Projekty AVT
A
adowarka
A
adowarka
akumulatorów
akumulatorów
ołowiowych
ołowiowych
10...200Ah
10...200Ah
2715
2715
Duże akumulatory o pojemnościach rzędu z powodzeniem ładować akumulatory pod 1/2003 opisana była ładowarka akumulato-
kilkudziesięciu i więcej amperogodzin za- warunkiem, że nie zostanie przekroczony rów ołowiowych, przeznaczona do pracy
zwyczaj ładowane są za pomocą prymityw- maksymalny prąd ładowania, zazwyczaj rów- przy prądach sięgających 2A. Teoretycznie
nych prostowników, zawierających transfor- ny 0,3C i że akumulator nie zostanie przeła- tamten układ mógłby pracować przy dużo
mator, mostek diodowy i ewentualnie rezys- dowany wskutek zbyt długiego ładowania. większych prądach, bo zastosowany tranzys-
tor dużej mocy (np. kawałek grubej spirali Niestety, często się zdarza, że akumulator tor mocy ma prąd maksymalny ponad 20A.
grzejnej), ograniczający prąd do bezpiecznej przez przeoczenie jest ładowany zbyt długo. Poważnym ograniczeniem okazuje się jednak
wartości. Rysunek 1 pokazuje przykłady Każde przeładowanie jest szkodliwe - nieko- moc strat tranzystora szeregowego.
realizacji. W zasadzie takie prostowniki mogą rzystnie odbija się na trwałości akumulatora Aby obejść to ograniczenie, opracowany
i zmniejsza dostępną pojemność. został układ impulsowy, w którym tranzystor
Niestety, wspomniane klasyczne prostow- albo jest zatkany, albo w pełni otwarty. Redu-
niki nie mają żadnych obwodów uniemożli- kuje to straty mocy w tranzystorze do zaska-
wiających przeładowanie. Jeśli napięcie kująco małej wartości. Ta cenna zaleta oku-
(szczytowe) z transformatora jest znacznie piona jest jednak drobną niedogodnością 
większe od napięcia akumulatora, trzeba sto- układ nie ma ogranicznika prądu ładowania,
sować rezystory ograniczające prąd i wtedy tylko układ regulacji napięcia końcowego.
podczas ładowania, gdy napięcie na akumula- Nie jest to jednak nawet w najmniejszym
torze rośnie z około 12 do 15V, wartość prądu stopniu wadą, bo prezentowany układ jest
praktycznie siÄ™ nie zmienia  ilustrujÄ… to czer- przystawkÄ… do dowolnego klasycznego pros-
wone krzywe na rysunku 2. TrochÄ™ lepiej townika. Na poczÄ…tku Å‚adowania tranzystor
jest w prostownikach, gdzie napięcie (szczy- jest w pełni otwarty i prąd jest wyznaczony
towe) transformatora jest niewiele większe przez właściwości prostownika. Gdy napięcie
od 12V. Wtedy przy wzroście napięcia aku-
mulatora z 12 do 15V prÄ…d znaczÄ…co spada 
pokazujÄ… to niebieskie krzywe na rysunku 2.
W praktyce realizuje siÄ™ to za pomocÄ… trans-
formatora z odczepami (np. wg rysunku 1c),
ale i tak uzyskanie pożądanego efektu
zmniejszenia prÄ…du Å‚adowania do bezpiecznej
wartości jest wręcz niemożliwe, głównie ze
względu na nieuniknione wahania napięcia
sieci energetycznej w ciÄ…gu doby.
Aby zapobiec przeładowaniu, trzeba
zastosować dodatkowe środki, radykalnie
zmniejszające prąd ładowania, gdy napięcie
Rys. 1
Rys. 2
akumulatora zbliża się do 15V. W EdW
Elektronika dla Wszystkich
13
Projekty AVT
akumulatora wzrośnie, tranzystor jest na ale odwrotnie niż w tyrystorze tranzystor jest ny prąd ładowania (gdy tranzystor jest stale
pewien czas zatykany, przez co średni prąd wyłączany w trakcie trwania połówki prze- otwarty) jest tu wyznaczony przez transfor-
ładowania maleje. Regulacja prądu ładowania biegu. Została nawet zaprojektowana płytka mator i ewentualnie ograniczony przez szere-
polega na okresowym włączaniu i wyłączaniu drukowana, a powstały model został poddany gowy rezystor lub/i przez żarówkę umiesz-
prądu ładowania. Podstawowa idea pokazana próbom. Opisany sposób, choć obiecujący, czoną w obwodzie uzwojenia pierwotnego 
jest na rysunku 3. Podczas realizacji tego pro- wymaga rozwiązania kilku problemów, zwią- patrz rysunek 1. Parametry tranzystora T3
jektu najpierw wypróbowano układ z regulac- zanych z gwałtownym przerywaniem prądu zazwyczaj nie będą ograniczeniem, ponieważ
jÄ… fazowÄ… prÄ…du, w tym wersjÄ™, gdzie tranzys- w uzwojeniu. Klasyczna regulacja  tyrysto- zalecany tranzystor BUZ11 ma dopuszczalny
tor MOSFET włączany był na początku każ- rowa po stronie wtórnej też wiąże się z pew- prąd ciągły równy 26A, a w impulsie do
dego półokresu, a następnie gdzieś w trakcie nymi problemami, dlatego ostatecznie 104A. Tymczasem nawet duży akumulator
tego półokresu wyłączany. Przypomina to powstała i została wypróbowana proponowa- 200Ah jest zwykle ładowany dziesięciogo-
regulacjÄ™ fazowÄ… z wykorzystaniem tyrystora, na wersja ze sterowaniem grupowym. dzinnym prÄ…dem 20A.
Przy zastosowanej w opisywanym Kluczową rolę w układzie sterującym pełni
układzie odmianie regulacji grupowej przerzutnik D z kostki 4013  U2A. Na końcu
tranzystor jest włączany przynajmniej pełnego okresu przebiegu sieci przerzutnik ten
na jeden pełny okres (dwa półokresy). jest zerowany przez krótki impuls podawany
Po pierwsze, nie ma wtedy możliwości na jego wejście R. Na wyjściu Q na pewno
przerwania prÄ…du w trakcie okresu, co pojawia siÄ™ wtedy stan niski. Kondensator C1
gwarantuje, że transformator nie jest ładuje się bardzo szybko przez diodę D1
podmagnesowywany prądem stałym. i rezystancję wyjściową przerzutnika. Za
Po drugie, znacznie ważniejsze, tran- chwilę dodatnie zbocze na wejściu CLK prze-
zystor jest otwierany na poczÄ…tku okre- rzutnika U2A powoduje przepisanie na wyj-
su, gdy napięcie z transformatora jest ście Q stanu logicznego z wejścia D. Wejście
niskie i nie płynie prąd ładowania. Tak to jest dołączone do komparatora, którym
otwarty tranzystor  czeka na wzrost w tym przypadku jest układ TL431  U1.
napięcia transformatora, a prąd łado- Jeśli napięcie na wejściu REF układu TL431
wania pojawia się, gdy chwilowe (względem masy i końcówki A) jest mniejsze
napięcie transformatora przekroczy niż 2,5V, przez U1 nie płynie prąd, więc na
napięcie akumulatora. Jak pokazuje wejściu D przerzutnika występuje najpraw-
rysunek 4, prąd ładowania płynie dziwszy stan wysoki. Jeśli napięcie na wej-
Rys. 3
dokładnie tak, jak w zwykłym prostow- ściu REF osiągnie wartość napięcia progowe-
Rys. 4 niku. go kostki (2,5V, dokładniej 2,495Vą55mV),
przez kostkę U1 i rezystor R7 popłynie prąd.
Opis układu Napięcie na wejściu D przerzutnika spadnie
Pełny schemat ideowy ładowarki do wartości około 2V, co zostanie potraktowa-
dużych akumulatorów pokazany ne jako stan niski. Potencjometr PR1 pozwala
jest na rysunku 5. Układ nie ma regulować napięcie zadziałania komparatora
ogranicznika prÄ…du, a maksymal- U1 w zakresie co najmniej 13,5...15V,
co całkowicie wystarcza w praktyce.
Rys. 5
Elektronika dla Wszystkich
14
Projekty AVT
Jeśli napięcie akumulatora jest mniejsze tora. Jeśli akumulator nie jest podłączony, ły projekt, żeby wprowadzić możliwość łado-
od napięcia zadziałania komparatora, wtedy tranzystor szeregowy T3 nie zostanie otwarty. wania akumulatorów 24-woltowych. Obe-
po każdym wyzerowaniu przerzutnika U2A Takie rozwiązanie między innymi zabezpie- cność R16, D6 oraz R15 umożliwia taką
po dodatkowej krótkiej chwili na wyjście Q cza przed uszkodzeniem w przypadku zwar- modyfikację - należy tylko zmienić R5 na
wpisywany jest stan wysoki. Kondensator C1 cia zacisków (punktów P, N) oraz odwrotne- większy. Taki układ nie był jednak testowany
naładowany szybko do napięcia ponad 10V go dołączenia akumulatora. Jeśli tranzystor w praktyce.
zostaje  podrzucony do góry . Oznacza to, że T3 pozostanie zatkany, omyłkowe zwarcie
napięcie na bramce tranzystora staje się o co lub odwrotne dołączenie akumulatora nie Montaż i uruchomienie
najmniej 10V wyższe od napięcia na jego grozi uszkodzeniem układu (diod mostka Opisywany układ jest przystawką do jakiego-
z
ródle i tranzystor w pełni się otwiera. Jak prostowniczego). kolwiek (istniejącego) prostownika, dołączo-
wspomniano, prąd ładowania jeszcze wtedy Należy zwrócić uwagę, że podczas nor- ną według rysunku 3. Sterownik można
nie płynie i otwarty tranzystor  czeka na malnej pracy dioda Zenera D6 nie przewodzi. zmontować na płytce pokazanej na rysunku 7.
impuls prądu ładowania. Układ elektroniczny jest zasilany przez rezys- Układ zmontowany prawidłowo ze spraw-
Ważną cechą charakterystyczną układu tor R16 o niewielkiej wartości i diodę Schott- nych elementów od razu będzie działał.
jest to, że opisany cykl ładowania C1 i  pod- ky'ego D2. Dzięki temu napięcie zasilające Projekt oznaczono dwiema gwiazdkami
rzucania go do góry nie jest powtarzany układ scalony U2 jest mniejsze od napięcia tylko dlatego, że opisany moduł będzie częś-
w każdej połówce przebiegu sieci, tylko co na akumulatorze tylko o około 0,3V, co nie cią większego układu  prostownika, w któ-
pełny okres, czyli co 20ms. Dzięki temu ma praktycznego znaczenia. Dioda D6 jest rym będą płynąć prądy o wartości kilku,
zawsze układ przepuści parzystą liczbę połó- potrzebna, żeby ograniczyć napięcie zasilania a nawet kilkunastu amperów. A prądy o ta-
wek sinusoidy, co jest korzystne dla transfor- układu scalonego U2 do bezpiecznej wartości kich wartościach wymagają użycia przewo-
matora  prąd pobierany z transformatora nie - napięcie powyżej 20V mogłoby uszkodzić dów o odpowiednim przekroju. Przekrój
zawiera składowej stałej. Przebieg zmienny układ U2 z rodziny CMOS 4000, a mogłoby 2,5mm2 jest to absolutne minimum.
z (dowolnego wyprowadzenia) transformato- się ono pojawić po odłączeniu akumulatora, Zastosowany tranzystor BUZ11 ma do-
ra podawany jest na punkt S. Elementy R2, przy przewodzącym tranzystorze T3. Dioda puszczalny prąd ciągły równy 26A, a w pra-
D4, D5, R12 są tak dobrane, że tranzystor T1 D6 zabezpiecza też układ w przypadku ktyce maksymalna wartość (skuteczna) prądu
zatyka się pod koniec dodatniego przebiegu odwrotnego dołączenia akumulatora - nic ładowania nie powinna przekraczać 12...15A.
z punktu S, gdy chwilowa wartość napięcia groz
nego się nie stanie, ponieważ napięcie na Tranzystor T3 trzeba wyposażyć w radiator.
z transformatora wynosi około 6V. Natomiast D2 w kierunku przewodzenia wyniesie około Dzięki pracy impulsowej, straty mocy w tran-
tranzystor T2 zatyka się nieco póz
niej, gdy 0,8V, czyli napięcie zasilania układu U2 zystorze T3 są jednak zaskakująco małe -
chwilowe napięcie przebiegu z punktu S wyniesie -0,8V. Uniemożliwi to pracę układu, przy prądach ładowania do 4...5A radiator nie
spadnie poniżej 1V. Przebieg z kolektora T2 a co ważne, nie pozwoli otworzyć tranzystora jest konieczny, ewentualnie można zastoso-
jest dodatkowo wyostrzony w nietypowym T3 i tym samym zapobiegnie uszkodzeniu wać kawałeczek blachy.
przerzutniku Schmitta z układem U2B. prostownika. W czasie odwrotnego przyłą- Kto chciałby pracować z prądami powyżej
Wyostrzenie zboczy jest tu potrzebne, bo czenia akumulatora przez rezystor R16 i dio- 15A, może zmienić popularnego BUZ11 na
impuls na wejściu zegarowym CLK musi dę D6 popłynie prąd nie przekraczający 0,1A. MOSFET-a N o większym prądzie i mocy
mieć bardzo ostre zbocze aktywne (rosnące). W praktyce rezystor R16 może mieć mniejszą strat. Ważne, żeby rezystancja tranzystora
W każdym razie na kolektorach T1 i T2 rezystancję i mniejszą moc, ponieważ przy w stanie otwarcia była jak najmniejsza, więc
występują narastające zbocza przesunięte odwrotnym podłączeniu akumulatora natych- powinien to być MOSFET o możliwe niskim
w czasie o około 1ms. miast głośno odezwie się brzęczyk Y1 napięciu pracy 60 lub 100V.
Wcześniejsze narastające zbocze na i zasygnalizuje pomyłkę. Obecność R15 i R6,
kolektorze T1 dzięki obecności obwodu róż- R7 o znacznych wartościach też zabezpiecza- Rys. 7
niczkującego R8C3 wytwarza krótki (około ją przez uszkodzeniem w przypadku błędne-
0,3ms) impuls zerujący na wejściu R prze- go dołączenia akumulatora.
rzutnika U2A. Nadchodzące nieco póz
niej Warto zauważyć, że obwód pomiaru
rosnące zbocze na wejściu zegarowym wpi- napięcia akumulatora (R6 i anoda U1) dołą-
suje aktualny stan wejścia D na wyjście. czony jest nie do masy układu, tylko wprost
Przykładowe przebiegi pokazane są na do punktu N. Dzięki temu wyeliminowany
rysunku 6. jest wpływ spadku napięcia na D2 i R6. We
Jak widać, gdy napięcie akumulatora jest wcześniejszej wersji obwody te włączone
niższe od progu nastawionego za pomocą były nieco inaczej, dlatego też model pokaza-
PR1, akumulator jest ładowany pełnym prą- ny na fotografii nieco różni się od rysunku
dem. Gdy napięcie wzrasta, zanikają impulsy płytki drukowanej. Bodz
cem do wprowadze-
na wyjściu Q U2A i tranzystor T3 nie zostaje nia zmian była też prośba osób, które ocenia-
załączony. Tranzystor T3 nie zostanie jednak
od razu definitywnie wyłączo- Rys. 6
ny, ponieważ napięcie na aku-
mulatorze wykazuje niewiel-
kie wahania. W rezultacie
tranzystor będzie coraz częś-
ciej wyłączany i średni prąd
ładowania będzie malał.
Należy zauważyć, iż układ
elektroniczny Å‚adowarki (w
tym U2) zasilany jest napiÄ™-
ciem z Å‚adowanego akumula-
Elektronika dla Wszystkich
15
Projekty AVT
W główny obwód ładowania trzeba włą- Możliwości zmian
czyć tranzystor T3 według rysunku 3a. W ob- Akumulatory kwasowe to kapryśne elementy.
wodach zaznaczonych na rysunku 3a kolorem Właściwości poszczególnych egzemplarzy
czerwonym płyną duże prądy i należy je zrea- mogą się znacznie różnić. Dlatego można
lizować przewodami o przekroju przynaj- wprowadzać pewne zmiany, żeby uzyskać
mniej 2,5mm2. Lepiej byłoby zastosować pożądany efekt odpowiedni dla danego
przewody 4mm2 lub jeszcze grubsze. Nato- egzemplarza akumulatora.
miast w obwodach sterownika płyną znikome Po praktycznych próbach modelu można
prądy i przewody prowadzące do punktów G, wypróbować działanie przy zwiększeniu
P, N, S mogÄ… być cienkie. Za pomocÄ… poten- pojemnoÅ›ci C5 do 1000...2200µF albo lepiej
cjometru PR1 trzeba ustawić napięcie końco- z obwodem filtrowania napięcia sterującego
we ładowania. Według wskazówek producen- według rysunku 9. Zwiększając pojemność
Rys. 10
tów akumulatorów przy pracy cyklicznej C5, należy jednak pamiętać o istotnym szcze-
Rys. 11
wyniesie ono około 15V (zalecana wartość to góle: kondensator C5 w jednej z pierwszych
14,4V...15V), a przy pracy buforowej około wersji miał znacznie większą pojemność 
13,8V (13,5...13,8V). Podane przez producen- wtedy po odłączeniu akumulatora zasilany
tów wartości napięcia końcowego trzeba trak- przezeń układ sterujący otwierał T3 i dołado-
tować jako punkt wyjścia. Ze względu na wywał C5. Oznaczało to, że po naładowaniu
znaczne impulsy prądu ładowania, zaleca się akumulatora układ nie był odporny na zwar-
to napięcie końcowe ustawić za pomocą PR1 cie zacisków P, N. Radykalne zmniejszenie
po dołączeniu akumulatora, w warunkach C5 powoduje, że w ciągu półokresu zdąży się
realnej pracy. Akumulator ma bowiem nieze- on na tyle rozładować, że po odłączeniu aku-
rową rezystancję wewnętrzną i podczas pracy mulatora niemożliwe będzie otwarcie T3.
napięcie na nim będzie wykazywać niewielkie Można wypróbować efekt wprowadzenia
tętnienia wynikające z przepływu impulsów niewielkiej histerezy przez dodanie obwodu
prądu ładowania przez tę rezystancję. Sprawny według rysunku 10. Histereza wydłuży cykl
akumulator samochodowy ma rezystancję pracy w końcowej fazie ładowania, zwiększy
wewnętrzną rzędu 10m&!, zużyty - dużo więk- liczbę impulsów ładowania, ale też czas
szą. Może się więc okazać, zwłaszcza w przy- następującej potem przerwy. Sensowne może
Wykaz elementów
padku nieco zużytych akumulatorów, że trzeba się okazać wprowadzenie zarówno filtrowa-
ustawić napięcie końcowe nieco większe od nia napięcia mierzonego według rysunku 9
Rezystory
zalecanego, które dotyczy ciągłego ładowania oraz takiej histerezy wg rysunku 10, żeby
R1,R14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1M&!
prądem pozbawionym tętnień. Ustawione zbyt podczas ładowania końcowe napięcie łado-
R2,R3,R7,R12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7k&!
niskie napięcie końcowe (napięcie wyłączania wania (górne napięcie przełączania) wynosiło
R4,R6,R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7,5k&!
prądu) może poważnie wydłużyć czas potrzeb- np. 16V, co uwzględni spadek napięcia na
R5,R10,R11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30k&!
ny do pełnego naładowania akumulatora. rezystancji wewnętrznej baterii, a dolne
R8,R13,R15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100k&!
W praktyce najpierw trzeba dobrać rezys- 14,4...15V.
R16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .150&! min. 1W
tor lub żarówkę w obwodzie uzwojenia pier- Przedstawiony
PR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10k&! PR miniaturowy
wotnego transformatora, by określić maksy- układ sterownika nie
Kondensatory
malny prąd ładowania. Potem należy ustawić ma obwodów kom-
napięcie końcowe za pomocą PR1, kontrolu- pensacji cieplnej. Nie C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .470nF
jąc napięcie na akumulatorze i prąd ładowa- jest to potrzebne przy C2,C4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4,7nF
nia. Przy napięciu końcowym prąd ładowania temperaturach pracy C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3,3nF
powinien być niewielki. +5..+35oC. Jeśli ktoś C5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .220nF
Uwaga! Amperomierz  obwód kontroli chciałby uzależnić
Półprzewodniki
prądu jest jak najbardziej zalecany, nie tylko końcowe napięcie ła-
BR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .mostek prostowniczy
przy pierwszych próbach. Amperomierz nie dowania od tempera-
D1,D3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1N4148
powinien być włączony pomiędzy punkty P, N tury, może dodać dio-
D2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BAT43
według przekreślonego rysunku 8a, ponieważ dy szeregowe i do-
D4,D5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .LED G 3mm
wtedy rezystancja amperomierza niepotrzeb- brać R5 według ry-
D6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .dioda Zenera C18V 1W
nie zwiększałaby rezystancję wewnętrzną sunku 11.
T1,T2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BC548
akumulatora. Prawidłowy sposób włączenia Jerzy
T3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .BUZ11
amperomierza pokazany jest na rysunku 8b. Częstochowski Rys. 9
U1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .TL431
Rys. 8 U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .CMOS 4013
Pozostałe
Y1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .piezo z gen.
Uwaga! W skład zestawu AVT-2715 nie wchodzi
transformator TR1 i mostek prostowniczy BR1.
Komplet podzespołów z płytką
jest dostępny w sieci handlowej AVT
jako kit szkolny AVT-2715
Elektronika dla Wszystkich
16