati, le dimensioni di questa unità possono essere notevolmente ridotte. I diodi del blocco possono anche essere qualsiasi, progettati per la stessa corrente e tensione inversa: andranno bene anche i diodi D226B e D7Zh, ma le dimensioni del blocco e il suo peso aumenteranno in modo significativo. Sostituiremo il fotoaccoppiatore T0325-12,5-4 con un T0125-10 o T0125-12,5 almeno di classe 4. Invece di KP706B (VT3), è possibile utilizzare transistor ad effetto di campo domestici simili o IGBT importati per la stessa corrente e tensione, preferibilmente con una resistenza di canale minima. Quando si sceglie un relè elettromagnetico è necessario tenere conto che la tensione nominale di targa è circa 1,5...1,7 volte superiore alla tensione di esercizio e che la tensione di esercizio può essere leggermente diversa anche per relè dello stesso lotto. È possibile utilizzare i relè RES9, RES22, RES32 e altri con un consumo di corrente sufficientemente basso per una tensione operativa compresa tra 8 e 12 V. In questo caso, potrebbe essere necessario selezionare un resistore R11 e un condensatore C14 per sopprimere efficacemente la componente variabile e prevenire il "rimbalzo" dei contatti del relè e i falsi allarmi. Un dispositivo correttamente assemblato inizia a funzionare immediatamente. Fondamentalmente, sarà necessaria solo una selezione di resistori R6 e R8 per regolare l'intervallo di regolazione della corrente di carica. Per fare ciò, è necessario collegare una batteria scarica all'uscita dell'unità e, utilizzando una selezione di resistori R6 e R8, impostare l'intervallo di regolazione della corrente di carica con il resistore R1 utilizzando l'amperometro PA7. Se nella posizione iniziale del cursore del resistore R7 la corrente è diversa da zero, è necessario ridurre la resistenza del resistore R8. Se la corrente di carica diventa zero nella posizione estrema del cursore R7, la resistenza di questo resistore dovrebbe essere aumentata. Successivamente, il cursore del resistore R7 viene impostato nella sua posizione finale. Se la corrente di carica risulta ora inferiore al massimo, la resistenza del resistore R6 dovrà essere ridotta e, se la supera, dovrà essere aumentata. Dopodiché, impostando l'interruttore SA2 sulla posizione "Modalità manuale", è necessario portare la batteria a piena carica, monitorando la tensione su di essa con un voltmetro CC. Quindi dovresti disconnettere il dispositivo dalla rete, impostare l'interruttore a levetta SA2 sulla modalità "Auto" e il cursore del resistore R11 sulla posizione di resistenza massima. Collegando nuovamente il dispositivo alla rete, diminuendo la resistenza del resistore R11, il relè K1 funziona chiaramente: il dispositivo è pronto per il funzionamento. Quando si imposta e si utilizza il caricabatterie, è necessario ricordare che non esiste isolamento galvanico dalla rete. Pertanto è possibile collegarlo e scollegarlo dalla batteria solo quando il cavo di alimentazione è scollegato dalla rete elettrica. Autore: Semian A.P.
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